Technology of quality assessment of critical software systems based on ontological modeling
DOI:
https://doi.org/10.18372/2073-4751.82.20371Keywords:
critical software systems, ontology, software, flight control, objects, interpretation functions, decision-making tasks, criteria and restrictions, quality, quality requirements, safety requirements, functionality requirements, reliability requirements, quality models of critical PS, reduction of risks of flight control, certification, testingAbstract
The article investigates the problem of identifying and analyzing the requirements for program systems of critical purpose. For a variety of mission-critical system classes, the task of developing methods for verifying these systems for compliance with the specified requirements within the subject domain and analyzing risks and hazards throughout their life cycle is relevant. Compliance assessment is typically performed by evaluating the overall quality level of flight control software components during the testing phase. To comprehensively analyze the compliance of system attributes with the specified requirements, it is necessary to examine and structure a significant number of objects and functions. To address the problem of systematization within the subject domain, it is proposed to build a formal conceptual model of the system, based on which a set of objects, basic functions, and a quality model to assess the quality level of the system can be technologically formed.
The problem of improving the safety of the operation of objects controlled with automated flight control systems is still relevant. One way to achieve this goal is to ensure the quality and reliable functioning of the flight control systems, which is especially important during the operation of the tolerance control subsystem, which should ensure the complete implementation of control algorithms established for each type of aircraft. In the case of incorrect piloting and operation of units and equipment, there are risks to allow further flights to an unprepared crew or board of the aircraft, which has defects of equipment, which can cause an aviation incident that directly affects the safety of people's lives, as well as the integrity of the aircraft.
The way to solving the problem is the effective use of the ontological model of components of the flight control software systems to create a system of knowledge of the subject area of automated flight control systems. The article analyzes recent research and publications, which shows the effectiveness of using ontology to implement the decision-making process in the context of problematic ambiguity situations. For flight control systems, ontological research apparatus can be effectively used, as the main task of the software is to decide on the receipt of the control object during the flight in the state "within the admission" (regular regime) or "beyond tolerance".
The developed ontological model determines the composition, classification, structure and interconnection of requirements and risks and can forms a technological procedure for creating a quality model of critical PS and the concept of evaluating its characteristics and attributes. Ontological studies and created ontology directly indicate the quality properties that need to be included in the quality models and provide tools for constructing quality models: 1) Target quality model for the developer of the flight control system. 2) Quality in use model for the aircraft operator.
The conducted researches include: 1) Execution of ontological analysis of the subject area of application. 2) Creation of ontology of flight control software, which systematizes and structures knowledge of the concepts and objects of the subject area. 3) Formation of functions of interpretation of ontology, as well as specifications of criteria and restrictions for decision-making problems in critical systems. 4) Formation of specifications of requirements for reliability and safety of flight control systems based on the detection and generalization of components of risk analysis and dangers of functioning of critical software systems. 5)Construction of the target quality model and quality in use model for a given subject area and creation of methodology for evaluating the integral level of quality of flight control software.
The conclusions state that an ontological model and quality models can be used in the life cycle of different classes of control systems (including for certification), since any PS of control are characterized by the presence of a control object, which is controlled by a set of parameters measured by parametric information. The results, obtained in the article, can be apply by developers to create their own quality management system of any critical PS in different subject areas of application.
Further research is proposed to conduct a deeper analysis of the technology of integral assessment of the quality of the PS, especially in terms of normalization of metrics of quality attributes in order to unify them.
References
ДСТУ ISO 9000:2001. Системи управління якістю. Основні положення та словник. [Чинний від 2001–07–01]. Київ: Держстандарт України, 2001.
ДСТУ ISO 9001:2001. Системи управління якістю. Вимоги: (ISO 9001:2000). [Чинний від 2001–06–27]. Київ: Держстандарт України, 2001. 23 с.
ISO/IEC 17025:1999. General Requirements for the Competence of Testing and Calibration Laboratories.
ДСТУ 2462:1994. Сертифікація. Основні поняття. Терміни та визначення. [Чинний від 1995–01–01]. Київ: Держстандарт України, 1994. 27 с.
ДСТУ 2844:1994. Програмні засоби ЕОМ. Забезпечення якості. Терміни та визначення. [Чинний від 1996–01–01]. Київ: Держстандарт України, 1995. 15 с.
IEEE Std. 830-1993. Recommended Practice for Software Requirements Specification. 1993. 36 p.
Raichev I. E., Kharchenko A. G., Egorov O. A. The Features of Testing Critical Program Systems While Their Certification. Journal of Automation and Information Sciences. 2011. Vol. 43, iss. 4. P. 35–44.
ISO/IEC 25010:2011. Systems and software engineering – Systems and software Quality Requirements and Evaluation (SQuaRE) – System and software Quality models. 2011. 34 p.
Sommerville І. Software Engineering. 10th ed. Pearson India Education Services, 2017. 808 p.
Bernstein M. E., Braude E. J. Software Engineering: Modern Approaches. 2nd ed. Waveland Press, Inc., 2016. 782 p.
Wiegers K., Beatty J.. Software Requirements (Developer Best Practices). 3rd ed. Microsoft Press, 2013. 672 p.
Hockanson K., Wiegers K. Software Requirements Essentials: Core Practices for Successful Business Analysis. Longman (Pearson Education), 2023. 651 p.
Dick J., Hull E., Jackson K. Requirements Engineering. 4th ed. Cham : Springer, 2017. 239 p.
Bass L., Clements P., Kazman R. Software Architecture in Practice. 4th ed. Addison – Wesley (SEI Series in Software Engineering), 2021. 464 p.
Куваєв В. та ін. Розробка інтерфейсу оператора складних інформаційно-керуючих систем критичних до режиму реального часу. Information Technology: Computer Science, Software Engineering and Cyber Security. 2023. Вип. 1. С. 50–57. DOI: 10.32782/IT/2023-1-7.
Гамрецький Р. М., Гнатюк В. О. Огляд та аналіз методів та моделей оцінки якості програмного забезпечення в інформаційно-комунікаційних системах. Наукоємні технології. 2024. №4(64). С.435–448.
Грицюк П. Ю., Іванишин А. В., Грицюк Ю. І. Забезпечення якості програмного продукту за стандартом IEEE 730-2014 в межах життєвого циклу реалізації проєкту. Науковий вісник НЛТУ України. 2023. Т. 33, №2. С.101–117.
Грицюк Ю. І. Система комплексного оцінювання якості програмного забезпечення. Науковий вісник НЛТУ України. 2022. Т. 32, №2. С.81–95.
Буров Є. В., Пасічник В. В. Програмні системи на базі онтологічних моделей задач. Вісник Національного університету "Львівська політехніка". 2015. № 829. С.36–57.
Буров Є. В. Ефективність застосування онтологічних моделей для побудови програмних систем. Математичні машини і системи. 2013. № 1.С. 44–55.
Карпов І. А., Буров Є. В. Використання онтологічних мереж у системах підтримки прийняття рішень в умовах неоднозначності. Інформаційні системи та мережі. 2020. № 7. С.8–15.
Коваленко А.А. та ін. Огляд методів аналізу безпечного програмного забезпечення. Системи управління, навігації та зв'язку. 2025. № 1. С. 156–161. DOI: 10.26906/SUNZ.2025.1.156-161.
Шантир А., Зінченко О. Прогнозування показників якості програмних систем із застосуванням модифікацій інтерпретаційного методу DeepLIFT. Сучасний стан наукових досліджень та технологій в промисловості. 2024. №4(30). С.110–124. DOI: 10.30837/2522-9818.2024.4.110.
ДСТУ 3275:1995. Системи автоматизованого оброблення польотної інформації наземні. Загальні вимоги. [Чинний від 1996–07–01]. Київ: Держстандарт України, 1996. 7 с.
Звід авіаційних правил України. Порядок збирання та практичного використання інформації бортових систем реєстрації на підприємствах цивільної авіації України. АПУ–3. Експлуатація повітряних суден. Введено в дію наказом Міністерства транспорту України від 02.12.1996 № 386. Київ, 1996. 110 с.
Програма перевірки відповідності програмного забезпечення контролю польоту вимогам ДСТУ 3275–95 і «Порядку збирання та практичного використання інформації бортових систем реєстрації на підприємствах цивільної авіації України». Київ: Державний департамент авіаційного транспорту України, 1997. 11 с.
Райчев І. Е. Проблеми сертифікації програмного забезпечення автоматизованих систем контролю. Вісник НАУ.2004. №1. С. 23–28.
Райчев І. Е., Харченко О. Г. Концепція побудови сертифікаційної моделі якості програмних систем. Проблеми програмування. 2006. №2-3. С. 275–281.
Райчев І.Е. та ін. Оцінювання якості програмного забезпечення фільтрації цифрового сигналу в реальному часі для систем критичного призначення. Наукоємні технології. 2021. №1(49). С.23–32.
Райчев І. Е., Харченко О. Г., Василенко В. А. Визначення вимог до програмних систем критичного призначення з використанням засобів доменного аналізу. Моделювання та інформаційні технології: зб. наук. пр. 2019. Вип.87. С.41–48.
Ontology Description Capture Method. URL: http://www.idef.com/idef5-ontology-description-capture-method/ (date of access 30.06.2025).
IEC 61508:2010. Functional Safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems. Geneva: International Electrotechnical Commission, 2010.
Карпов І. А., Буров Є. В. Онтології у процесі прийняття рішень. Вісник Хмельницького національного університету. 2023. Т. 1, №2(319). С. 149–153.
Райчев І. Е. Синтез автоматних моделей контролю. Вісник НАУ. 2002. № 2. С.43–52.
Райчев І. Е., Харченко О. Г. Конструювання програм створення тестових наборів даних на базі автоматних моделей. Математичні машини і системи. 2006. № 3. С.127–136.
Райчев І. Е. Технологія визначення показників вірогідності одновимірних та багатовимірних об'єктів контролю за інформацією параметричних бортових реєстраторів. Вісник НАУ. 2002. № 1. С.17–24.
Райчев І. Е. та ін. Автоматизація визначення показників вірогідності об’єктів контролю при наявності разової команди. Вісник НАУ. 2002. № 3. С.73–78.
ISO/IEC 25023:2016. Systems and software engineering — Systems and software Quality Requirements and Evaluation (SQuaRE) – Measurement of system and software Product Quality. 2016. 45 p.
ISO/IEC 25022:2016. Systems and software engineering — Systems and software Quality Requirements and Evaluation (SQuaRE) – Measurement of Quality in Use. 2016. 41 p.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).