Испытания авиационной техники. Информационный подход Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 623,616

Ветошкин В.М., Горшков П.С., Лялюк И.Н, , Потемкин А.В,

ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт», Москва, Россия

ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОДХОД

Проведен анализ процессов подготовки и выполнения летных экспериментов в испытательных центрах. Представлена базовая (начальная) функциональная модель автоматизированной системы контроля летного эксперимента, требующая дальнейших уточнений и детального описания в ходе выполнения предполагаемой опытно-конструкторской работы по созданию макета автоматизированной системы контроля летного эксперимента. Ключевые слова:

испытание авиационной техники, летный эксперимент, функциональная модель, система баз данных, автоматизированная система контроля.

ВВЕДЕНИЕ

Разработка новых и модернизация существующих образцов авиационной техники (ОАТ) различных классов сопровождаются и завершаются сложнейшими процессами их наземных и летных испытаний. Эта стадия жизненного цикла (ЖЦ) авиационных изделий реализуется организационно-техническими системами (ОТС) — испытательными центрами (ИЦ). Последние включают в свой состав различные полигоны, измерительные комплексы и системы, летательные аппараты, корабли, комплексы обеспечения безопасности и управления полетами, пункты и лаборатории обработки информации и многие другие элементы. Функционирование каждого элемента ИЦ и всего центра в целом, представляет собой согласованную целенаправленную деятельность широкого круга высоко квалифицированных специалистов, реализующих различные виды обеспечения испытаний (материально-техническое, метрологическое, методическое и др.), непосредственную организацию и планирование, техническую подготовку и эксплуатацию испытываемых образцов авиационной техники и вооружения (АТ и В), разработку полётных заданий (летных экспериментов — ЛЭ), выполнение полетов, а так же эксплуатацию и применение измерительных комплексов, обработку результатов экспериментов и оформление требуемой документации.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИСПЫТАНИЙ

В общем виде задача испытаний формулируется следующим образом. Испытать образец АТ и В — значит оценить степень соответствия его характеристик требованиям, которые предъявлены в ТТТ, ТТЗ, ТЗ [1].

В процессе испытаний взаимодействуют объект испытаний, субъект испытаний и средства испытаний. Сложность объекта испытаний требует адекватной сложности субъекта и средств испытаний. Если объект простой, то, очевидно, что для проведения его испытаний достаточно небольшой группы специалистов при минимальном количестве средств измерений и испытаний.

По мере развития авиации объекты испытаний усложнялись. Это привело к появлению в качестве субъекта испытаний испытательной бригады (ИБ), то есть создаваемого на период испытаний временного подразделения, включающего в свой состав летчиков, штурманов, инженеров, техников, а при необходимости, и других специалистов. Численность испытательной бригады, в зависимости от объекта испытаний, варьируется от нескольких человек, до нескольких сотен человек.

Усложнение авиационной техники привело также к необходимости широкого использования в испытательном процессе специальных средств испытаний в виде либо отдельных измерительных приборов, либо сложнейших систем (например, камеры комплексных внешний воздействий или трассовый испытательный комплекс), позволяющих одновременно оценивать до нескольких тысяч параметров испытываемого изделия.

Таким образом, хотя задача испытаний формулируется достаточно просто, — ее решение в каждом конкретном случае таит в себе много неожиданных обстоятельств и результатов.

Одним из путей решения задачи проведения испытаний ОАТ в минимальные сроки, с высоким качеством и при минимуме затрат является автоматизация процессов испытаний.

ОРГАНИЗАЦИЯ, ПРОВЕДЕНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛЕТНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Порядок проведения ЛЭ, выполняемых в процессе летно-конструкторских испытаний (ЛКИ) и государственных испытаний (ГИ), в обобщенном схематическом виде представлен на рисунке 1.

Программа ЛИ предусматривает комплекс работ (и состав ЛЭ), основной целью которых является оценка всех характеристик ОАТ, определенных в ТТЗ. Для каждого пункта ТТЗ разрабатываются методики проведения ЛЭ (для наземных испытаний также разрабатываются соответствующие методики), определяющие цель, условия проведения работ, состав задействованных средств, требования (в том числе и к ТИК), порядок проведения ЛЭ, а также алгоритмы оценки характеристик ОАТ.

Если в ходе некоторых ЛЭ определяется несколько характеристик ОАТ, то такие эксперименты рассматриваются как комплексные. Наиболее сложными являются ЛЭ, предусматривающие оценку ОАТ по основному целевому назначению. Они должны позволять интегрировать все этапы применения образца, т.е. все частные его характеристики. Наиболее общая характеристика ОАТ — боевая эффективность, которая определяется вероятностью выполнения боевой задачи. Так как такая оценка требует репрезентативной статистики, а комплексные ЛЭ сложны и дорогостоящи, то такая характеристика, как правило, определяется по результатам имитационного моделирования, которые должны подтверждаться результатами натурных ЛЭ.

Основные функциональные обязанности ведущего инженера (ВИ) по траекторным измерениям (ТИ), входящего в состав ИБ, состоят в следующем:

— оценка готовности ТИК к проведению как ЛИ в целом, так и конкретных ЛЭ;

— взаимодействие с ВИ по специальностям, в интересах которых проводится ЛЭ, проработка с ними и утверждение исходных данных на проведение ТИ, содержащих общую схему выполнения полета, зоны полетов, количество объектов, участвующих в ЛЭ, требования к точности определения траектор-ных параметров, требования к регистрации ТИ и др.;

— разработка методических указаний (МУ) для руководителя измерений на полигоне и экипажей измерительных средств;

— контроль применения средств ТИК при проведении ЛЭ;

— контроль своевременной доставки материалов регистрации;

— участие в разработке задания на обработку материалов измерений;

— участие в выборе варианта обработки материалов регистрации измерений;

— анализ результатов обработки измерений (с учетом информации о фактическом выполнении ЛЭ, состава использованных измерительных средств) и принятие решения о выполнении задач ЛЭ.

Методические указания разрабатываются ВИ по траекторным измерениям на основании исходных данных для конкретного ЛЭ, заданных ВИ по специальности, с учетом:

— существующих зон видимости измерительных средств;

— зон равных точностей;

— фактической работоспособности измерительных средств и готовности их экипажей;

— зон безопасности.

Рисунок 1 — Организация, проведение и анализ результатов ЛЭ

Методические указания утверждаются ВИ по специальности и содержат:

— краткое описание планируемой схемы и порядка проведения ЛЭ;

— распределение и перераспределение измерительных средств по регистрируемым объектам в ходе ЛЭ;

— возможные особенности проведения регистрации.

Одним из обязательных элементов принятия решений при управлении ТИК является априорное определение в районе проведения ЛЭ зон, в которых вторичные координаты объектов, участвующих в эксперименте, могут быть оценены с требуемой точностью по данным полигонной измерительной системы при её заданном составе и топологии размещения измерительных средств.

Эта задача решается путем разработки методики и соответствующей программы расчета зон равных точностей. Такие зоны определяются системами изолиний, которые представляют собой геометрическое место точек на плоскости (карте), для которых среднеквадратическое отклонение оценки выбранной координаты объекта является постоянной (по аналогии с изолиниями на топографической карте).

В рассматриваемой схеме проведения ЛЭ его особенности, в том числе и в части обеспечения безопасности, например, при боевом применении АСП (размеры, конфигурация рабочей зоны, требования к порядку и составу оцепления и т.п.), фиксируются в «ограничениях по применению», представляемых разработчиками АСП и отражаемых затем в методиках проведения ЛЭ.

Конечным результатом ЛЭ, который с формальной точки зрения можно рассматривать как некоторый технологический процесс, является протокол, отрабатываемый ВИ по специальности с учетом отписки экипажа ЛА, и содержащий результаты обработки измерительной информации, а также результаты расчета фактического значения оцениваемой характеристики и соотнесения этого значения с уровнем, определенным в ТТЗ (или ТУ) на ОАТ. Кроме того, в протоколе формулируются выявленные недостатки. Протоколы используются при формировании Актов по испытаниям ОАТ.

Концентрированным выражением итогов ЛИ конкретного ОАТ являются стандартные структурированные документы — методики оценки характеристик ОАТ, методические указания для полигонов, отписки экипажей ЛА и протоколы по результатам ЛЭ.

АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АСК ЛЭ

Процесс анализа, в общем виде, представляет собой нисходящую детализацию системы по рассмотренным категориям от функциональных областей до задач и документов с их привязкой к соответствующим функциональным группам должностных лиц [24].

В автоматизированной системе контроля летных экспериментов (АСК ЛЭ) можно выделить следующие основные процессы:

— организация, планирование и детализация проведения ЛЭ;

— контроль готовности к проведению ЛЭ;

— проведение и мониторинг (управление ходом)

ЛЭ;

— сбор и обработка данных ЛЭ;

— оценка результатов ЛЭ и оформление протокола ЛЭ.

Модель функционирования АСК ЛЭ в соответствии с изложенной в [2] методикой можно представить следующим образом.

<Организационно-техническая система> = [Испытательный центр] включает <Орган-службу> = [Испытательную бригаду], силами и средствами которой обеспечивается функциональная область> =

[Испытание ОАТ]. Указанная функциональная область в свою очередь является одной из нескольких функциональных областей любого авиационного испытательного центра.

<Орган-служба> = [Испытательная бригада] для проведения испытаний занимает <Объект системы> = [Траекторный измерительный комплекс]. С <Объектом системы> = [Траекторный измерительный комплекс] работают некоторые <Должностные лица> = {[Должностное лицо]}. При этом каждое из [Должностное лицо] решает одну или несколько <Задачи> и исполняет один или несколько <Документы>.

На основе анализа основных функциональных областей, процессов и задач системы испытаний ОАТ, определяем перечень должностных лиц (Р), документов и задач АСК ЛЭ и взаимосвязи между ними (таблицы 1, 2 и 3 соответственно).

На основе данных перечней разрабатывается схема функциональной модели АСК ЛЭ (рисунок 2). На этом рисунке в качестве примера крупным пунктиром выделена область функций должностного лица Р5 (ВИ по специальности), а мелким пунктиром — область функций должностного лица Р4 (Командир экипажа ЛА).

Рисунок 2 — Схема функциональной модели АСК ЛЭ Перечень должностных лиц АСК ЛЭ

Таблица 1

№ п/п Наименование должностного лица (Р) Задачи Документы

1 Руководитель ИЦ Z1, Z2, Z3, Z11 01, 02, 03, 04, 05, 013

2 Представитель Генерального конструктора Z1, Z2, Z11 01, 02, 03, 013

3 Представитель предприятия промышленности Z1, Z2, Z11 01, 02, 03, 013

4 Командир экипажа ЛА Z11 01, 05, 013

5 ВИ по специальности Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z7, Z9, Z11 01, 02, 03, 04, 05, 06, 08, 010, 013

6 ВИ по ТИ Z6, Z7 07, 08

7 ВИ по обработке измерительной информации Z8 08, 010, 011, 012

8 Руководитель измерений на полигоне Z10 07, 09

9 Командир экипажа измерительных средств и АПД Z8 09, 011

10 Оператор ВЦ Z8 08, 011, 012

Перечень документов АСК ЛЭ Таблица 2

№ п/п Наименование документа Должностное лицо (Р) Задача

1 Готовность ЛА к ЛЭ, ограничения по применению Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 Z1, Z2, Z11

2 Программа ЛИ Р1, Р2, Р3 Z1, Z2, Z11

3 Методика оценки характеристик ОАТ Р1, Р2, Р3, Р5 Z9

4 Состав и персональные требования к специалистам ИБ Р1, Р5 Z3

5 Полетное задание экипажу Р ^ Р сл Z4

6 Исходные данные для ТИК Р5 Z5

7 Методические указания для ТИК Р6, Р8 Z6

8 Задание на обработку полигонной информации Р5, Р6, Р7, Р10 Z7

9 Задание экипажам измерительных средств и АПД Р со Р Z10

10 Значение оцениваемой характеристики ОАТ, оценка ее соответствия уровню ТТЗ (ТУ) Р5, Р6, Р7 Z9

11 Материалы полигонных измерений Р7, Р9, Р10 Z8

12 Результаты обработки полигонных измерений Р7, Р10 Z8

13 Протокол по результатам ЛЭ Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 Z11

Выделение на функциональной модели АСК ЛЭ об- определить необходимость разработки для них от-ластей функций всех должностных лиц позволяет дельных автоматизированных рабочих мест (АРМ).

Из рисунка 2 видно, что область функций командира экипажа ЛА (Р4) в рассматриваемом контексте (контроль хода летного эксперимента) полностью входит в область функций ведущего инженера по специальности (Р5). Следовательно, возможно отсутствует необходимость создания отдельного специального программного обеспечения (СПО) АРМ для

Перечень

командира экипажа ЛА. Свое участие в задаче Z11 (Составление протокола по результатам ЛЭ) он может выполнить, используя АРМ ведущего инженера по специальности (Р5). Следует заметить, что область функций командира экипажа ЛА (Р4) также полностью совпадает с областью функций руководителя испытательного центра (Р1). задач АСК ЛЭ Таблица 3

№ п/п Наименование задачи Должностное лицо (P) Документ (D)

1 Разработка программы ЛИ P1, P2, P3, P5 D1, D2

2 Разработка методики оценки характеристик ОАТ P1, P2, P3, P5 D2, D3

3 Определение состава и персональных требований к специалистам ИБ P1, P5 D1, D2, D3

4 Разработка полетного задания экипажу P5 D1, D2, D3, D5

5 Разработка исходных данных для ТИК P5 D5, D6

6 Разработка методических указаний для ТИК P6 D3, D5, D6

7 Разработка задания на обработку полигонной информации P5, P6 D3, D5, D6

8 Обработка материалов измерительной информации P7, P10 D8, D11, D12

9 Определение значения оцениваемой характеристики ОАТ, оценка ее соответствия уровню ТТЗ (ТУ) P5 D3, D11

10 Разработка заданий экипажам измерительных средств и АПД P8 D5, D6

11 Составление протокола по результатам ЛЭ P1, P2, P3, P4,P5 D1, D2, D3, D4, D5, D10, D13

Аналогично, область функций представителя Генерального конструктора (Р2) и представителя предприятия промышленности (Р3), которые выполняют задачи Z1 (Разработка программы ЛИ), Z2 (Разработка методики оценки характеристик ОАТ) и Z11 (Составление протокола по результатам ЛЭ) полностью входят в область функций руководителя испытательного центра (Р1), который также имеет доступ к документам D1 (Готовность ЛА к ЛЭ, ограничения по применению), D2 (Программа ЛИ), D3 (Методика оценки характеристик ОАТ), D13 (Протокол по результатам ЛЭ).

Перечень АРМ должностных

Учет подобного пересечения областей функций различных типов должностных лиц, а также необходимость разработки удаленных АРМ для должностных лиц, находящихся на обособленных позициях (например, (P8) — руководитель измерений на полигоне) позволяет определить полный перечень АРМ должностных лиц АСК ЛЭ (таблица 4). Следует заметить, что для оператора ВЦ (P10) нецелесообразно создавать отдельное АРМ, т.к. у него уже есть свое собственное АРМ, с которым можно реализовать соответствующий информационный обмен.

лиц АСК ЛЭ Таблица 4

№ п/п Наименование АРМ Должностное лицо (P)

1 АРМ руководителя ИЦ P1, P2, P3, P4

2 АРМ ВИ по специальности P1, P2, P3, P4, P5

3 ВИ по ТИ P6

4 ВИ по обработке измерительной информации P7

5 Руководитель измерений на полигоне P8

6 Командир экипажа измерительных средств и АПД P9

Программно-технический комплекс (ПТК) АСК ЛЭ целесообразно реализовать в виде сегмента ЛВС, включающего АРМ должностных лиц в соответствии с перечнем, приведенным в таблице 4, выполняющих задачи и отрабатывающих документы в соответствии с перечнями, приведенными в таблицах 1-3. Автоматизированные рабочие места должностных лиц реализуются на базе СПО АРМ ведущего инженера по специальности, построенного по модульному принципу и обеспечивающему функциональную настройку

на конкретный тип должностного лица (АРМ руководителя ИЦ, АРМ ВИ по ТИ и др.).

АРМ должностных лиц АСК ЛЭ должны быть объединены в локальную вычислительную сеть (рисунок 3). Сетевое оборудование должно включать в себя сетевой концентратор локальной вычислительной сети, модемы для связи с удаленными АРМ и структурированную кабельную систему. Структура локальной вычислительной сети должна обеспечивать замену отдельных комплектующих изделий на их аналоги без доработки программного обеспечения.

Рисунок 3 — Структура ЛВС АСК ЛЭ

решений позволяет созданию прототипа

Совокупность предложенных сформулировать ТЗ на ОКР по

АСК ЛЭ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные авторами исследования показали актуальность создания и развития технологических методов и средств, обеспечивающих автоматизацию

процессов проектирования и реализации информационно-лингвистического и программного обеспечения АСИ ОАТ с целью повышения качества и сокращения сроков их разработки.

В основу разработки перспективной автоматизированной системы испытаний ОАТ целесообразно выполнять начиная с создания АСК ЛЭ, которую

необходимо рассматривать в качестве ее системообразующего ядра.

Разработка облика опытного образца АСК ЛЭ должна базироваться на результатах функционального анализа автоматизируемых процессов и концептуального проектирования соответствующей системы баз данных (СБД), получение которых возможно только в рамках выполнения соответствующей ОКР.

Сложность, трудоемкость, длительность процессов проектирования СБД для автоматизированных систем рассматриваемого класса требует разработки, применения и совершенствования соответствующих теоретических основ и технологических систем автоматизированного проектирования (САПР, CASE-систем).

ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основы испытаний авиационной техники. Учебное пособие. Часть II.— М: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1994. — 334 с.

2. Ветошкин В.М. Основы теории концептуального проектирования баз данных для автоматизированных систем / В.М. Ветошкин. — М: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1992. - 267 с.

3. Горшков П.С. Ресурсно-ограничительный метод исследования сложных информационных систем/Горшков, П.С., Бачкало, Б.И. — Пенза: Труды симпозиума Надежность и качество, 2008. - 274 с.

4. Горшков П.С., Потемкин А.В. Подходы к формированию информационного обеспечения системы подготовки военных кадров/Горшков П.С., Бачкало Б.И., Потемкин А.В. — Пенза: Труды симпозиума Надежность и качество, том 1, 2010. — 530 с.

УДК 681.518.5

Чернодаров А.В., Патрикеев А.П., Казьмин О.О., Халютина О.С.

ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт», Москва, Россия

КОНТРОЛЬ И ИНФОРМАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ РЕЗЕРВИРОВАННЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Работа посвящена проблеме повышения информационной надежности резервированных инерциальных навигационных систем (ИНС). Предлагаемое решение проблемы опирается на мажоритарную схему стохастического контроля и оптимизацию структуры ИНС по обобщенным параметрам состояния. Приводятся результаты практической реализации ИНС такой архитектуры. Ключевые слова:

инерциальная навигационная система, мажоритарный контроль, обобщенный параметр состояния, критерий согласия

Инерциальные навигационные системы (ИНС) относятся к бортовым измерительно-вычислительным устройствам, существенно влияющим на безопасность полетов. В настоящее время актуальной остается задача повышения безотказности бесплатформенных ИНС (БИНС). Это связано с более сложными по сравнению с платформенными системами условиями эксплуатации бесплатформенных инерци-альных измерителей, которые жестко закрепляются в корпусе объекта. Программно-аппаратные средства обеспечения безотказности ориентированы на повышение информационной надежности БИНС. Информационная надежность, в свою очередь, тесно связана с целостностью навигационных определений, которая отражает способность БИНС непрерывно поддерживать требуемые тактико-технические характеристики в изменяющихся условиях эксплуатации. Уменьшение массы и габаритов современных БИНС создают необходимые условия для обеспечения

информационной надежности на основе резервирования. Задач в этом случае состоит в обнаружении отказавших БИНС, исключение их из структуры навигационного комплекса (НК) и восстановление работоспособности НК путем реконфигурации.

В работе показывается применение и^ процедур обработки наблюдений и комбинированных критериев согласия [1] для мажоритарного контроля резервированных ИНС. Стохастический мажоритарный контроль и диагностирование в условиях неопределенности связан, в том числе, с выбором наиболее предпочтительной системы из резервированного множества. Такой контроль может быть основан на формировании и анализе обобщенных диагностических параметров.

Рассмотрим мажоритарную схему диагностирования, включающую три идентичных системы: ИНС1, ИНС2, ИНС3. Такую схему можно представить рисунком 1.

Рисунок 1 - Мажоритарная схема диагностирования НК