CC BY
180
КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ФРЕЙМОВОЙ МОДЕЛИ
Анисимов О.В., к.т.н., доцент, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (г. Ярославль), [email protected]
Курчидис В.А., д.т.н., профессор, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (г. Ярославль), [email protected] Попов Т.А.,
Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (г. Ярославль), [email protected]
?
О л л С
Ключевые слова:
информационная поддержка, электрическая схема, фреймовая модель, радиоэлектронная аппаратура, техническая эксплуатация, понятия предметной области.
Одним из путей повышения эффективности решения задач эксплуатации сложных технических комплексов является использование средств автоматизации. Исследование посвящено совершенствованию систем информационной поддержки обслуживающего персонала за счет повышения уровня автоматизации деятельности обслуживающего персонала, связанной c поиском и извлечением необходимой технической информации при работе с электрическими схемами радиоэлектронной аппаратуры. Это требует использования новых моделей радиоэлектронной аппаратуры концептуального типа, разработкой методов их построения и алгоритмов работы с ними. Учитывая особенности схемного представления радиоэлектронной аппаратуры, как информационного ресурса обслуживающего персонала, в качестве концептуальной модели обосновывается использование фреймовой модели. Электрическая схема, являясь детерминированной конструкцией, обеспечивает единые правила формирования фреймовой модели радиоэлектронной аппаратуры из множества отдельных фреймов.
На основе существующих стандартов в работе проведен анализ понятий и терминов, отражающих использование обслуживающим персоналом структурных элементов, представляемых на электрических схемах. Показано, что построение фреймовой модели требует учета различных аспектов представления схемных элементов в предметных понятиях: сущностного, ролевого и сценарного. С этой целью производится структуризация выявленных понятий и на их основе предлагаются правила формирования фреймов трех видов: фреймов-экземпляров, фреймов-ролей и фреймов-сценариев. При этом фреймовая модель радиоэлектронной аппаратуры формируется, как совокупность фреймов всех видов.
Предлагаемая фреймовая модель выступает в качестве концептуального интерфейса систем информационной поддержки, формально определяя предметные понятия, которые ориентированы на использование обслуживающим персоналом при работе по электрическим схемам. Использование подобного интерфейса избавляет обслуживающий персонал от необходимости знания большого количества деталей формализованных моделей радиоэлектронной аппаратуры.
Применение фреймовой модели позволяет осуществить переход к использованию высокоуровневых интерфейсов обслуживающего персонала в системах автоматизации технической эксплуатации на основе естественно-подобных языков. Такой подход позволяет повысить уровень автоматизации информационной поддержки обслуживающего персонала и сократить время восстановления радиоэлектронной аппаратуры за счет уменьшения времени на извлечение требуемой технической информации по электрическим схемам.
При эксплуатации сложных технических комплексов обслуживающий персонал должен совмещать умения по применению радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) с навыками по ее технической эксплуатации. Одним из путей повышения эффективности деятельности обслуживающего персонала при решении задач технической эксплуатации (ТЭ) является использование средств автоматизации, целевой функцией которых является повышение эксплуатационных показателей сложных технических комплексов (СТК).
Составной частью систем автоматизации ТЭ является средства информационной поддержки (СИП) обслуживающего персонала (ОП), с помощью которых на основе моделей РЭА обеспечивается решение совокупности задач технической эксплуатации СТК. Формальные модели РЭА, реализованные в существующих СИП (структурная, функциональная, параметрическая, идентификационная [3]), используют математический аппарат теории графов, матриц, автоматов и позволяют отражать различные аспекты автоматизации процессов технической эксплуатации: прикладной, предметный и интерфейсный.
Важное значение с точки зрения организации информационного взаимодействия ОП с СИП при решении прикладных задач ТЭ имеет интерфейсный аспект, который определяется формой представления требуемых данных обслуживающему персоналу. В связи с этим следует отметить, что в настоящее время в СИП широко распространено использование графических, табличных и текстовых интерфейсов, реализация которых осуществляется в терминах используемых моделей. Однако эти модели являются формальными конструкциями, ориентированными на средства автоматизации, а не на обслуживающий персонал [2].
Это приводит к тому, что при использовании средств автоматизации обслуживающий персонал вынужден выполнять предметную интерпретацию моделей РЭА, реализованных в СИП, оперируя в своем сознании знаниями предметной области, используемых моделей и принципов работы с ними. Следствием этого является избыточное число запросов со стороны ОП к СИП, что приводит к дополнительным временным затратам на извлечение требуемой информации при решении прикладных задач технической эксплуатации [4]. Для сокращения числа запросов предлагается осуществить переход к высокоуровневому концептуальному интерфейсу, основанному на использовании терминов и понятий, используемых ОП в предметной области технической эксплуатации.
Это требует создания соответствующих концептуальных моделей РЭА, состав и структура которых определяется предметным содержанием информационного ресурса, необходимого и достаточного для представления РЭА с точки зрения решения прикладных задач технической эксплуатации. В качестве одного из таких ресурсов выступают электрические схемы РЭА, которые предоставляют обслуживающему персоналу
информацию об электрических элементах изделия и связях между ними, определяя совокупность знаний об устройстве и принципе работы РЭА. Поэтому для концептуального представления этих знаний целесообразно использовать формальные модели представления знаний. Выбор модели представления знаний (продукционные, фреймовые, сетевые) определяется особенностями представления предметной области с точки зрения решения прикладных задач, определяемых профессиональной деятельностью ОП.
В процессе технической эксплуатации обслуживающему персоналу системами автоматизации знания о РЭА предоставляются в виде комплекта электрических схем. С точки зрения концептуального представления схемы радиоэлектронной аппаратуры, как информационный ресурс обслуживающего персонала, характеризуются рядом особенностей, которые обуславливают выбор фреймовой модели в качестве предлагаемой концептуальной модели РЭА.
Электрическая схема представляет структурные и функциональные элементы изделия в виде условных графических и/или буквенно-цифровых обозначений, выступающих в качестве самостоятельных структурных единиц. Каждая из структурных единиц характеризуется множеством свойств и атрибутов, которые в совокупности определяют образ, ассоциированный у обслуживающего персонала с соответствующим структурным элементом РЭА. Совокупность всех понятий, определяющих образ каждого структурного элемента изделия, целесообразно представлять в виде фрейма.
Электрическая схема является детерминированной конструкцией, что обеспечивает единые правила формирования общей фреймовой модели изделия из множества отдельных фреймов.
Структура электрических схем позволяет определять отношения между понятиями. Совокупность этих отношений позволяет создавать структурированные конструкции в виде суждений, которые в понятиях отражают предметные отношения между элементами РЭА, что может служить основой для создания языка интерфейса ОП в СИП.
Использование фреймовой модели предоставляет возможность перехода к объектно-ориентированному представлению электрических схем, что служит основой для согласования с существующими формальными моделями РЭА в системах автоматизации.
В работе в соответствии с существующим определением фрейма [5; 1] используется следующее формальное представление фреймов F:
F =< 01, 02, ... , Сп), (1)
где оI - слоты фрейма ^
Каждый слот оI £ F в общем виде имеет следующую структуру:
01 = У, А), (2)
где у - значение слота о,, - демон слота о,.
Построение фреймовой модели требует учета различных аспектов представления схемных элементов в предметных понятиях: сущностного, ролевого и сценарного. Сущностный аспект отражает наличие структурных элементов (сущностей), которые представляются на электрических схемах РЭА. Ролевой аспект отражает функциональную сторону изделия в терминах действий, которые выполняют компоненты РЭА, определяемые схемными структурными элементами. Наличие в модели сценарного аспекта связано с необходимостью представлять абстрактные понятия предметной области (цепь сигнала, функциональная группа, канал передачи данных и т.п.), которые обычно явно не указываются в виде элементов электрических схем.
В соответствии с этим фреймовая модель электрических схем радиоэлектронной аппаратуры ФРЭА формируется на основе фреймов трех видов: фреймы-экземпляры, фреймы-роли и фреймы-сценарии, причем для каждого вида фрейма правила построения имею свои особенности.
Структура фреймов-экземпляров
Фреймы-экземпляры создаются для всех структурных элементов схемы, в качестве которых на схемах выступают условные графические обозначения блоков, ячеек, разъемов, шлейфов и т.п. В качестве исходных данных для формирования фреймов-экземпляров выступает множество понятий, формируемое на основе концептуального анализа данных, содержащихся на электрических схемах разных типов: принципиальной схеме, схеме соединений и схеме подключений.
В существующих комплектах электрических схем имеются схемы соединений и схемы подключений для устройств уровня блока и выше, а схемы электрические принципиальные - для устройств от уровня ячейки.
На схеме соединений в графическом и текстовом виде содержатся данные, которые обслуживающий персонал может использоваться при решении задач технической эксплуатации: название блока; условное буквенно-цифровое обозначение блока; условные графические обозначения и наименования входящих в блок структурных элементов (ячеек, плат), элементов индикации и управления, входных, выходных и внутриблочных сигналов, соединительных элементов (жгутов, скруток, кабелей, проводов) между элементами схемы, разъемов и контактов и т.п.
Схема электрическая подключений показывает внешние подключения устройств в составе РЭА. На схеме размещается структурные элементы устройства, его входные и выходные элементы (соединители, зажимы т. п.), а также подводимые к ним элементы внешнего монтажа (провода, кабели, жгуты), сопровождаемые данными о подключении устройства (характеристики внешних цепей, адреса). Принципиальные электрические схемы отражают с достаточной полнотой и наглядностью взаимные связи отдельных элементов РЭА ЗРВ с учетом последовательности их работы, а также объединения в функциональные группы.
Формирование фреймов-экземпляров структурных элементов электрических схем иллюстрируется ниже для гипотетического изделия РЭА «Устройство
Рис.1. Гипотетическая схема соединений коммутирующего устройства
коммутирующее» УК уровня блока (рис. 1). Принимая во внимание, что каждый фрейм-экземпляр идентифицируется уникальным именем, а в сложных технических комплексах может встречаться насколько коммутирующих устройств и учитывая данные, указанные на электрических схемах блока УК, целесообразно в качестве имени фрейма-экземпляра уровня блока использовать совокупность маркировки блока (УК) и его позиционного обозначение (У2). Это определяет полное имя фрейма-экземпляра рассматриваемого блока: «УК У2».
Для учета названия блока создается слот «Название», маркировки блока - слот «Маркировка», позиционного обозначения - слот «Позиционное обозначение», которые для данного фрейма имеют значения «Устройство коммутирующее», «УК» и «У2» соответственно.
Для ранжирования элементов РЭА в структурной иерархии изделия, насчитывающей для СТК пять уровней (ячейка, блок, шкаф, кабина и комплекс), предназначен слот «уровень». В соответствии с этим для формируемого фрейма-экземпляра устройства УК слот «Уровень» имеет значение «Блок».
Для учета структурных элементов блока в составе соответствующего фрейма-экземпляра предусмотрено три слота: «Ячейка», «Индикатор», «Разъем». Слот «Ячейка» позволяет зафиксировать структурные элементы блока более низкого уровня структурной иерархии (ячейки, платы), имеющие собственные принципиальные схемы. Представим, что рассматриваемый блок УК включает шесть структурных элементов относящихся к уровню ячеек и представленных на схеме: тремя ячейками, двумя блоками питания и одной монтажной платой. В соответствии с этим слот «Ячейка» представляется набором из шести значений: УКЕ-01, УКЕ-02, УКЕ-03, БПС9-2, БПС9-5, монтажная плата У2.
Слот «Индикатор» определяет элементы индикации, указываемые на электрической схеме. На электрической схеме блока УК может быть представлено несколько имен индикаторов, что позволяет ввести следующие значения слота «Индикатор»: неисправность, КЗ и т.п.
Слот «Разъем» используется для отражения в модели соединителей (разъемов), представленных на схеме блока. Для получения данных о разъемах необходимо использовать схему соединений на блок, где каждый разъем представлен условным буквенно-цифровым обозначением. Применительно к электрической схеме радиоэлектронной аппаратуры уровня блока значения слота «Разъем» целесообразно представить комбинацией из позиционного обозначения устройства (например, У1, У3) и позиционного обозначения соединительного элемента (например, ОШ1, Х1), что позволяет определить значения слота «Разъем» как «У1-Х1», «У3-ОШ1».
Для учета проводов, жгутов, шлейфов и кабелей, указываемых на схеме соединений, во фрейме-экземпляре «УК У2» целесообразно сформировать слот «Ка-
бель». Каждый из жгутов, шлейфов и кабелей идентифицируется по его уникальному номеру, присваиваемому в пределах изделия и наносимому на соединительные элементы (например, ОЭ6, Э108). Так как группа проводов является структурным элементом кабеля, шлейфа или жгута, то для ее однозначной интерпретации целесообразно использовать комбинацию из номера кабеля (жгута, шлейфа) и номера группы проводов: ОЭ6 1, Э108 46 и т.п. Это определяет следующие значения слота «Кабель»: «ОЭ6», «Э108», «ОЭ6 1», «Э108 46» и т.п.
Для учета входных, выходных и внутриблочных сигналов, указываемых на электрической схеме блока, в структуру соответствующего фрейма-экземпляра вводится слот «Обозначение цепи». В качестве значения слота «Обозначение цепи» для фрейма-экземпляра «УК У2» целесообразно использовать названия всех сигналов, ассоциированных с соответствующей цепью на электрической схеме блока УК, например, «Корпус», « + 27В», «+27В Вкл. пит.», «~400Гц. 220В» и т.д.
В результате объединения данных, полученных в ходе проведенного анализа, формируется общая структура фрейма-экземпляра для блока УК (таблица 1). В качестве значений слотов этого фрейма применяются как предметные понятия, так и текстовые строки. В связи с использованием в качестве значений слотов предметных понятий (ячейка, кабель, разъем, индикатор, цепь), необходимо по электрическим схемам формировать соответствующие фреймы-экземпляры по аналогии с фреймом-экземпляром на блок.
Таблица 1
Имя фрейма УКУ2
Название Устройство коммутирующее
Маркировка УК
Позиционное У2
обозначение
Уровень Блок
Ячейка УКЕ-01, УКЕ-02, УКЕ-03, БПС9-2,
БПС9-5, монтажная плата У2
Индикатор Неисправность, КЗ,...
Разъем У1-Х1,УЗ-ОШ1,...
Кабель ОЭ6, Э108, ОЭ6 1, Э108 46,...
Обозначение цепи «Корпус», «+27В», «+27В Вкл. пит.», «~400Гц. 220В»,...
По отношению к таким понятиям, как блок, ячейка, индикатор, разъем, имеющих материальной коррелят, понятие цепь (электрическая цепь) на электрических схемах выступает абстракцией более высокого порядка. В виду важности данного понятия при работе обслуживающего персонала со схемами в предлагаемой фреймовой модели вводятся фреймы-экземпляры для описания электрических цепей.
Анализ данных, содержащихся на электрических схемах [6; 7], показывает, что при формировании каждого фрейма-экземпляра электрической цепи целесообразно учитывать название, обозначение и тип (вход, выход) цепи. Название цепи определяется в эксплуа-
тационной документации на изделие и связывается с его обозначением, указываемым на электрических схемах. Обозначение цепи позволяет определить характеристики сигнала и дополнительные признаки (атрибуты сигнала), при этом должно быть определено название сигнала, ассоциированного с соответствующей цепью.
В качестве характеристик цепи могут выступать параметры сигнала (частота, напряжение, сила тока, сопротивление, индуктивность и т.п.) и их номинальные значения (+27В, ~400Гц, 220В). Сигнал может иметь несколько названий, каждое из которых отражает различные прагматические точки зрения на сигнал, в частности, функциональную точку зрения (например, яркости, синхронизации и т.п.) и параметрическую точку зрения (например, +27В, 400Гц и т.п.).
Для подробного описания участков цепей, относящихся к разным устройствам (действиям, событиям и т.п.), в обозначении цепей на электрических схемах используется совокупность дополнительных признаков, ассоциированные устройствами, действиями, событиями: маркировка устройства (УК, УКЕ-01, 1 канал), выполняемые действия (функциональный контроль, поднимается, опускается, включить, отключить и т.п.), положения устройства (вертикальное, горизонтальное), состояния устройства (исправно, неисправно), событие (отказ, тревога) и т.п.
В соответствии с этим помимо имени каждый фрейм-экземпляр, описывающий электрическую цепь, в своей структуре должен иметь семь слотов: «Название», «Обозначение цепи», «Тип цепи», «Параметр», «Значение параметра», «Название сигнала», «Признак».
Поскольку согласно ГОСТ 2.709-89 все участки электрических цепей, разделенные структурными элементами, в пределах комплекта электрических схем имеют разное обозначение, то в качестве имени фрейма-экземпляра для описания цепи целесообразно использовать маркировку цепи.
Маркировка цепей в соответствии с [6; 7] осуществляется последовательными цифрами в пределах изделия: каждая сотня цифр отвечает за обозначения разных групп электрических цепей (измерительных, управления, защиты, сигнализации, питания и т.п.).
В цепях питания первая цифра используется для обозначения полярности сигнала: цифра 1 обозначает положительную полярность, а цифра 2 отрицательную. Для цепи защиты используется маркировка 301-399, для цепей управления 401-499 и т.п. В том случае, если основной нумерации недостаточно, возможно применение дополнительной маркировки с добавлением добавочной буквы латинского алфавита после первой цифры основной нумерации (1А01, 3В02, и т.п.).
В результате объединения данных, полученных в ходе проведенного анализа, формируется общая структура фрейма-экземпляра электрической цепи. Например, для гипотетической цепи включения пре-
образователя 1 канала блока УК фрейм будет иметь вид таблицы 2.
Таблица 2
Имя фрейма 410
Название цепи Включение преобразователя 1 канала
Обозначение цепи +27В Вкл. П-1
Тип цепи Выход
Параметр Напряжение
Значение параметра +27В
Название сигнала +27В, включение преобразователя 1 канала
Признак Включено, преобразователь, 1 канал
Следует отметить, что совокупность Ф1 всех фреймов-экземпляров позволяет представить структурную модель РЭА в понятиях предметной области.
Структура фреймов-ролей
Каждый элемент, представленный на электрической схеме, обладает определенной функциональностью, что отражается путем использования понятия функциональной задачи (функции), выполняемой элементом. Функциональная сторона изделия отражается на структурных, принципиальных и функциональных электрических схемах.
Принципиальные электрические схемы могут представлять функциональные ассоциации между отдельными элементами изделия путем их объединения в функциональные группы.
Схема электрическая структурная определяет основные функциональные части изделия (элементы устройства, функциональные группы), их назначение и связи. Построение схемы дает наглядное представление о взаимодействии всех функциональных частей изделия. Направление хода процессов, происходящих в изделии, обозначают стрелками на линиях их взаимосвязи.
На функциональной схеме изображают функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы) и связи между ними. Графическое построение схемы наглядно отражает последовательность функциональных процессов, иллюстрируемых схемой, при этом действительное расположение в изделии элементов и устройств не учитывается.
Общее представление функциональности изделия осуществляется на основе функциональных моделей [3], однако такие модели, являясь по сути формальными конструкциями, не позволяют оперировать функциональными задачами (функциями) и зависимостями между ними в понятиях предметной области. Использование ролевого описания позволяет отразить в предметных понятиях функциональное представление изделия, ассоциированное с комплектом электрических схем на изделие, на основе фреймов-ролей.
При формировании фреймов-ролей основой выступает не структура изделия, а выполняемые изделием функциональные задачи и функции. Поэтому для
формирования фреймов-ролей требуется определить множество всех функциональных задач (функций) ¥ = { ¥(1), ¥(2), ..., V (М) }, которые целесообразно использовать для отражения функциональности изделия, и создать соответствующих набор функциональных моделей для всех структурных уровней РЭА.
Каждая функциональная задача (функция) ¥(1)е ¥, I = 1, N в общем случае характеризуется набором используемых (входных) параметров и результатов выполнения (выходных параметров). Эти параметры (напряжение, частота и т.п.) определяются соответственно множеством входных Б^ и выходных Б* сигналов, ассоциированных с цепями на электрических схемах (рис. 2).
у* ( * * * |
Рис.2. Формализованное представление функциональной задачи (функции)
Предлагаемый подход к формированию фреймов-ролей заключается в том, что для каждой функциональной задачи (функции) ¥(1)е ¥, I = 1, N , учитываются ее название и множество входных/выходных сигналов. Формально структура всякого фрейма-роли р е Ф2 определяется упорядоченной тройкой компонентов р. _ ^ ¥(1), Б^ , Б*). В соответствии с этим помимо имени каждый фрейм-роль в своей структуре должен иметь три слота: слот «Входные сигналы», слот «Выходные сигналы», слот «Функциональная задача (функция)».
В качестве основы имени фрейма-роли целесообразно использовать краткое название функциональной задачи (функции), отражающее группу выполняемых однотипных функциональных задач (например, усиление, синхронизация, коммутация и т.п.). Для обеспечения уникальности имени фрейма-роли к выбранной основе добавляется уникальный числовой идентификатор.
Значением слота «Функциональная задача (функция)» является полное название функции из множества ¥, которая описывается соответствующим фреймом роли.
В качестве значений слота «Входные сигналы» и слота «Выходные сигналы» целесообразно использовать названия входных/выходных сигналов.
Рассмотрим фреймовое представление гипотетической функциональной задачи формирования режимов работы ¥(1), которую может выполнять блок УК. Гипотетические сигналы, участвующие в решении данной задачи представлены на рис. 3. Для выполнения задачи используются два входных сигнала «+27В Пит. Сигн.» и « + 27В Блокир. вкл.». В результате выполнения задачи формируется 5 выходных сигналов:
« + 27В Управл.», «Готов. вкл.», « + 27В Блок. вкл.», «L Не-испр.» и «!_ КЗ»
+27В Пит. сига.
+27В Блокир. вкп
Рис.3. Описание функуциональной задачи «Формирование режимов работы» блока УК
Структура фрейма-роли, описывающего функциональную задачу V1 ФР361га в соответствии с комплектом электрических схем и эксплуатационной документацией, может быть представлена в виде таблицы 3.
Таблица 3
Имя фрейма Формирование 1
Функциональная задача (функция) Формирование режимов работы
Входные сигналы +27В Пит. Сигн., +27В Блокир. вкл.
Выходные сигналы +27В Управл., Готов, вкл., +27В Блок, вкл., 1- Неиспр., 1- КЗ
Следует отметить, что совокупность Ф2 всех фреймов-ролей позволяет представить функциональную модель РЭА в понятиях предметной области. Объединение Ф1 и1 Ф2 фреймов-экземпляров и фреймов-ролей позволяет работать в понятиях предметной области с определенными классами моделей РЭА (структурной, функциональной, параметрической). Однако при этом отсутствует возможность оперировать абстрактными понятиями предметной области (цепь прохождения сигнала, цепь зависимых сигналов, каналов и трактов прохождения сигналов), которые отражают взимоза-висимость/взаимовлияние сигналов, но не представлены в виде структурных элементов на электрических схемах. В существующих формальных моделях этот аспект учитывается в идентификационных моделях РЭА. Для работы с такими абстрактными понятиями в терминах предметной области целесообразно использовать фреймы-сценарии.
Структура фреймов-сценариев
Фреймы-сценарии предназначены для определения понятий предметной области, отражающих различные аспекты взимозависимости/взаимовлияния сигналов по цепям и представляющих интерес для обслуживающего персонала при работе с электрическими схемами РЭА.
Для формирования фреймов-сценариев необходимо для каждой функциональной задачи ¥(1)е ¥, I =1, N выполнить определение всех отношений функциональ-
ных зависимостей Б*Бр , где ф;С0 обозначает соответствующее отношение функциональной зависимости для сигнала Б*, а множество Б^ С Б{ определяет множество сигналов, оказывающих влияние на сигнал Б* (рис. 4). Определение всех отношений ф^о выполняется путем соответствующего анализа комплекта электрических схем и функциональной модели РЭА.
Рис. 4. Формализованное представление отношений функциональных зависимостей
Для каждого отношения ф;() предлагается формировать соответствующий фрейм-сценарий ^ Е Ф3, который в своей структуре помимо имени фрейма содержит слоты: «Название», «Элемент цепи прохождения сигнала», «Элемент цепи зависимости сигнала», «Цепь зависимости сигнала», «Цепь прохождения сигнала». Последние четыре слота позволяют отражают разные аспекты взимозависимости/взаимовлияния сигналов по цепям через соответствующие сценарные элементы фреймов.
Структурная особенность фреймов-сценариев состоит в том, что в них явно задается только значение слотов «Название» и «Элемент цепи зависимости сигнала». Значение остальных слотов определяются с помощью демонов.
Для обеспечения уникальности имени каждого фрейма-сценария ^ Е Ф3 значение слота «Имя фрейма» образуется путем конкатенацией ¥ V Б у названия фрейма-роли ¥ и обозначения (названия) выходного сигнала Бу .
Значение слота «Название» в фрейме Е Ф3 должно определять вид ф;®. В предлагаемой структуре фрейма это значение связывается с названием выходного сигнала Бу, так, что в качестве значения слота «Название» фрейма ^ Е Ф3 целесообразно использовать название сигнала Бу .
Слот «Элемент цепи зависимости сигнала» определяет отношение ф;() путем определения всех сигналов множества Б У, от которых функционально зависит сигнал Бу. Таким образом в качестве значения слота «Элемент цепи зависимости сигнала» фрейма ^ Е Ф3 целесообразно использовать перечень названий (обозначений) всех сигналов Б Е Б;®, таких, что Бу ф;()Б.
Слот «Элемент цепи прохождения сигнала» для заданного сигнала Б Е Б^ определяется множеством отношений ф;®, которые определяют сигналы Бу Е Б1 функционально зависящие от сигнала Б. Значения этого слота можно определить явно перечислением соответствующих названий (обозначений) всех соответствующих сигналов Б* Е Б1 * Поскольку отношения ф;() определяются слотами «Элемент цепи зависимости сигнала» фреймов-сценариев, то значение слота «Элемент цепи прохождения сигнала» целесообразно определять во всех фреймах-сценариях одним и тем же демоном (Демон ЭЦП).
Слоты «Цепь зависимости сигнала» и «Цепь прохождения сигнала» используются для определения соответствующих понятий предметной области. Эти слоты своими значениями определяют последовательные участки электрических цепей, характеризующиеся тем, что они функционально зависимы и разделены структурными элементами. Значения этих слотов можно определить явно перечислением соответствующих цепей. Однако в виду сложной структуры таких цепей и их многочисленности значения слотов «Цепь зависимости сигнала» и «Цепь прохождения сигнала» целесообразно определять во всех фреймах-сценариях одним и теми же соответствующими демонами (Демон ЦЗС, Демон ЦПС).
В соответствии с приведенными правилами определения элементов фреймов общая структура фрейма-сценария для отношения функциональной зависимости ф;() может быть представлена в виде таблицы 4.
Таблица 4
Имя фрейма
Название *( /) Название сигнала
Элемент цепи зависимости сигнала Перечень названий (обозначений) всех сигналов Л' е , таких, что / .
Элемент цепи прохождения сигнала Демон ЭЦП
Цепь зависимости сигнала Демон ЦЗС
Цепь прохождения сигнала Демон ЦПС
Совокупность Ф3 всех фреймов-сценариев фактически определяет идентификационную модель РЭА в виде ориентированного графа G, устанавливающего функциональные зависимости между сигналами. Демон ЭЦП, демон ЦЗС и демон ЦПС определяются процедурами, позволяющими на основе графа G формировать значения слотов при работе обслуживающего персонала с цепями по электрическим схемам РЭА.
Принцип определения фреймов-сценариев ниже рассматривается на примере гипотетической функциональной задачи ¥(1) «Формирование сигналов о неисправности устройства» блока УК. Учитывая, что
результатом решения данной задачи является формирование двух выходных сигналов « + 27В Готовность ДУ» и «ЪНеиспр.», для описания зависимостей от входных сигналов « + 27В Пит. Сигн.» и «+27В Блокир. вкл.» устанавливаются два отношения функциональных зависимостей ф2(1) и ф2(2) (рис. 5). В соответствии с этим формируются два фрейма-сценария, представленные таблицами 5 и 6.
Рис. 5. Отношения функциональных зависимостей для функциональной задачи «Формирование сигналов о неисправности устройства» блока УК
Таблица 5
Имя фрейма Формирование сигналов о неисправности устройства +27В Готовность ДУ
Название +27В Готовность ДУ
Элемент цепи зависимости сигнала +27В Пит. Сигн., +27В Блокир. вкл.
Элемент цепи прохождения сигнала Демон ЭЦП
Цепь зависимости сигнала Демон ЦЗС
Цепь прохождения сигнала Демон ЦПС
Таблица 6
Имя фрейма Формирование сигналов о неисправности устройства 1- Неиспр.
Название 1- Неиспр.
Элемент цепи зависимости сигнала +27В Пит. Сигн., +27В Блокир. вкл.
Элемент цепи прохождения сигнала Демон ЭЦП
Цепь зависимости сигнала Демон ЦЗС
Цепь прохождения сигнала Демон ЦПС
Таким образом можно определить три множества Ф1, Ф2 и Ф3 фреймов-экземпляров, фреймов-ролей и фреймов-сценариев, которые в совокупности образуют фреймовую модель электрических схем радиоэлектронной аппаратуры:
ФРЭА =Ф1 ^ Ф2 ^ Фз
Предлагаемая фреймовая модель ФРЭА выступает в качестве концептуального интерфейса систем информационной поддержки, формально определяя
предметные понятия, которые ориентированы на использование обслуживающим персоналом при работе по электрическим схемам. Использование подобного интерфейса избавляет обслуживающий персонал от необходимости знания большого количества деталей формализованных моделей РЭА (структурной, функциональной, параметрической, идентификационной), используемых в средствах автоматизации процессов технической эксплуатации.
Представленная фреймовая модель электрических схем радиоэлектронной аппаратуры позволяет осуществить переход к использованию естественно-подобных языков в интерфейсах обслуживающего персонала при решении прикладных задач технической эксплуатации с использованием средств автоматизации. Благодаря этому значительно повышается информационная емкость запросов, формируемых со стороны обслуживающего персонала, что приводит к сокращению общего числа запросов, необходимых для получение требуемой информации. Наибольший эффект сокращение числа запросов дает при решении прикладных задач диагностирования и восстановления РЭА, которые характеризуются многократностью формирования запросов со стороны обслуживающего персонала и циклическим характером выполняемых операций.
Формализация и логика формирования фреймов, заложенные в структуре модели, являются основой для ее программной реализации как элемента средств автоматизации в системах информационной поддержки. По своей структуре фреймовая модель хорошо согласуется с объектно-ориентированным подходом к моделированию, что создает благоприятные условия для выполнения программной разработки соответствующих средств автоматизации с использованием CASE-технологий. Внедрение в системы информационной поддержки соответствующих программных средств позволяет повысить уровень автоматизации процессов технического диагностирования и сократить время восстановления РЭА за счет уменьшения времени на извлечение требуемой технической информации по запросам обслуживающего персонала.
Литература
1. Minsky, M. (1975). A framework for Representing Knowledge. The Psychology of Computer Vision. P.H. Winston. New York, McGraw Hill: 211-277.
2. Дмитриев А.К., Юсупов Р.М. Идентификация и техническая диагностика: Учебник для вузов. Л., Тип. ВИКИ им. А. Ф. Можайского, 1987. 248 с.
3. Анисимов О. В., Игнатьев С.В., Курчидис В.А. Модели радиоэлектронной аппаратуры как основа организации информационных интерфейсов в системах автоматизации технической эксплуатации: Монография. М.: Изд-во ООО «Норд», 2013. 88 с.
4. Анисимов О.В. Направления совершенствования систем информационной поддержки обслуживающего
персонала при технической эксплуатации систем специального назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2014. № 5. С. 44-50.
5. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. СПб.: Питер, 2000. 384 с.
6. ГОСТ 2.709-89. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные проводов и кон-
тактных соединений электрических элементов, оборудования и участков цепей в электрических схемах/ редакция 2007 г., М.: Государственный комитет по стандартизации, 1989. 11 с.
7. ГОСТ 2.710-81. Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах, М.: Стандартинформ, 2008. 10 с.
CONCEPTUAL REPRESENTATION OF ELECTRICAL SCHEMES ELECTRONICS BASED ON FRAME MODEL
Anisimov O., Ph.D, docent, Military Space Academy, [email protected]
Kurchidis V., Doc.Tech.Sci., professor, Military Space
Academy, [email protected]
Popov T., Military Space Academy, [email protected]
Abstrart
The use of automation is one of the ways to improve the solving efficiency of the exploitation problems of complex technical systems. The work is devoted to the improvement of support staff information systems due to the increasing level of automation of the staff activities, associated with search and retrieve of the necessary technical information when working with electric schemes of electronic equipment. This requires the new conceptual type models of electronic equipment conceptual type, the development of methods for their construction and algorithms for working with them. The use of frame models is substantiated in the conceptual models form with given characteristics of schematic representations of electronic equipment as staff information resource. The electric scheme, being deterministic structure, provides uniform rules of formation frame models of electronic equipment from many individual frames. Based on existing standards the work is performing the analysis, which concerns the concepts and terms, reflecting the use of the structural elements in the electric schemes by a staff. It is shown, that the building of frame model requires a consideration of various aspects of the performance of scheme elements in the subject concepts: entity, role-playing and scenario. For this purpose, the identified concepts are structuring and on their basis, the rules are proposed for the formation of three types of frames: frames-instances, frames-roles and frames-scripts. Then the frame model of electronic equipment is formed as a set of frames of all kinds. The proposed frame model serves the conceptual interface of information systems support, formally defining substantive concepts that focused on the use when staff is working
with electrical schemes. The use of such interface saves staff from having knowledge of a large number of formal models parts of electronic equipment.
The use of frame model allows the transition to high-level staff interfaces in systems of automation technical exploitation based on natural-similar languages. This approach allows increasing the level of automation and information support for staff and reducing the recovery time of electronic equipment by reducing the time to retrieve the required technical information from electrical schemes.
Keywords: information support, frame model, technical maintenance, electronic devices, electric scheme, domain concepts.
References
1. Minsky, M 1975, 'A framework for Representing Knowledge. The Psychology of Computer Vision', P. H. Winston. New York, McGraw Hill: pp. 211-277.
2. Dmitriev, A & Usupov, R 1987, 'Identification and technical diagnostics /Textbook for high schools', Leningrad, MEI, 248 p. [in Russian]
3. Anisimov, O, Kurchidis, V & Ignatiev, S 2013, 'Models of electronic equipment as a basis for organizing information interfaces in automation systems technical manual', Nord, Moscow, 88 p. [in Russian]
4. Anisimov, O 2014, 'Improvement of system of information support for the personnel during the technical maintenance of special-purpose systems', H&ES Research, vol. 6, no. 5, pp. 44-52. [in Russian]
5. Gavrilova, T & Choroshevski, V 2000, 'Knowledge Base Intelligent Systems', SPb, Piter, 384 p. [in Russian]
6. GOST 2.709-89 1989, 'Unified system of design documentation. Conventions of wires and terminal connections of electrical elements, equipment and subcircuits in circuit diagrams', IPK publishing standards, Moscow, 11 p. [in Russian]
7. GOST 2.710-81 2008, 'Unified system of design documentation. Alpha-numerical designations in electrical diagrams', Standartinform, Moscow, 10 p. [in Russian]
Ссылки для цитирования статьи / References for citation
Анисимов О.В., Курчидис В.А., Попов Т.А. Концептуальное представление электрических схем радиоэлектронной аппаратуры на основе фреймовой модели // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. № 2. С. 20-28.
Anisimov O., Kurchidis V., Popov T. Conceptual representation of electrical schemes electronics based on frame model. H&ES Research. 2015. Vol. 7. No.2, рр. 20-28.
