CC BY
5
Метод расчета коэффициента использования штатной аппаратуры системы управления на испытательном стенде
А.В. Журавлев, К.А. Аксенов
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина,
Екатеринбург
Аннотация: В статье рассмотрен подход к оценке коэффициента использования штатной аппаратуры системы управления на испытательном стенде. Показана актуальность задачи оценки на этапе проектирования испытательного стенда и приведено описание метода для решения данной задачи. Предложенные подходы могут быть применены как на этапе создания испытательного стенда, так и при модернизации существующей позиции. Ключевые слова: система автоматического управления, испытательный стенд, анализ процесса отработки, экспериментальная отработка, штатная аппаратура, программный комплекс централизованного управления, коэффициент использования аппаратуры.
Введение
Одним из важных этапов создания систем управления, особенно систем управления (СУ) изделиями РКТ, является этап экспериментальной отработки аппаратуры и программ для подтверждения их корректной работы при различных наборах входных параметров (различном составе обрабатываемой информации) [1]. Данный этап является достаточно трудоемким и продолжительным, занимающим значительную часть времени создания системы и требующим существенных материальных затрат [2]. В частности, в аппаратуру систем управления изделиями РКТ, как правило, закладывается принцип одной возможной неисправности (ОВН), аппаратура должна продолжать функционировать минимум при одной возможной неисправности, а одной из основных задач отработки является подтверждение выполнения данного принципа [3, 4].
Сегодня существует большое количество технологий, позволяющих автоматизировать процесс отработки [5, 6], автоматизация позволяет сократить время технологических операций [7], при этом время штатного
проведения уменьшить нельзя, так как штатная аппаратура работает в условиях, приближенных к реальной работе системы [8].
Актуальной становится задача расчета коэффициента использования штатной аппаратуры системы управления на испытательном стенде как инструмента оценки эффективности автоматизации процесса проведения испытаний на стенде [9].
Для решения данной задачи разработан метод расчета коэффициента использования штатной аппаратуры системы управления на испытательном стенде, позволяющий получить количественную оценку эффективности автоматизации процесса проведения испытаний объекта контроля на позиции.
Метод расчета коэффициента использования штатной аппаратуры
Для определения коэффициента использования штатной аппаратуры системы управления первым шагом определяется количество технологического оборудования, задействованного на испытательном стенде, расчет осуществляется на основании данных технического задания на систему управления, то есть на этапе проектирования испытательного стенда.
Расчет количества технологического оборудования проводится на основании перечня внешних и доступных для регистрации внутрисистемных связей объекта контроля. Перечень внешних и доступных внутрисистемных связей, который представляет собой таблицу с указанием внешней системы (для внешних связей), интерфейса, типа интерфейса, количества трактов и количества линий связи (в каждом тракте) (пример перечня внешних связей приведен в таблице 1). Тип интерфейса может принимать значения: кодовый, релейный, аналоговый.
Таблица № 1
Пример перечня внешних связей
Система Интерфейс Тип интерфейса Количество трактов (количество линий связи в тракте)
Система 1 RS-232 Кодовый 2 (2), 1 (1)
Система 2 ГОСТ 52070 Кодовый 2 (2), 1 (3)
Система 2 Релейный Релейный 1 (200)
Система 2 Аналоговый Аналоговый 1 (10)
Внутрисистемный RS-232 Кодовый 1 (2)
Определение количества имитаторов производится на основе количества внешних систем, количества интерфейсов в каждой системе, количества трактов по этим интерфейсам и количества линий связи в каждом тракте ОХлс)- Под линией связи подразумевается одна релейная
команда/сигнал (РК/РС) или одна кодовая линия связи. Для резервированных РК/РС (КЛС), все резервные линии связи суммируются (Например, РК «Вкл. пит.» резервированная с кратностью резервирования два, линий связи должно быть указано две). Количество имитаторов в типовом испытательном стенде равно общему количеству трактов взаимодействия штатной аппаратуры с технологической. Расчет количества имитаторов (лгТ[.ш„)
производится по формуле (1):
(1)
Регистраторы в типового испытательного стенда разрабатываются для внешних кодовых линий связи и внутрисистемных линий связи, поэтому в формуле расчета количества регистраторов суммирование связей ведется только по внешним кодовым и внутрисистемным интерфейсам (лгннт ),
дополнительно добавляется один регистратор, осуществляющий списывания
и
диагностической информации с вычислительных модулей. Расчет количества регистраторов (;УТНП рег) производится по формуле (2):
чйЬю
Количество технологического оборудования 0\нпТС>) типового
испытательного стенда полностью определяется количеством имитаторов и регистраторов и вычисляется по формуле (3):
^тип/ТО ^ТЕП_рЕГ
(3)
Одной из основных целей автоматизации процесса отработки является минимизация времени проведения испытаний на отработочной позиции с сохранением полноты проверки.
Время проведения испытания (тасаьпг) складывается из времени
непосредственного проведения режима на позиции (7рЕК.)) и времени
подготовки и оценки результатов испытания (гг
пздгпт_зц_кя1.
) (4).
т = т + т
нспьгг рек; ппдгпт_пц_н1п
(4)
Время проведения режима (т' ) вычисляется по формуле (5).
т =т +т
Рек; штат тек_:?пер
(5),
где Тштзт - время штатных операций;
Ттеа - время технологических операций;
Время проведения режима (Треж) вычисляется по формуле (6).
т = т +т = т +т + т
Рек; штат тек_:?пер сгр едв_т ек_п пер штат а в ер ш_т ек_з пер
(6),
где гштет - время штатных операций, гТЕК зпер - время технологических операций,
M Инженерный вестник Дона, №5 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n5y2023/8385
Ггф^ - время предварительных технологических операций, г,аЕЕрш_ЗПЕР
- время завершающих технологических операций.
Время штатных операций (гшт=т) вычисляется по формуле (7) и
складывается из:
- времени включения аппаратуры (£шт EtLJ ;
- времени задания режима 0ШТ ЕЕ„);
- времени проведения режима (tmT
- времени завершающих операций после окончания режима (£шт ЕЕЕЕрш).
■—7" ~ -lut.;:-.: " : : z - — T_\-z- • LUT.::.: LU (7)
Время штатных операций (ГШТЕТ) является входной информацией,
получаемой на основе исходных данных (с учетом соотношения проводимых режимов).
Время предварительных технологических операций (тареяЕтехаавр)
вычисляется по формуле (8) и складывается из:
- времени записи задания режима в журнал (tEE4aHKE);
- времени предпускового конфигурирования технологического программного обеспечения (ТПО) (tTno кои*), которое определяется
средним временем предпускового конфигурирования одного имитатора/регистратора (£тпо кзнф то) и количеством технологического
оборудования (jVT0);
- времени запуска ТПО (£Т[Ш -апусЕ), которое определяется средним временем запуска одного имитатора/регистратора (£тпо КЗНф то) и количеством технологического оборудования (¿vTC).
и
Т" — з- f f-
[градЕ_ТЕ!к_ппер ааданкЕ ТП0_кзнф ТИОзапуск
^аэданн^Т 1Ю_кпнф_ТС + ^ТГО_:аап>'ск_Т[>)* Л'Т0
(8)
Время завершающих технологических операций (г.
= ЕЁрт_ТЕК_31Тер
)
вычисляется по формуле (9) и складывается из:
времени останова ТПО (£Т[Ю ппанпЕ), которое определяется средним
временем останова одного имитатора/регистратора (£тпо ПСТВНЗЕ тс) и количеством технологического оборудования (iVTC);
- времени списывания диагностической информации технологическим программным обеспечением со штатной аппаратуры ^тоо_/щнг_то),
которое определяется средним временем списывания диагностической информации с одного вычислительного модуля (>ТП0_Д[,аг вм) и
количеством вычислительных модулей (ДГЕ;Н) (Количество
вычислительных модулей является входной информацией и определяется ТТ, ТЗ);
времени сохранения диагностической информации на сервер (£тпо „^Х
которое определяется средним временем сохранения диагностической информации с одного имитатора/регистратора (А по «и? то) и
количеством технологического оборудования (ДГТС;);
времени записи отчета в журнал (^ТЧЕТ).
Г — f 4- t -4- f 4- f
' еаеерш_тех_:шер ПО_[]ставов ИЮ_дкаг ТПО_-ощр ¿ отчет
_ :7г.:-: _7: : '■ Т: Г"": .г: г.г.Н: : '■ ::: Г:7-7 (9)
Оценка результатов автоматизации в рассматриваемых моделях выполняется через коэффициент использования штатной аппаратуры (кя\
и
который определяется отношением времени работы штатной аппаратуры к общему времени проведения испытания. Чем выше данный показатель (меньше время технологических операций), тем выше степень автоматизации и меньше ручных операций при проведении режима.
Коэффициент использования штатной аппаратуры вычисляется по формуле (10):
где 7"штвт - время штатных операций, тРЕ^ень - продолжительность рабочего дня (гРЕ^ень= 8 часов), ¿Уусп Р_ДЕ,:ь - количество успешных режимов в
день, вычисляется по формуле (11):
^усп_р_ДЕЕ-:ь = агс1е
(11),
где ^С0ПЙ - коэффициент сбойных режимов в день, агс1е[] - операция
округление до ближайшего меньше целого числа, Р - вектор используемых
технологий автоматизации (компонентов системы «Испытание»)
Количество успешных режимов вычисляется по формуле (12):
(12),
где ипкцу - коэффициент, определяющий вариант применения
программного комплекса централизованного управления (ПКЦУ) на оптимизированном испытательном стенде (0 - не применяется; 1- применяется (внедряется); 2 - применяется (разрабатывается))
Заключение
Предложенный метод расчета коэффициента использования штатной аппаратуры на испытательном стенде позволяет оценивать данный показатель для стендов, как на этапе проектирования, так и на этапе модернизации. Представленный метод расчета интегрирован в модель типовой и автоматизированной отработочной позиции [10] и может быть использован при создании и модернизации испытательных стендов систем управления изделиями ракетно-космической техники.
Литература
1. Микрин Е.А. Бортовые комплексы управления космическими аппаратами и проектирование их программного обеспечения. М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. С. 94-128.
2. Саксонов Е.А., Симонов С.Е., Городничев М.Г. Обзор методов обнаружения неисправностей синхронного электродвигателя с постоянными магнитами // Инженерный вестник Дона, 2023, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2023/8339/.
3. Дудин Н.В., Хохряков В.А., Щепочкин И.Н. Процесс отработки программного обеспечения ФГУП научно-производственного объединения автоматики имени академика Н.А. Семихатова // Актуальные проблемы ракетно-космической техники («III Козловские чтения»). Сборник трудов. Самара: ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», 2013. С. 218-221.
4. Тюгашев А.А. Система интеллектуальной поддержки проектирования и верификации бортового программного обеспечения // Сборник трудов III Всероссийской научно-технической конференции «Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами». М.: ФГУП «МОКБ «Марс», 2015. С. 128-129.
5. Поршнев С.В., Костромин В.А. Система информационной поддержки технологических процессов разработки и изготовления систем управления
ракетно-космической техникой. Журнал научных публикация для аспирантов и докторантов. URL: jurnal.org/articles/2007/inf22.html
6. Судьина Д.О., Петросян Л.Э., Зырянова С.А. Применение российских технологий с элементами искусственного интеллекта в космосе // Инженерный вестник Дона, 2023, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2023/8148/.
7. Тюгашев А.А., Мясникова Е.А., Сопченко Е.В., Инструменты генерации тестов для программ управления спутниками // Информационные технологии и нанотехнологии (ИТНТ-2015): материалы Международной конференции и молодежной школы. Самара: Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, 2015. С. 287-290.
8. Северов А., Ушаков В., Говоренко Г., Тетерин Д. Автоматизированный стенд для испытания систем управления ракетно-космических стартовых комплексов. М: СТА Пресс, 2013. С. 70-74. URL: cta.ru/cms/f/447007.pdf
9. Zhuravlev A.V., Aksyonov K.A. and Knyazev R.O., System analysis and processing of parameters of the test bench // 7th International Young Scientists Conference on Information Technology, Telecommunications and Control Systems, ITTCS 2020 (Innopolis University, Innopolis, 2020) pp. 012002. URL: doi.org/10.1088/1742-6596/1694/1/012002.
10. Zhuravlev A.V., Aksyonov K.A. and Knyazev R.O., Methodology for building the optimal test bench of software and hardware complexes of control systems // 7th International Young Scientists Conference on Information Technology, Telecommunications and Control Systems, ITTCS 2020 (Innopolis University, Innopolis, 2020) - pp. 012003. URL: doi.org/10.1088/1742-6596/1694/1/012003.
References
1. Mikrin E.A. Bortovy'e kompleksy' upravleniya kosmicheskimi apparatami i proektirovanie ix programmnogo obespecheniya [Onboard spacecraft control systems and design of their software]. M: MGTU im. N.E'. Baumana, 2003. pp. 94-128.
2. Saksonov E.A., Simonov S.E., Gorodnichev M.G. Inzhenernyj vestnik Dona, 2023, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2023/8339/.
3. Dudin N.V., Xoxryakov V.A., Shhepochkin I.N. Aktual'ny'e problemy' raketno-kosmicheskoj texniki («III Kozlovskie chteniya»). Sbornik trudov. Samara: FGUP «GNPRKCz «CzSKB-Progress», 2013. pp. 218-221.
4. Tyugashev A.A. Sbornik trudov III Vserossijskoj nauchno-texnicheskoj konferencii «Sistemy' upravleniya bespilotny'mi kosmicheskimi i atmosferny'mi letateFnymi apparatami». M.: FGUP «MOKB «Mars», 2015. pp. 128-129.
5. Porshnev S.V., Kostromin V.A. Zhurnal nauchny'x publikaciya dlya aspirantov i doktorantov. URL: j urnal .org/articles/2007/inf22 .html
6. Sud'ina D.O., Petrosyan L.E'., Zy'ryanova S.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2023, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2023/8148/
7. Tyugashev A.A., Myasnikova E.A., Sopchenko E.V. Informacionny'e texnologii i nanotexnologii (ITNT-2015): materialy' Mezhdunarodnoj konferencii i molodezhnoj shkoly'. Samara: Samarskij nacional'ny'j issledovatel'skij universitet imeni akademika S.P. Koroleva, 2015. S. 287-290.
8. Severov A., Ushakov V., Govorenko G., Teterin D. Avtomatizirovanny'j stend dlya ispy'taniya sistem upravleniya raketno-kosmicheskix startovy'x kompleksov [Automated test bench for control systems of rocket and space launch complexes]. M: STA Press, 2013. S. 70-74. URL: cta.ru/cms/f/447007.pdf
9. Zhuravlev A.V., Aksenov K. A. and Knyazev R. O. 7th International Conference of Young Scientists on Information Technologies, Telecommunications and Control Systems, ITTCS 2020 (Innopolis University, Innopolis, 2020) p. 012002. URL: doi.org/10.1088/1742-6596/1694/1/012002.
10. Zhuravlev A.V., Aksenov K. A. and Knyazev R. O. 7th International Conference of Young Scientists on Information Technologies, Telecommunications and Control Systems, ITTCS 2020 (Innopolis University, Innopolis, 2020). p. 012003. URL: doi.org/10.1088/1742-6596/1694/1/012003.
