CC BY
8MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 1 (141). 2018
В.В. Шмелев
кандидат технических наук
ФКГВОУ ВПО «Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского», г. Санкт-Петербург
Е.Б. Самойлов
кандидат технических наук
ФКГВОУ ВПО «Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского», г. Санкт-Петербург
МОДЕЛИ ОПЕРАЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И КОНТРОЛЯ
ПРАВИЛЬНОСТИ ОПЕРАЦИЙ
Рассматривается недостатки существующего способа представления и контроля технологических графиков выполнения операций технологического процесса испытаний и применения объектов ракетно-космической техники. Предлагается способ формализации технологических графиков и процесса их контроля на основе сетей Петри и формальных грамматик.
Введение
Испытания и применение объектов ракетно-космической техники (РКТ) можно представить как совокупность технологических процессов, т.е. совокупности операций, выполнение которых в установленной последовательности преследует определенную цель. При ведении технологической документации на объектах РКТ, а также их проектировании и разработке, технологические процессы обычно отображают с помощью технологических графиков (карт). Технологический график можно определить как графическое отображение технологического процесса, содержащее необходимые сведения для его выполнения [1]. Зачастую под технологическим графиком понимается циклограмма соответствующего процесса, которая обычно изображается с помощью блок-схем.
В качестве примера на рис. 1 приведена блок-схема фрагмента циклограммы одного из режимов функционирования объекта РКТ.
Записи «Операция 1», «Операция 2» и т.д. обозначают соответствующие операции, «Условие 1» и «Условие 2» — проверку соответствующих условий. В практике испытаний и применения объектов РКТ проверка условий заключается в сравнении
значений измеряемых и вычисляемых параметров с заранее заданными допусками [2]. Положительный результат проверки обозначен символом «+», отрицательный символом «—». Циклограмма состоит из 5 операций. Операции 1, 2 и 5 безусловно выполняются, операция 3 выполняется только при положительном результате проверки условия 1, операция 4 — условия 2.
Контроль выполнения операций технологического графика
При испытаниях и применении РКТ решается задача контроля правильности выполнения операций. Это осуществляется в автоматизированном режиме, когда оператору выводятся на экран ожидаемые и фактические значения времен контрольных меток циклограммы. При этом автоматизация заключается в выводе результата сравнения ожидаемого и фактического значений времени контрольных меток. Для визуализации процесса отслеживания (контроля) используется инструмент диаграмм Ганта [3]. Такой способ отслеживания циклограммы обладает следующими недостатками:
— отсутствует методическое обеспечение автоматической генерации диаграмм Ганта по существующим технологическим графикам;
Рис. 1. Блок-схема фрагмента циплограммы
— затруднительно отобразить возможные ветвления в циклограмме (которые наглядно представляются в блок-схемном виде);
— затруднительно отслеживать в потоковом виде несколько режимов;
— невозможно перестроить операции (этапы) циклограммы без участия человека.
Для устранения этих недостатков и создания информационной системы, решающей задачи полностью автоматического контроля циклограмм функционирования объекта РКТ с возможность их перестройки, необходимо
разработать формальную модель как самой циклограммы, такипроцесса ее контроля.
Общие модели циклограммы и процесса ее контроля
Рассмотрим возможность применения аппарата сетей Петри [4], модернизировав его под особенности рассматриваемой предметной области.
Модель циклограммы в виде сети Петри содержит позиции и переходы. Позиции здесь выступают индикаторами стационарных состояний процесса функционирования, а переходы — индикаторами процессов, проходящих на борту объекта.
В модели контроля циклограммы позиции являются ячейками памяти, в которые записываются переменные. Срабатывание переходов является флагом для изменения состояния процессов в работе программы отслеживания. При этом структура сетей Петри, моделирующих и циклограмму, и процесс ее отслеживания, будет идентичной.
На рис. 2 представлена модернизированная сеть Петри, моделирующая процесс отслеживания циклограммы, изображённой на рис. 1.
Для начала работы необходимо наличие входного сигнала «Запуск». Данная позиция имеет вид полукруга (подробнее см. [5]). При получении данного сигнала запускается переход «Н1» (начало операции 1), что является флагом для начала визуального отслеживания операции 1. Отслеживание операции 1 фиксируется активацией позиции «Вып1» (выполняется операция 1).
Совокупность переходов «Н1» и «К1» (конец операции 1) является индикаторами начала и окончания отслеживания операции 1. Здесь переходы «Н1» и «К1» по сути являются единым переходом, имеющим длительность срабатывания Т1. Разделение единого перехода является необходимым, так как следует адаптировать разрабатываемый инструмент к возможности наличия условий окончания отслеживаемой операции, а также возможности извлечения информации, получаемой в процессе её выполнения.
Завершение отслеживания операции 1 фиксируется срабатыванием перехода К1, после чего флаг-фишка помещается в позицию «Зак1» (операция 1 закончена), которая является
MEANS COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 1 (141). 2018
Рис. 2. Общая модель циклограммы в виде модернизированной сети Петри
индикатором выполнения операции 1. Тем самым оканчивается визуальное отслеживание операции 1 — она считается выполненной. Данная позиция является также позицией «Зап2», запускающей выполнение — отслеживание операции 2. Процесс отслеживания данной операции не отличается от процесса отслеживания операции 1. Операция 2 будет считаться выполненной по формированию фишки в позиции «Зак2».
Для выполнения операции 3 необходима проверка условия 1. На данном этапе требуются входные данные в виде значений измеряемых и вычислительных параметров. В зависимости от результата проверки указанных входных данных должен сработать соответствующий переход «Усл1+» или «Усл1—». При срабатывании перехода «Усл1+» формируется фишка в позиции «ЗапЗ» для запуска операции 3, а при срабатывание перехода «Усл1—» — фишка в позиции «ПропЗ», что будет являться индикатором пропуска операции 3, а также флагом для проверки условия 2. Дальнейшее функционирование модели аналогично рассмотренному.
По срабатыванию перехода «К5», обозначающего окончание отслеживания операции 5, формируется флаг в позиции «Зак5», являющийся индикатором выполнения операций 1-5.
Формальные модели циклограммы и процесса контроля операций циклограммы
Формальная модель циклограммы может быть представлена формальным описанием расширенной модели сетей Петри. Такая модель представляет собой совокупностью позиций, переходов, а также их входных и выходных функций. Она строится на основе графической модели циклограммы (см. рис. 2). Расширение классической модели заключается в доопределении переходов временной характеристикой «перетекания» фишки от момента ее поступления на вход перехода до момента ее передачи в выходную позицию. Эта временная характеристика аналогична длительности операции, а входная и выходная функции аналогичны соответствующим функциям, определяемым при описании классических сетей Петри.
Процесс отслеживания может быть представлен с помощью формальной грамматики [6], построенной на формальной модели циклограммы и состоящей из 5 элементов.
1. Конечноенепустоемножествотерминальных символов. Данное множество содержит возможные в рамках отслеживаемой циклограммы варианты состояний позиций: наличие (отсутствие) фишки, возможные значения или интервалы значений характеризующей переменной. Для
рассматриваемого примера данное множество содержит 30 элементов, образованных из двух вариантов состояния 15 позиций.
2. Конечное непустое множество нетерминальных символов, являющимися словами в грамматике. Каждый нетерминальный символ содержит совокупность терминальных символов, каждое слово имеет одинаковую мощность, равную количеству позиций.
3. Правила формирования нетерминальных символов, выводимые из модели циклограммы. Этот элемент модели отслеживания циклограммы содержит множество пар. Первым элементом каждой пары является нетерминальный символ, вторым — нетерминальный элемент, полученный путем реализации входных и выходных функций позиций и переходов в исходном нетерминальном символе. Именно функции определяют способы перехода из одного нетерминального символа в другой. Мощность данного множества правил равна мощности множества нетерминальных символов.
4. Начальный и конечный нетерминальные символы, которые для начального не имеют
предшествующего нетерминального символа, а для конечного не имеют последующего символа.
5. Правила работы программы отслеживания— совокупность пар. В каждой паре имеется первая часть — нетерминальный символ, вторая — соответствующее действие на экране или другом средстве индикации процесса отслеживания циклограммы. Например, для начального нетерминального символа программа отслеживания должна отобразить все операции как невыполнявшиеся, для второго символа—отметить приход сигнала, разрешающего выполнение операции 1, для третьего символа — начать отсчитывать долю выполнения операции 1.
Заключение
Дальнейшие исследования этой проблематике целесообразно сосредоточить на проработке особенностей формальной грамматики, в соответствии с которой формируется модель отслеживания операций циклограммы, а также на разработке методики непосредственного отслеживания операций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 3.1109-82. Единая система технологической документации. Термины и определения основных понятий.
2. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В., Юсупов P.M. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных техническихобъектов. М.: Наука, 2006. — 410 с.
3. Друкер Питер Ф. Менеджмент / Пер. с англ. — М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2010. - 704 с.
4. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем / Пер. с англ. М.В. Горбатовой и др.; Под ред. В.А.Горбатова. - М.: Мир, 1984. - 264
5. Охтилев М.Ю. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. МО РФ.
6. Актуальные вопросы автоматизированной обработки и анализа информационных процессов. Учебное пособие. МО РФ, 1992. - 140 с.
