Объектно-ориентированная модель перспективного учебно-тренировочного средства Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Cloud of Science. 2017. T. 4. № 3 http:/ / cloudofscience.ru

Объектно-ориентированная модель перспективного учебно-тренировочного

средства

В. В. Белов", Н. Н. Власов*'**

*Рязанский государственный радиотехнический университет 390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1

"АО «НПК «КБМ» 140402, Московская обл., Коломна, Окский пр., 42

e-mail: [email protected], [email protected]

Аннотация. В статье рассматривается объектно-ориентированная модель, созданная при проектировании учебно-тренировочного средства (индекс изделия 9Ф694-Э), предназначенного для подготовки экипажей пусковой установки 9П78-1-Э экспортного варианта оперативно-тактического ракетного комплекса (ОТРК) «Искандер-Э» (индекс изделия 9К720). Приведены фрагменты созданной модели. Сформулированы основные умения, получаемые обучаемым экипажем в процессе обучения. Проектные решения, реализованные в 9Ф694-Э, в настоящее время продуктивно используются в разрабатываемом проекте тренажера ОТРК «Искандер-Э» в целом.

Ключевые слова: учебно-тренировочные средства (УТС), особенности комплекса 9П78-1-Э, CASE-средства, модель тренажера 9Ф694-Э.

1. Введение

Целью настоящей статьи является рассмотрение объектно-ориентированной модели тренажера 9Ф694-Э, созданного для подготовки экипажей пусковой установки 9П78-1-Э экспортного варианта комплекса «Искандер».

Комплекс разработан в Коломенском КБ Машиностроения (КБМ). Основные особенности ракетного комплекса «Искандер-Э» таковы [1]:

- высокоточное и эффективное огневое поражение различных типов целей в условиях активного применения противником средств противоракетной обороны;

- возможность скрытной подготовки, боевого дежурства и нанесения ракетных ударов;

- автоматический расчет и ввод полетного задания ракет средствами пусковой установки;

- высокая вероятность безотказного функционирования ракеты при подготовке к пуску и в полете;

- высокая тактическая маневренность благодаря высокой проходимости боевых машин, смонтированных на полноприводных шасси;

- стратегическая мобильность за счет транспортабельности машин комплекса всеми видами транспорта;

- автоматизация боевого управления ракетными подразделениями, оперативная обработка и доведение развединформации до соответствующих звеньев управления.

Ракетный комплекс «Искандер-Э» обеспечивает решение боевых задач во всех видах боевых действий сухопутных войск на различных театрах военных действий, в любое время суток, в условиях активного противодействия противником средствами противоракетной обороны и радиоэлектронной борьбы.

В настоящее время для сокращения затрат на создание программно-информационных систем широко используются СА8Е-средства, обеспечивающие автоматизацию работ всех этапов конструирования системы. Важнейшей составляющей СА8Е-средств являются механизмы моделирования, поддерживающие принятие решений на наиболее ответственных этапах создания системы — анализа, проектирования и программирования. Текстово-графические модели, формируемые с помощью СА8Е-средств, позволяют повысить качество проектных работ и одновременно сократить общее время проектирования и последующей реализации принятых проектных решений.

2. Постановка задачи

В процессе разработки тренажера 9Ф694-Э была поставлена задача создания объектно-ориентированной модели проектирования, которая позволила бы детально проработать все проектные решения и за счет этого обеспечить минимизацию потенциальных ошибок в решениях, принимаемых на этапе программирования, и в конечном счете сократить общее время создания тренажера.

Указанная задача была решена, и в данной статье описываются некоторые элементы созданной объектно-ориентированной модели тренажера 9Ф694-Э, позволяющего осуществлять обучение и поддерживать высокий уровень квалификации экипажей пусковой установки 9П78-1-Э экспортного варианта ОТРК «Искандер».

3. Создание объектно-ориентированной модели

Объектно-ориентированный подход был использован как наиболее продуктивный и широко используемый. Первый шаг построения объектно-ориентированной модели проектирования заключался в создании архитектуры программного обеспечения

тренажера — архитектура программ и данных является целевым результатом выполнения этапа предварительного (эскизного) проектирования.

На следующем этапе детального (рабочего) проектирования были созданы алгоритмы работы элементов тренажера и определены структуры данных, полно атрибутивная модель проверена на соответствие четвертой нормальной форме.

Разработка архитектуры осуществлялась по типовой схеме (рис. 1), предполагающей определение [на основе цели (миссии) системы и функциональных требований к ней] элементов системы, функциональности этих элементов, связей между ними и их поведения.

Система:

структурированный набор

элементов, взаимодействующих друг с другом и выполняющих заданный алгоритм

Рисунок 1. Общая схема создания архитектуры системы

Динамика:

передача сообщений, сигналов между сущностями, приводящим к различным состояниям

Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию, при этом статическая структура системы описывается в терминах классов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами классов.

Анализ опыта в области тренажеростроения [2-4] и сформированное множество элементов модели позволили разработать обобщенную структуру взаимодействия составных частей тренажера, показанную на рис. 2.

Рисунок 2. Структура взаимодействия составных частей тренажера 9П78-1-Э

ACO и УПО (аппаратура средств обучения и управления процессом обучения) выполняет следующие функции:

- ввод и передача в аппаратуру ИИ (Имитатор изделия исходных данных на выполнение задачи;

- подготовка, формирование и передача данных в имитатор АБУС;

- ввод и передача в аппаратуру ИИ имитируемых неисправностей в ходе выполнения задачи;

- прием от аппаратуры ИИ данных по работе номеров расчета, их обработка и вывод на интерфейс ACO и УПО, на рис. 3 показаны модули программного обеспечения АСОиУПО;

- формирование управляющих сигналов и передача их в аппаратуру ИИ на пошаговое выполнение задачи в режиме «Обучение»;

- формирование управляющих сигналов и передача их в аппаратуру ИИ на цикличное выполнение элементов задачи в режиме «Тренировка»;

- обработка полученных данных в ходе выполнения боевой задачи с целью формирования оценки каждому из номеров расчета и расчету в целом (режим «Контроль»);

- сохранение результатов тренировки в базе данных ACO и УПО и вывод их на печатающее устройство;

- организация обмена аудио-информацией между инструктором и номерами расчета;

- обработка полученных данных от ИИ о проведении самотестирования аппаратуры и вывод результатов через интерфейс ACO и УПО в режиме «Тест».

Программное обеспечение ACO и УПО состоит из двух частей: общеспециальное программное обеспечение (ОСПО) и специальное программное обеспечение (СПО).

В ACO и УПО одной из составных частей является база данных (БД), а также существуют различные модули интерфейса (ИФ).

ИИ 9П78-1-Э выполняет следующие функции:

- прохождение режимов в соответствии с заданными циклограммами;

- взаимодействие с блоками АПК (агрегат питания и кондиционирования), СЭС и СУГП (система электроснабжения и гидроприводы), ВП (выносной пульт), КПА (контрольно-пусковая аппаратура), КШМ (командно-штабная машина) и. др.

- организация обмена аудио-информацией между инструктором и номерами расчета;

- аккумулирование работы номеров расчета и дальнейшая отправка на АСО и УПО;

- проведение самотестирования аппаратуры аналогично штатной.

Рисунок 3. ИФ-интерфейс. Модули специального программного обеспечения

подсистемы АСО и УПО

В качестве инструмента моделирования при разработке объектно-ориентированной модели тренажера был выбран язык UML.

Простота и доступность изобразительных средств UML позволили привлечь к разработке модели тренажера сотрудников тематических отделов АО «НПК «КБМ», непосредственно занятых в разработке 9П78-1-Э. Возможность многоаспектного рассмотрения создаваемого изделия, включая ролевое моделирование, позволяет осуществить на этапе проектирования детальную проработку вопросов, связанных с реализуемой функциональностью, используемыми структурами данных, составом и поведением объектов, не перенося решение, по сути дела, проектных проблем на этап программирования.

Использование UML для представления функциональности, информационного обеспечения и поведения тренажера позволило сократить этап его проектирования и создания до одного года. Предыдущие аналогичные разработки с совмещением этапов проектирования и программирования занимали не менее трех лет.

В настоящей статье представлены только фрагменты UML-модели тренажера — диаграмма прецедентов и несколько диаграмм деятельности, демонстрирующих функциональность тренажера и динамику его важнейшей подсистемы ACO и УПО.

Функциональные требования, предъявляемые к тренажеру, показаны на диаграмме прецедентов (рис. 4).

Рисунок 4. Диаграмма прецедентов подсистемы ACO и УПО тренажера 9Ф694-Э

На рис. 5 показана начальная поведенческая диаграмма, представляющая собой алгоритмическую реализацию базисного прецедента «Обучение экипажа изделия 9П78-1-Э на тренажере 9Ф694-Э». Эта диаграмма показывает порядок выполнения вспомогательных прецедентов при реализации базисного прецедента. Деятельность этой диаграммы одноименна прецедентам, представленным на диаграмме прецедентов.

Рисунок 5. Диаграмма деятельности для прецедента «Обучение экипажа изделия 9П78-1-Э

на тренажере 9Ф694-Э»

Диаграмма алгоритмической реализации (декомпозиции) деятельности и одноименного прецедента «Выполнение сеанса тренажа» представляет собой диаграмму деятельности, содержащую четыре разбиения (дорожки), именуемых исполнителями деятельностей: «Инструктор», «Механик-водитель», «Оператор СТПН», «Начальник расчета». Диаграмма с разбиениями не показана в силу ее громоздкости, но на рис. 6 приведен ее «бездорожечный» вариант.

Действия, показанные на рис. 6 с заливкой, выполняются инструктором. Деятельность «Действия экипажа», показанная без заливки, выполняется экипажем пусковой машины.

Рисунок 6. Диаграмма деятельности для прецедента «Выполнение сеанса тренажа»

Экипаж пусковой машины состоит из трех человек: механик-водитель, оператор СТПН и начальник расчета. На рис. 7-9 показаны диаграммы, показывающие деятельность членов экипажа. Для этих целей созданы диаграммы последовательной декомпозиции, доведенные до уровня действий с очевидной программной реализацией их имитации.

Термин «режим» в названиях действий и видов деятельности («Ожидание выполнения режима», «Ожидание окончания режима», «Проведение режима») означает основную целевую деятельность — запуск ракеты.

Рисунок 7. Диаграмма деятельности «Работамеханика водителя». АПК— агрегат питания и кондиционирования

1

/' Проверить и задать исходное \ ( положение органов АОО, СТПН, | НАП

у

/ Включить АОО ''1

V.

I

Г Включить СТПН и НАП

ч " I

/''Ожидание окончания режима ^

С

Выключить СТПН

и НАП Л

С

Выключить АОО

¥

Рисунок 8. Диаграмма деятельности «Работа оператора системы топопривязки и навигации». АОО — аппаратура обеспечения обогрева; СТПН— система топопривязки и навигации; НАП— навигационная аппаратура потребителя

С каждым блоком, представленным на диаграммах первого уровня и их последующих декомпозициях, ассоциирован программный код, имитирующий работу соответствующих частей реальной пусковой машины.

Рисунок 9. Диаграмма деятельности «Работа начальника расчета». КПА — контрольно-пусковая аппаратура; СУГП — система управления гидроприводом

Итоговые умения, которые получают обучаемые в процессе прохождения курса занятий:

- Начальник расчета умеет:

- выполнять на изделии 9П78-1-Э задачи, определяемые функциональными обязанностями;

- работать на пультах во всех рабочих режимах;

- принимать доклады и докладывать о готовности к работе;

- работать на средствах связи;

- пользоваться рабочей и эксплуатационной документацией;

- оформлять рабочие и эксплуатационные документы по результатам проведенных работ;

- устранять неисправности рабочей аппаратуры;

- контролировать работу расчета изделия 9П78-1-Э при эксплуатации;

- иметь начальные навыки (совершенствовать навыки):

- практической работы с аппаратурой и органами управления при подготовке и выполнении практических задач;

- работы с рабочей и эксплуатационной документацией;

- контроля и управления за работой расчета;

- принятия решений и выполнения практических задач.

- Заместитель начальника расчета — оператор СГ11Н умеет:

- практически выполнять на изделии 9П78-1-Э задачи, определяемые установочной документацией;

- пользоваться рабочей аппаратурой во всех рабочих режимах;

- использовать эксплуатационную документацию;

- устранять неисправности рабочей аппаратуры;

- оформлять документацию по работе аппаратуры;

- иметь начальные навыки (совершенствовать навыки):

- практической эксплуатации аппаратуры и органов управления во всех режимах работы;

- работы с рабочей и эксплуатационной документацией;

- работы в составе расчета;

- выполнения практических задач.

- Механик — водитель умеет:

- практически выполнять на изделии 9П78-1 задачи, определяемые установочной документацией;

- включать, выключать, контролировать работу рабочей аппаратуры и проводить ее техническое обслуживание;

- развертывать изделие (в объеме возможностей тренажера) на месте в соответствии с указаниями начальника расчета;

- пользоваться эксплуатационной документацией;

- иметь начальные навыки (совершенствовать навыки) практической работы при подготовке и выполнении практических задач.

4. Заключение

Новизна и оригинальность идей настоящей статьи определяются тем, что в ней содержится описание фрагментов объектно-ориентированной модели тренажера 9Ф694-Э, созданного впервые для основной компоненты (самоходной пусковой установки 9П78-1-Э) комплекса 9К720-Э, чрезвычайно важной отечественной системы вооружений — оперативно-тактического ракетного комплекса «Искандер» (изделие 9К720-Э).

Представленная объектно-ориентированная модель разработана в соответствии с требованием обеспечения возможности имитации основных ситуаций, возникающих в условиях реальной эксплуатации пусковой установки 9П78-1-Э. Выполне-

ние указанного требования позволило разработать программное обеспечение, охватывающее наиболее широкий спектр профессиональных вопросов обучения и поддержания навыков экипажей на высоком профессиональном уровне.

Разработанная модель и созданное на ее основе программное обеспечение могут служить прототипом при создании тренажеров пусковых установок иных вариантов исполнения ОТРК «Искандер» и в настоящее время используются в реализации проекта построения тренажера ОТРК «Искандер-Э» в целом.

Литература

[1] Искандер-Э (ОТРК) [Электронный ресурс] URL: h11р://www.kbm.ru/ru/productiо 11/ otrk/37.html

[2] Дозорцев В. AI, Кнеллер Д. В. Технологические компьютерные тренажеры: все, что вы всегда хотели знать // Промышленные контроллеры и АСУ. 2004. № 12. С. 1-13.

[3] Дозорцев В. AI. Современные компьютерные тренажеры для обучения операторов ТП: состояние и направления ближайшего развития // Автоматизация в промышленности. 2007. № 7. С. 30-36.

[4] Кашин В. AI, Белов В. В., Власов Н. П., Водиченков Д. А. Принципы построения учебно-тренировочных средств и опьгг создания тренажера оперативно-тактического ракетного комплекса II Вестник РГРТУ. 2016. № 3. С. 94-104.

Авторы:

Владимир Викторович Белов — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры вычислительной и прикладной математики. Рязанский государственный радиотехнический университет

Николай Николаевич Власов — инженер-программист, АО «НПК «КБМ»; аспирант. Рязанский государственный радиотехнический университет

Object Oriented Model of Prospectively Simulator Operational-Tactical Missile System

V. V. Belov, N. N. Vlasov "

'Ryazan State Radio Engineering University Gagarin str., 59/1, Ryazan, Russia, 390005

"JSC RPC KBM Okskiy pr., 42, Kolomna, Moskovskaya obi, Russia, 140402

e-mail: [email protected], [email protected]

Abstract. The article discusses the object-oriented model, created by the design of the simulator (product index 9F694-E), intended for training of self-propelled launcher crew (product index 9P78-1-E) of operational-tactical missile complex (OTMS) Iskander (internal corporate name Iskander-E tactical ballistic missile system"). Fragments of the created model is discussing in article. The basic skills received by the trained crew in training process are formulated. The project decisions realized in 9F694-E productively are used now in the developed project of the OTMS exercise machine Iskander-E in general. Key words: training facilities (TCB), features of 9P78-1-E, CASE-tools, model of simulator 9F694-E.

References

[ 1 ] http://www.kbm. ru/ru/production/otrk/3 7. html

[2] Dozorcev V. M, Kneller D. V. (2004) Promyshlennyye kontrollery i ASU, 12:1-13. [In Rus]

[3] Dozorcev V. M. (2007) Avtomatizatsiya vpromyshlermosti, 7:30-36. [In Rus]

[4] Kashin V. M., Belov V. V.. Vlasov N. N.. Vodichenkov D. A. (2016) Vestnik RSREU, 3:94-104.

[In Rus]