CC BY
83
METHODICAL APPROACH TO THE SYNTHESIS OF THE CONTROL SYSTEM OF THE MOVEMENT OF A GROUP OF UNMANNED BOATS
B.P. Piterskiy
The conceptual issues of the motion control system of a group of unmanned motor boats which are operated in autonomous mode (i.e., without the participation of the operator of the robotic complex) and ensures the effective solution of various tasks, including economic, are considered.
Key words: group of unmanned motor boats, synthesis of a control system for a group, principals and methods of synergetic theory of control.
Boris Pavlovich Piterskiy, head of special software, piterskiy@nppame.ru, Russia, St. Petersburg, JSC NPP «Aviation and Marine Electronics»
УДК 007.52
ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Д.А. Варабин
Показаны актуальность проблемы и основные способы создания робототех-нических комплексов (РТК) - разработка новых или роботизация существующих образцов. АО «ВНИИ «Сигнал» следует второму способу. Приведены работы предприятия по созданию РТК. Показан подход к проектированию РТК, в основе которого лежит идея создания и применения комплекта роботизирующего оборудования, позволяющего модернизировать образцы колесной и гусеничной техники путем дооснащения их указанным комплектом. Также приведено описание уникальной технологической компетенции предприятия, которая сформулирована как «разработка и производство комплектов навесного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объектов». Показана структура компетенции.
Ключевые слова: робототехнический комплекс, робот, система управления, подход к проектированию, уникальная технологическая компетенция, диверсификация.
Введение. На протяжении последних двадцати лет мирового развития вооружения и военной техники (ВВТ) проблема их роботизации не только приобрела роль ключевого научно-технологического направления, но и стала одним из центральных звеньев в новых концептуальных подходах к формированию вооруженных сил, способам их боевого применения, развитию средств вооруженной борьбы и средств обеспечения. Данная формулировка в полной мере справедлива и для других силовых ведомств, в том числе и в гражданской области, развитие специальной техники которых немыслимо без широкого использования технологий робототехники.
48
Как показывает отечественный и зарубежный опыт создания перспективных образцов подвижной техники, непременным и обязательным условием успешного развития средств робототехники является своевременное создание научно-технического задела, являющегося базой для новых разработок и производства как совокупность потенциальных инноваций, которые могут обеспечить создание перспективных робототехниче-ских комплексов. Внедрение подобных инноваций позволяет обеспечить решение принципиально новых военно-технических и специальных задач и существенный прирост тактико-технических характеристик робототех-нических комплексов. Научно-технический задел в области робототехники можно трактовать как совокупность потенциальных инноваций (или нововведений), которые при определенных условиях (наличие соответствующих решений органов государственного и военного управления, производственные и экономические возможности как государства в целом, так и отдельных предприятий и др.) могут обеспечить создание перспективных робототехнических комплексов (РТК) военного, специального и гражданского назначения [1 - 5, 9 - 16]. Внедрение подобных инноваций позволяет обеспечить решение принципиально новых военно-технических и специальных задач и существенный прирост тактико-технических характеристик вооружения, военной, специальной и гражданской техники.
1. Подход к проектированию робототехнических комплексов
На текущий момент существует два направления создания робото-технических комплексов [6 - 8], как в России, так и за рубежом:
- разработка «с нуля» робототехнических комплексов для выполнения различных задач, включая разработку целевой нагрузки и шасси;
- создание унифицированных комплектов (модулей) аппаратуры дистанционного управления для установки на штатные образцы колесной и гусеничной техники с целью их безэкипажного применения при выполнении широкого круга задач.
Подход к проектированию робототехнических комплексов основывается на опыте АО «ВНИИ «Сигнал», полученном при создании робототехнических комплексов военного и гражданского направления. В настоящее время данному направлению на предприятии ведутся в следующие виды работ по созданию:
1) робототехнических систем;
2) робототехнических комплексов для медицинских служб;
3) дистанционно-управляемых робототехнических комплексов разминирования;
4) пункта дистанционного управления специальными пожарными машинами тяжелого класса;
5) робототехнических комплексов на базе гусеничных бронированных машин;
6) мобильных биоморфных робототехнических комплексов;
7) гражданского робототехнического комплекса на базе колесного шасси и др.
В основе подхода к проектированию лежит идея создания и применения дополнительного комплекта роботизирующего оборудования, который позволит модернизировать образцы колесной и гусеничной техники гражданского, военного, специального и двойного назначения путем доос-нащения их указанным комплектом роботизирующего оборудования. Кроме того, подход включает системную интеграцию элементов комплекта оборудования индивидуально для каждого типа роботизируемого объекта. При этом устанавливаемый комплект роботизации не отменяет первоначальный (штатный) вариант управления образцом.
Удаленное управление робототехническим образцом, в зависимости от сложности выполняемых операций, может осуществляться с одного или нескольких автоматизированных рабочих мест. В условиях невозможности удаленного управления роботом (потеря управления по каналам связи, ограничения на их применение и др.) комплект роботизирующего оборудования позволит выполнять задачи автономного управления роботом, в т.ч. с обнаружением, идентификацией и объездом препятствий.
В общем виде комплект роботизирующего оборудования является основной составной частью системы управления робототехническим комплексом. В состав системы управления также включаются такие устройства удаленного управления, как пульты и пункты управления.
Подход к проектированию робототехнических комплексов также может быть представлен и со стороны описания уникальной технологической компетенции (УТК) АО «ВНИИ «Сигнал», которая сформулирована как «разработка и производство комплектов навесного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объектов».
В соответствии с методикой выявления и описания УТК определен продукт-лидер - комплект навесного и встраиваемого оборудования для автоматизации и роботизации технических объектов с сохранением ручного режима управления. На основе этого сформулирована УТК верхнего уровня, которая описана как «разработка и производство комплектов навесного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объектов». Определены ключевые элементы продукта-лидера, которые обеспечивают ему достижение высоких технических характеристик. В состав ключевых элементов включены:
- электронные и электрические блоки управления, коммутации и сопряжения;
- вычислительная аппаратура, аппаратура электроснабжения, навигации и ориентирования;
- электро- и гидроприводы;
- математический и алгоритмический аппараты;
- пункты управления.
Результаты анализа выполнения задач роботизации
Что умеем делать (задача) Объект Принцип действия (технический / технологический) Возможные направления новых применений УТК
Создание алгоритмов управления движением (боевого модуля, тралящего оборудования и др.) Робототехнический комплекс За счет: - анализа функций и задач применения; - применения системного подхода и математического аппарата - Обеспечение режимов дистанционного, автономного и экипажного управления подвижных механизмов; - автоматизация части действий и упрощение экипажного (штатного) режима управления подвижных механизмов. В частности: - роботизация и автоматизация объектов кранового и башенного оборудования, насосных и перекачивающих станций, очистных сооружений, печей, конвейерных линий, скипового оборудования, заслонок, задвижек и др.; - роботизация и автоматизация существующих перспективных образцов колесной и гусеничной техники и других видов транспортных средств, в том числе спецтехники, метрополитена, а также при проведении их модернизации
Формирование дополнительной информации (температуры, давления, параметров электропитания, препятствия, опорной проходимости) Внутреннее и внешнее состояния объекта За счет: - создания математического и алгоритмического аппарата обработки данных; - интеграции дополнительных датчиков и сенсоров; - создания и применения блоков получения и обработки данных
Дистанционное управление электрооборудованием (управление выключателями, кнопками, работой электроагрегатов, считывание данных спидометра, тахометра и др.) Подвижный образец военной техники За счет: - создания математического и алгоритмического аппарата; - формирования, считывания и обработки электрических сигналов; - стыковки к информационным сетям (при наличии); - стыковки к бортовой электросети; - считывания и формирования электрических сигналов; - создания и применения блоков управления и коммутации
Управление исполнительными элементами (трансмиссии, силовой установки, коробками отбора мощности и др.) Подвижный образец военной техники За счет создания: - математического и алгоритмического аппарата управления приводами; - блоков управления; - и применения приводов и ме-хатронных устройств.
Создание дополнительно используемых (вспомогательных) подсистем (для обеспечения дистанционного и автономного управления) Робототехническое средство За счет создания: - математического и алгоритмического аппарата; - центральной вычислительной системы; - системы навигации и ориентирования; - системы видеообзора; - системы управления целевой нагрузкой; - системы энергоснабжения и др.
Создание пунктов управления (подвижных, носимых, переносных) Робототехнические средства За счет анализа: - перечня функций для контроля и управления; - конструктива пункта и способов управления
подвижных ооразцов военной техники
-Объект-
Автономное и дистанционное управление (е сохранением штатного экипажного способа управления)Iу
Как Цель
_I
Объект Диверсификация
Объект Диверсификация-
объектов кранового и башенного оборудования, насосных и перекачивающих станций, очистных сооружений, печей, конвейерных линий, скипового оборудования, заслонок, задвижек и др._
существующих перспективных образцов колесной и гусеничной техники и других видов транспортных средств, в том числе спецтехники, метрополитена, а также при проведении их модернизации_
Общесистемное управление функционированием
I
Как Цель
I
Как Цель
т~
Как Цель
т
Как Цель
Как Цель
Как Цель
ЬО
Создание алгоритмов
♦
Как Цель
Объект
I
Техническими объектами
Робототехническим средством
Анализа функций и задач применения
Применение системного подхода и мат. аппарата
Получение дополнительной информации
Объект Диверсификация
4
Как Цель
Объект
1
Внутреннего и внешнего состояния
Дистанционное управление электрооборудованием
I
Управление исполнительными элементами
Как Объект Объект
Цель ^ Диверсификация
/Создание математического и ^ алгоритмического аппарата \ обработки данных
/ Создание блоков обработки и \ ■ получения данных у
Установка дополнительных \ датчиков и сенсоров )
Подвижного образца военной техники
1
Как Цель
Техническими объектами
Создание математического и \ алгоритмического аппарата ^ формирования, считывания и обработки )
—^Подключение к информационным сетям —Подключение к бортовой электросети
Объект
Трансмиссии,
силовой установки и др.
I
Техническими объектами
/ Создание математического и —« алгоритмического аппарата V управления приводами
Создание блоков
управления
Создание приводов и мехатронных устройств и их стыковки к объекту
<
Создание блока управления и коммутации
Создание дополнительно используемых подсистем
Объект Диверсификация
Создание пунктов управления
Как Цель
Объект
а
Г
Как Цель
Объект
Робототехничес кого средства
Создание математического и алгоритмического аппарата
Создание центральной вычислительной системы
< < <
-с
<_
—Создание системы энергоснабжения ^
Создание системы навигации и ориентирования
Создание системы видеообзора
Объект Диверсификация
Техническими объектами
Робототехническим средством
Создание системы управления целевой нагрузкой
анализа перечня функций , для контроля и управленияу'
<анализа конструктива \ пункта и способов | управления
С
1
Структура УТК
Умение и способность создавать продукты, аналогичные ключевым элементам, наряду с компетенцией разрабатывать и производить высококачественный продукт верхнего уровня (комплекты навесного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объектов), составляют продуктовые УТК.
Данные компетенции базируются на «процессных» компетенциях более низких уровней, которые могут иметь более широкое применение. Их выявление начинается с анализа задач, которые были поставлены в ТЗ на разработку продукта-лидера, его ключевых элементов и способов решения проблем, с которыми столкнулись при выполнении ТЗ. Результаты проведенного анализа представлены в таблице.
Структура УТК, отражающая уровни иерархичности и показывающая направления диверсификации, представлена на рисунке.
Заключение. Анализ имеющейся информации показывает, что ведущие зарубежные страны уделяют развитию военной робототехники большое внимание. Выводы о необходимости внедрения роботизации в полной мере справедливы и для направления гражданского машиностроения.
В статье рассмотрен подход предприятия к проектированию РТК, в основе которого лежит идея создания и применения комплекта роботизирующего оборудования, позволяющего модернизировать образцы колесной и гусеничной техники путем дооснащения их указанным комплектом. Также приведено описание уникальной технологической компетенции, которая сформулирована как «разработка и производство комплектов навесного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объектов». Кроме того, даны структура компетенции и результаты анализа выполнения задач роботизации, связанных с роботизацией образцов колесной и гусеничной техники.
Список литературы
1. Каляев И.А., Рубцов И.В. Боевым роботам нужна программа // Национальная оборона. 2012. № 8 (77). С. 34 - 48.
2. Unmanned Ground Systems Roadmap // Robotics Systems Joint Project Office, 2011.
3. Интеллектуальные системы автоматического управления / под ред. И.М. Макарова, В.М. Лохина. М.: Физматлит, 2001. 576 с.
4. Интеллектуальные роботы / под ред. Е.И. Юревича. М.: Машиностроение, 2007.
5. Лапшов В.С., Носков В.П., Рубцов И.В. Опыт создания автономных мобильных робототехнических комплексов специального назначения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. «Специальная робототехника и ме-хатроника», 2011. С. 7 - 24.
6. DARPA Программа 2015 // mipt.ru: сайт МФТИ [Электронный ресурс] URL: http://mipt.ru/education/chairs/theor cybernetics/government/ upload/3af/Program_ darpa2015_rus.pdf (дата обращения: 10.12.2018).
7. A Roadmap for U.S. Robotics - 2013. Mode of Access: [Электронный ресурс] URL: https://robotics-vo.us/sites/default/files/2013%20 Robot-ics%2 0Roadmap-rs.pdf (дата обращения: 10.12.2018).
8. Родионов В.В. Филиппов С.И. Варабин Д.А. Унифицированная система управления робототехническими комплексами // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Перспективные системы и задачи управления». Ростов-на-Дону. 2018. № 1 (195). С. 128 - 140.
9. Каляев И.А., Шеремет И.А. Военная робототехника: выбор пути // Избранные Труды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2015. Т. I. C. 161 - 163.
10. Рубцов И.В. Вопросы состояния и перспективы развития отечественной наземной робототехники военного и специального назначения // Избранные труды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2015. Т. II. C. 64 - 70.
11. Проблемы развития роботизированного вооружения Сухопутных войск / И.Б. Шеремет, В.С. Рудианов, А.В. Рябов, В.С. Хрущев // Избранные труды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2015. Т. II. C. 71 - 73.
12. Проблемы роботизации ВВТ в части наземной составляющей / В.Б. Кудряшов, В.С. Лапшов, В.П. Носков, И.В. Рубцов // Избранные труды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2015. Т. II. C. 74 - 76.
13. Наговицин А.И., Севрюков А.Г. Робототехнические комплексы военного назначения, опыт и перспективы их применения в РВиА СВ // Избранные труды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2016. Т. I.
14. Буренок В.М. Системное проектирование развития вооружения и военной техники // Военная мысль. 2004. № 6.
15. Буренок В.М. Развитие системы вооружения и новый облик ВС РФ // Защита и безопасность. 2009. № 2.
16. Бой в городе. Боевые и обеспечивающие роботы в условиях урбанизированной территории / В.С. Лапшов, В.П. Носков, И.В. Рубцов, Н.А. Рудианов, А.В. Рябов, В.С. Хрущев // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 3 (116). C. 142 - 146.
Варабин Денис Александрович, канд. техн. наук, заместитель генерального директора - руководитель проектов, mailavniisignal.ru, Россия, Ковров, АО Всероссийский научно-исследовательский институт «Сигнал»
APPROACH TO DESIGN OF ROBOTIC SYSTEMS
D.A. Varabin 54
The article shows the relevance of the problem and the main ways to create robotic systems (RTC) - the development of new or robotization of existing samples. JSC "Institute" Signal " follows the second method. The works of the enterprise on creation of RTC are given. An approach to the design of the RTC, which is based on the idea of creating and using a set of robotic equipment that allows to upgrade samples of wheeled and tracked vehicles by retrofitting them with the specified set, is shown. Also the description of unique technological competence of the enterprise which is formulated as "development and production of sets of the hinged and built-in equipment for robotization of mobile objects" is given. The article shows the structure of competence.
Key words: robotic complex, robot, control system, approach to design, unique technological competence, diversification.
Varabin Denis Aleksandrovich, candidate of technical sciences, deputy general director, manager for projects, mailavniisignal. ru, Russia, Kovrov, Joint Stock Company "All-Russian Scientific Research Institute "Signal"
УДК 623.618.4
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ОГНЕМ АРТИЛЛЕРИИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
М.В. Кобякин
Рассмотрены причины избыточного построения средств автоматизации управления огнем артиллерии, определены направления их проектирования на основе особенностей конструктивного исполнения и унифицированного подхода к аппаратному и программному обеспечению машин управления комплексов автоматизированного управления огнем (КАУО). Предложена методика обеспечения стабильности параметров систем машин управления КАУО в процессе эксплуатации на основе метода информационной поддержки, включающего априорные знания о состоянии значений технических параметров систем в предыдущие и настоящие моменты времени с определением времени последующего проведения технического обслуживания (ТО) КАУО.
Ключевые слова: средства автоматизации, сложная техническая система, стабильность параметров, информационная поддержка.
В настоящее время для России наиболее вероятны ограниченные вооруженные конфликты и контртеррористические операции, т.е. ограниченное применение вооруженных формирований, такое положение складывается и для артиллерии. Применение артиллерии не будет носить массированного характера. Основным артиллерийским подразделением, участвующим в подобных операциях, будут дивизион, батарея, огневой взвод, а также одиночные орудия.
