CC BY
4www.mai.ru/science/trudy/
Труды МАИ. Выпуск №84
УДК 004.94:510.67
Применение модифицированных сетей Петри к моделированию процесса послеполетного анализа телеметрической информации
Шмелев В.В.*, Мануйлов Ю.С.**
Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Ждановская наб.,13,
Санкт-Петербург, 197198, Россия *e-mail: valja1978@yandex.ru **e-mail: manoff@inbox.ru
Аннотация
В статье проведена апробация подхода к моделированию сложных технологических процессов с использованием модифицированных сетей Петри. Объектом моделирования является процесс послеполетного анализа телеметрической информации (ТМИ) по результатам подготовки, пуска и полета ракеты-носителя (РН) Союз-2. Рассматривается современное состояние задачи автоматизированного планирования и контроля технологических процессов обработки и анализа измерительной информации, полученной по результатам телеметри-рования подготовки, пуска и полета ракет-носителей на космодроме Плесецк. Отмечаются недостатки существующего решения данной задачи. Предлагаемый подход может быть использован при создании информационной технологии автоматизированного контроля процесса обработки и анализа измерительной информации по сложным техническим объектам.
Ключевые слова: моделирование технологических процессов, сети Петри, телеметрическая информация, ракета-носитель Союз-2.
Введение
В [1] предложен подход к формализации комплексов операций по выполнению специальной задачи или достижению целевого эффекта при функционировании сложных технических систем. Предложена графовая модель технологического процесса в виде совокупности универсальных схем, созданных на основе модифицированных сетей Петри. Модель обеспечивает возможность управления траекторией развития процесса. Ветвление траектории развития технологического процесса обеспечивается наличием индикаторных, управляемых и управляющих позиций.
Представляется целесообразным рассмотреть особенности применения данного подхода на конкретном технологическом процессе. В качестве такого процесса предлагается рассмотреть процесс послеполетного анализа телеметрической информации (ТМИ), полученной по результатам подготовки, пуска и полета РН Союз-2.
Успешная практическая апробация описанного в [1] подхода позволит подтвердить достаточную адекватность мощности моделируемых процессов реальным технологическим процессам в предметной области анализа измерительной информации ракеты-носителя (РН).
1. Современное решение задачи автоматизированного планирования и контроля технологических процессов обработки и анализа измерительной информации на космодроме
Рассмотрим фрагменты реализованных решений по совершенствованию программно-алгоритмического обеспечения процессов обработки и анализа результатов пусков космических средств на базе измерительного комплекса космодрома. Внимание уделим методам, алгоритмам и программной реализации функций планирования, мониторинга и корректировки различных технологических процессов, реализуемых при анализе ЛТХ.
1.1 Состав системы комплексного анализа результатов применения космических средств
Система анализа результатов телеизмерений РН предназначена для обеспечения объективного контроля выполнения задач летных испытаний существующих и перспективных образцов ракетно-космической техники (РКТ) на основе реализации комплексного анализа всех видов измерительной информации по пускам и обучения.
В состав системы входят подсистемы:
1. Система комплексной оценки результатов испытаний изделий РКТ;
2. Система информационного обеспечения;
3. Система баллистико-навигационного обеспечения;
4. Система совместной обработки траекторных измерений и контроля качества работы траекторных средств;
5. Система анализа летно-технических характеристик (ЛТХ);
6. Система специального обеспечения анализа результатов пусков;
7. Система контроля качества работы телеметрических средств.
Все автоматизированные рабочие места (АРМ) подсистем территориально размещаются в помещениях информационно-аналитического центра космодрома.
1.2 Выполнения функций автоматизации планирования, мониторинга и корректировки процессов анализа ТМИ
Объектом моделирования с использованием предлагаемого подхода является процесс планирования, мониторинга и корректировки технологических процессов, реализуемых при анализе ЛТХ образцов РКТ. В таблице 1 приведены функции подсистем, связанные с рассматриваемым направлением.
Таблица 1. Функции подсистем, связанные с автоматизацией планирования, мониторинга и корректировки процессов анализа ТМИ
№ п/п Подсистема Выполняемые функции
1. Система комплексной оценки результатов испытаний изделий РКТ - разработка технологических планов (план-графиков) выполнения работ в различных формах; - контроль сроков выполнения мероприятий.
№ п/п Подсистема Выполняемые функции
2. Система информационного обеспечения - планирование и контроль выполнения задач системы анализа результатов телеизмерений РН; - мониторинг процесса подготовки данных для отчета по результатам выполнения опытно -испытательных работ. - визуализация прохождения команд и докладов в период подготовки к пуску; - отображение циклограммы пуска и полета изделий ракетно-космической техники на активном участке траектории.
3. Система анализа летно-технических характеристик - планирование задач анализа ЛТХ; - управление процессами анализа ЛТХ изделий РКТ; - контроль и протоколирование процесса анализа ЛТХ. - прием и отображение циклограммы предстартовой подготовки и полета.
Рассмотрим способ реализации приведенных в таблице 1 функций «Отображение циклограммы пуска и полета изделий ракетно-космической техники на активном участке траектории» и «Прием и отображение циклограммы предстартовой подготовки и полета». Данные функции реализуются путем заполнения таблицы хронометража по форме, представленной на рис. 1.
Информация о значении
Имя узла: Циклограмма полета Им узла: Циклограмма
Команда1 База' Интервал ГПР |тми! Мин. допуск! маке. допуск £
НР • 0.0 тми •1.0 1.0
кл ш □ 0 тми •1.0 1.0
нрос кл 8.0 тми •0.6 0.6
АВрке КП 111.0 тми 0.61 0.63
кст кп 112.0 тми ■0.6 0.6
кед кст 4.04 тми ■0-2 0.2
КР кп ПН. 36 тми ■0.35 0.4
ИКР кп 118.36 тми ■0.35 0.4
КРС 1 ИКР 0.31 тми ■0.03 0.04
вод КРС1 0-11 тми ■0-01 0.04
НРке 2 ИКР 6.0 тми ■0.03 0.04 -
КС О икр 43.0 тми ■0.8 0.3
кгн ИКР 155.0 тми ■1.0 1.0
ГК 2 кп 285-05 тми ■0-35 0.5
КЗ 2 кп 285.05 тми ■0.35 0.5
ИК3 2 КЗ 2 1.0 тми ■0.03 0.04
ивд КЗ 2 1.25 тми ■0.03 0.04 2
Добавить строку] Удалять строку |
Рисунок 1 - Форма отображения циклограммы предстартовой подготовки и полета РН
В таблицу оператором в столбец «Команды» вносятся характерные моменты времени, значимые с позиции циклограммы работы агрегатов и систем РН, заносится «База» отсчета интервала для команды, ожидаемая (планируемая или модельная) длительность интервала «Интервал ПТР» и значения нижней и верхней границ допуска на фактическое значение интервала. В дальнейшем такая форма используется только для визуального контроля правильности прохождения команд.
Рассмотрим способ реализации функций «Планирование задач анализа ЛТХ», «Планирование и контроль выполнения задач системы анализа результатов телеизмерений РН», «Мониторинг процесса подготовки данных для отчета по результатам выполнения опытно-испытательных работ», «Разработка технологических планов (план-графиков) выполнения работ в различных формах» и
6
«Контроль сроков выполнения мероприятий». Все указанные функции реализуются схожим с предыдущим способом заполнения таблицы по форме, представленной на рисунках 2а, 2б и 2в.
Перечень работ^][ Контрольные точки_][ Заинтересованные лица_][ Ленточный график Прикрепленные документы
Перечень работ графика • 11.08.14 • График проведения анализа ЛТХ
^Обновит» ¿Добаеит» Удалит» ^Изменит» Открыт»
Наименование Начало Продолжительность, ч. Окончание Процент завершённости Входит в критический пуп''
Тестовая работа 1 ll.08.2014 16:23:04 100 28.08.2014 11:53:04 тестовая работа 2 28.08.2014 11:53:04 200 02.10.2014 11:53:04 F F
Тестовая работа Э 02.10.2014 11:53:04 150 29.10.2014 9:53:04 F
Рисунок 2а - Форма планирования процессов анализа ЛТХ в виде таблицы
хронометража
Перечень работ ][ Контрольные точки Заинтересованные лица J[ Ленточный график Ц Прикрепленные документы )
Диаграмма Ганга графика • 11.08.14 • График проведения анализа ЛТХ
Обновить )( Увеличить j( Уменьшить )
11.08.J014 18-08-2014 25-08-2014 01-09.2014
11 | 12 | П | 14 | 15 | И 17 1В 19 20 21 22 23 24 25 20 27 28 29 30 31 ill И з | 4
4 КТ-1 »бота
Рисунок 2б - Форма планирования процессов анализа ЛТХ в виде диаграммы Ганта
8ее работы
■Jj OSweewn
Наименование Наименование графина Начала Окончание Процент завершенности Исполнитель ®
ТествВ&Я работ» 1 Тестовая работа 2 Тестовая работа 3 11.03.и ■ график проведения анализа лтх 11X3.14 - график проведения анализа лгк 11X3-14 - график проведения анализа лгх 11.08.2014 №23X4 23X3.2014 11:53X4 02.10.2014 11:53X4 28.08.2014 I1:«:0d 03.10.2014 11:53X4 29.10.2014 9.53X4 ивам Петрович Иванов Петр Иванович Петров длексей Иванович Николаев
Рисунок 2в - Форма мониторинга процессов анализа ТМИ
На рисунке 2а представлена форма планирования процессов анализа ЛТХ в
виде таблицы хронометража. Ее использование заключается в последовательном
заполнении данных о наименовании операции и ее временных характеристиках.
На рисунке 2б представлен фрагмент аналогичного процесса в виде диаграммы
Ганта. Мониторинг процессов анализа заключается в автоматическом заполне-
нии поля «Процент завершенности» рисунков 2а и 2в. При этом сигналов, подтверждающих выполнение подэтапов процесса, программным обеспечением не принимается. Степень выполнения процесса рассчитывается по соотношению системного времени персонального компьютера АРМ и заданных оператором временных границ процесса.
Математическая модель технологического процесса, описывающая и диаграмму Ганта (рис. 2б), и таблицу хронометража (рис. 2а и 2в), представляет собой, так называемую, рекурсивную модель [1, 2]. Именно такая модель использована в рассматриваемых АРМ. Для характеристики каждой операции вводится неотрицательная переменная у - по смыслу степень выполнения операции. В проекции на ось времени ]-ый процесс может быть записан с помощью рекурсивной модели (а - задержка перед началом выполнения операции, п - количество операций в ТП):
у = а+^
у 2 = у I + а2 + Т2 . (1)
У1 = у1 + а1 + Т1
У п У п—1 п п
Общий вид системы (1) для многомерного процесса может быть представлен с помощью следующей системы (г - количество подпроцессов):
У/ = У/—1 + а/ + т/,
(а/ — ук)(ак — у!)< 0,1 = 1,...,п;1 = 1,...,г;к ф ],. (2)
а/ > 0,
у0 = о.
Неравенство-произведение введено в систему (2) для обеспечения корректности сложного процесса, когда одна операция не может выполняться одновременно в разных подпроцессах.
1.3 Анализ реализации функций автоматизации планирования, мониторинга и корректировки процессов анализа ТМИ
Критический подход к практической реализации рассматриваемых функций позволяет сделать следующие выводы:
1. Отсутствует единое методическое обеспечение автоматической генерации технологических процессов из карточек хронометража, данная операция выполняется оператором «вручную»;
2. Отсутствует инструмент ввода условий начала или окончания операций;
3. Присутствует чрезмерная громоздкость отображения сложных, вложенных и иерархических процессов;
4. Отсутствует методическое обеспечение автоматической перестройки используемого представления процесса при изменении приоритетности, условий или характеристик операций;
5. Отсутствует единое методическое обеспечение по верификации процесса;
6. Отсутствует возможность контроля событийных (невременных) процессов;
7. Отсутствует возможность планирования технологического процесса с
учетом результатов обработки и анализа телеизмерений.
Представляется, что причиной указанных недостатков является именно используемая модель технологического процесса анализа ТМИ: рекурсивная модель. Для устранения недостатков была разработана новая модель [1] и соответствующие алгоритмы синтеза, отслеживания (контроля) и корректировки модели. Для доказательства максимальной общности и, одновременно, корректной адаптации для существующих типов взаимосвязей операций в предметной области технологических процессов информационного обеспечения испытаний и применения КСр необходимо провести ее апробацию.
2. Апробация подхода к моделированию сложных технологических процессов
2.1 Технологический процесс обработки и анализа ТМИ
Кратко рассмотрим организацию технологического процесса обработки и анализа информации РН. В таблице 2 приведены характеристики технологического графика обработки и анализа ТМИ по результатам подготовки и пуска РН Союз-2.
Таблица 2. Технологический график обработки и анализа ТМИ
№ п/п Наименование этапа Временной интервал выполнения, после пуска Фактический результат обработки и анализа ТМИ на этапе
1. Подготовка специального программного обеспечения За 2-3 суток до пуска Формуляры отображения ТМИ во время ведения репортажа
№ п/п Наименование этапа Временной интервал выполнения, после пуска Фактический результат обработки и анализа ТМИ на этапе
2. Полет изделия и оперативная обработка ТМИ в режиме реального времени Примерно 1000 сек. полета РН Результаты оперативной регистрации ТМИ
3. Экспресс-обработка и экспресс-анализ ТМИ 2-3 часа после пуска Уточненные по задержанному потоку значения теле-метрируемых параметров
4. Послеполетная обработка ТМИ 3 суток после пуска Максимально достоверная совокупность результатов телеизмерений, сформированная после сбора информации со всех измерительных пунктов
5. Послеполетный анализ ТМИ 30 суток после пуска Отчет по результатам подготовки к пуску и полета изделия
В зависимости от этапа подготовки и пуска РН обработка ТМИ включает декоммутацию и дешифровку:
- полного объёма ТМИ при подготовке на технической и стартовой позициях;
- минимального объема наиболее важной ТМИ (1%) в репортажном режиме при проведении пусковых операций и на участке выведения (оперативная обработка);
- ограниченного объема ТМИ (70%) непосредственно после пуска (этап экспресс-обработки);
- полного объема зарегистрированной ТМИ (100%) после сбора всех результатов телеизмерений (послеполетная обработка).
В результате оперативной обработки формируются потоки измерений, которые передаются на АРМ специалистов по определению технического состояния бортовых систем, где отображаются в реальном масштабе времени в виде таблиц и графиков, по которым ведется репортаж о пуске и осуществляется оперативное оценивание состояния бортовых систем РН.
При ведении репортажа функциональные параметры, как правило, отображаются на экранах мониторов в виде движущихся графиков функционирования на заданном диапазоне отображения информации (обычно 50с). Сигнальные параметры отображаются в виде табличных формуляров содержащих имя параметра, его индекс, время изменения состояния параметра и редакцию состояния в соответствии с эксплуатационно-технической документацией.
Для проведения экспресс-анализа проводится экспресс-обработка телеметрической информации основного и задержанного потоков. Обработка информации задержанного потока производится для уточнения времен срабатывания сигнальных параметров. Обработка и документирование информации задержанного потока по функциональным параметрам производится по отдельным запросам в случае недостоверности информации основного потока.
Результаты автоматизированной экспресс-обработки представляются в виде графиков материалов обработки ТМИ в целях обеспечения экспресс-анализа. Под термином график понимается совокупность измерений параметров, объединенных принадлежностью одной системе или агрегату РН. Таким образом, графики отличаются набором телеметрируемых параметров, формируемым в за-
висимости от задач, стоящих перед данным оператором, по определению состояния конкретных бортовых систем.
Автоматизированная послеполетная обработка телеметрической информации проводится на средствах космодрома с использованием программного обеспечения обработки информации. Результаты автоматизированной послеполетной обработки представляются в виде графиков, состав параметров в которых расширен по сравнению с графиками, формируемыми на этапе экспресс -обработки. На данном этапе в графики включаются результаты обработки информации бортовой цифровой вычислительной машины, также результаты телеизмерений проходят дополнительную обработку с целью повышении достоверности измерений.
Послеполетная обработка телеметрической информации активного участка включает в себя следующие этапы:
- подготовка исходных технологических данных;
- регистрация телеметрической информации;
- формирование «единого» файла зарегистрированной ТМИ;
- представление результатов регистрации и обработки ТМИ в виде графиков.
Из наиболее качественных результатов телеизмерений от всех измерительных пунктов по трассе полета РН формируется так называемый «единый» (сводный, результирующий) файл (запись, носитель информации), содержащий
измерения от начала подготовки к пуску до момента прекращения приема сигнала с РН.
Если при автоматизированной обработке не сформированы значения одного или нескольких параметров или значения параметров существенно отличаются от ожидаемых, то для уточнения результатов может использоваться режим ручной обработки телеметрической информации.
Целью послеполетной обработки информации является представление результатов телеметрических измерений, зарегистрированных при полете РН, в виде, удобном для проведения послеполетного анализа.
Содержанием послеполетного анализа ТМИ является выполнение задач:
- оценивания летно-технических характеристик изделия,
- проведения статистического и инженерного анализа,
- подготовки отчетных материалов по результатам пуска.
2.2 Декомпозиция технологического процесса обработки и анализа ТМИ
Технологический процесс обработки и анализа ТМИ является сложным процессом. Его сложность заключается в присутствии следующих аспектов:
- процесс обработки ТМИ является иерархическим процессом, что означает многоуровневую вложенность операций;
- среди операций процессов присутствуют временные и событийные, причем в некоторых случаях целесообразно преобразовывать временные процессы в событийные;
- траектория развития процесса анализа ТМИ не является предопределённой априорно;
- часть операций допускает выполнение в параллельном режиме, часть являются зависимыми, что означает начало выполнения очередной операции только после окончания предыдущей.
Наличие указанных аспектов обосновывает необходимость декомпозиции технологического процесса обработки и анализа ТМИ в иерархическую структуру, которую можно представить как древовидную схему рисунка 3 (процессы всех уровней, кроме первого и последнего, представлены фрагментарно).
Процесс уровня 1
Процесс уровня 2
Процесс уровня 3
Процесс уровня 4
Процесс уровня 5
Процесс уровня 6
Процесс уровня 7
Процесс уровня 8
Процесс уровня 9
Обработка и анализ ТМИ по результатам подготовки
и пуска РН
■ * ~
Подготовка СПО Оперативная обработка ТМИ вРМВ
Экспресс-анализ ТМИ Послеполетная Послеполетный
обработка ТМИ анализ ТМИ
Подготовка РН к пуску Пуск и полет РН
Условия пуска
Система управления
Двигательные установки
Конструкция
Энергетические характеристики ДУ
Баллистические результаты пуска
Абсолютное
давление окислителя на входе в насос
Абсолютное давление горючего на входе в насос
] Е
Абсолютное давление пероксида водорода на входе в насос
Температура в
магистрали окислителя на входе в насос
При запуске На режиме промежуточной На режиме главной
двигателей
ступени
Л
Центральная ДУ
Боковые ДУ
Рисунок 3 - Древовидная структура декомпозиции процесса обработки и
анализа ТМИ
Процесс обработки и анализа ТМИ может быть декомпозирован на подпроцессы девяти уровней. Если операции процесса соединены стрелками, то они являются зависимыми, а если нет - независимыми, т.е. допускается их выполнение в произвольной последовательности или одновременно. Фигурными скоб-
ками показаны связи между процессами, когда вышестоящий процесс характеризуется только объемом, а не очередностью нижестоящих операций.
Процесс уровня 1 «Обработка и анализ ТМИ по результатам подготовки и пуска РН» является непосредственно моделируемым процессом. Это процесс верхнего уровня.
Процесс уровня 2 состоит из 5 операций. Данные операции представляют собой этапы обработки и анализа ТМИ. Все операции процесса данного уровня являются строго последовательными, поэтому он соединены направленными стрелками.
Процесс уровня 3 раскрывает операцию «Послеполетный анализ ТМИ». Операции уровня 3 определены по максимально общим интервалам испытания и применения РН, на которых рассчитываются ЛТХ.
Процесс уровня 4 содержит ряд операций по вычислению ЛТХ отдельных агрегатов и систем РН. Вычисление ЛТХ может быть организовано в произвольном порядке.
Процесс расчета ЛТХ двигательных установок (ДУ) раскрыт операциями процесса уровня 5. Операция «Двигательные установки центрального и боковых блоков» заключается в расчете ЛТХ двигателей 1 и 2-й ступеней. Операция «Двигательная установка 3 ступени» - расчет ЛТХ двигателя 3-й ступени. Параметры, измеряемые наземным информационно-управляющим комплексом систем измерений, обрабатываются и анализируются в соответствующей операции.
Процесс уровня 6 раскрывает состав операций расчета ЛТХ двигательных установок 1 и 2-й ступеней РН. Именно расчет ЛТХ «Абсолютное давление горючего на входе в насос» и выбран в качестве примера апробации.
Процесс уровня 7 содержит зависимые операции расчета и анализа ЛТХ давления горючего на входе в соответствующий насос двигательной установки на различных этапах работы ДУ. Апробация проводится на интервале «При запуске двигателей».
ЛТХ «Абсолютное давление горючего на входе в насос» на интервале «При запуске двигателей» рассчитывается по отличающейся методике для центрального блока РН и для боковых блоков. Такое деление показано процессом уровня 8. Операция «Боковые ДУ» - это операция по оцениванию и анализу давления горючего перед насосом горючего в боковых блоках РН при запуске двигателей.
Процесс уровня 9 - это совокупность операций, непосредственно, вычисления значения ЛТХ и его сравнения с допуском на штатное функционирование системы РН, а также диагностирования системы при аномальном значении ЛТХ. В качестве иллюстрации процесса моделирования с помощью рассматриваемого подхода рассмотрим процесс уровня 9.
2.3 Синтез модели процесса анализа давления горючего на входе в насос боковых блоков РН
В [1] было отмечено, что для синтеза модели необходимо представить информацию о моделируемом процессе в едином унифицированном виде пред-
ставления, в качестве т.н. универсальных исходных данных (УИД). Такие данные должны содержать информацию о следующих характеристиках процесса:
1. Тип элементарных событий, используемых в качестве отсчетов для контроля степени выполнения процесса;
2. Управляющий бинарный параметр, определяющий разрешение начала выполнения процесса;
3. Количество элементарных событий, которые должны быть отсчитаны после разрешения начала выполнения процесса для непосредственного начала его выполнения - задержка начала выполнения операции;
4. Количество элементарных событий, определяющих длительность выполнения процесса;
5. Управляющий бинарный параметр, определяющий разрешение окончания выполнения процесса;
6. Количество элементарных событий, которые должны быть отсчитаны после разрешения окончания выполнения процесса для непосредственного его окончания - задержка окончания выполнения операции;
7. Управляющий бинарный параметр, определяющий приостановку выполнения процесса;
8. Управляющий бинарный параметр, определяющий возобновление выполнения процесса после его приостановки.
Процесс уровня 9 состоит их двух операций: «Операция оценивания ЛТХ при запуске ДУ» и «Диагностирование аномального значения ЛТХ». Для каждой из операций необходимо сформировать УИД.
Рассмотрим операцию оценивания ЛТХ при запуске боковых ДУ.
Элементарными событиями для отсчета степени выполнения моделируемой операции используются факты сравнения значений ЛТХ с границами допусков на штатное поведение анализируемой системы для каждого бокового блока РН. Для параметра давления горючего на входе в насос штатным является значение
л
в пределах от 4.05 до 4.70 кгс/см . При этом и положительный, и отрицательный результат сравнения будет являться элементарным событием.
Управляющим бинарным параметром, разрешающим начало выполнения операции является формирование системой управления команды «ПРК» (промежуточная команда), обозначающей промежуточную ступень тяги ДУ. Данный момент циклограммы работы ДУ принимается за момент запуска двигателей. В ТМИ такой момент циклограммы идентифицируется по моменту переключения из положения «ВЫКЛ» в положение «ВКЛ» значений сигнальных параметров ВП2б..д, где индексы «б...д» обозначают соответствующую боковую ступень.
Задержек начала и окончания выполнения операции не используется.
Длительность операции равна 4 элементарным событиям - по количеству боковых блоков РН.
Управляющего бинарного параметра, разрешающего окончание выполнения операции не используется, вследствие того, что длительность операции определяется только окончанием анализа ЛТХ всех четырех боковых блоков РН.
Приостановок и, соответственно, возобновлений оценивания ЛТХ не предусматривается.
Рассмотрим операцию «Диагностирование аномального значения ЛТХ».
Процесс диагностирования является процессом интеллектуального поиска причин выхода значения ЛТХ за пределы допуска специалистами заводов -изготовителей, представителями промышленности.
Из всех компонентов УИД для операции диагностирования опишем только управляющий бинарный параметр, определяющий разрешение начала выполнения операции. Таким управляющим бинарным параметром является факт выхода за пределы допуска значения ЛТХ. Допуск указывается в эксплуатационно -технической документации.
Систематизируем характеристики моделей процессов всех уровней в виде таблицы 3.
Таблица 3. Универсальные исходные данные процесса обработки и анализа давления горючего на входе в насос боковых блоков РН
1 2 Тип У ВД
3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 Тип УИД
3 4 5 6 7 8 9 10
Анализ давления горючего на входе в насос при запуске двигателей 1. Анализ давления горючего на входе в насос при запуске двигателей боковых блоков РН Моменты ((ТМП ГДНб..д>4.05) & (ТМП ГДНб..д<4.70)) ОЯ ((ТМП ГДНб..д<4.05) ОЯ (ТМП ГДНб..д>4.70)) ИСТИНА(СП ВП2б..д->вкл.) 0 4 ИСТИНА (1=1) 0 ЛОЖЬ (1=1) ИСТИНА (1=1)
2. Диагностирование причин аномального значения давления горючего на входе в насос при запуске двигателей боковых блоков РН ИСТИНА((ТМП ГДНб..д<4.05) ОЯ (ТМП ГДНб..д>4.70))
Названия столбцов:
1. № п/п и наименование уровня процесса;
2. № п/п и наименование операции процесса;
3. Вид элементарных событий;
4. Управляющий бинарный параметр «Старт»;
5. Длительность задержки начала выполнения операции, ед. ЭС;
6. Длительность операции, ед. ЭС;
7. Управляющий бинарный параметр «Стоп»;
8. Длительность задержки окончания выполнения операции, ед. ЭС;
9. Управляющий бинарный параметр «Приостановка»;
10. Управляющий бинарный параметр «Продолжение». Рассмотрим особенности используемых конструкций по типам УИД.
Элементарные события в модели используются одного типа: событийного. В операции «Анализ давления горючего на входе в насос при запуске двигателей боковых блоков РН» в качестве элементарных событий используются моменты окончания допускового контроля значений ЛТХ, как положительные: ((ТМП ГДНб..д>4.05) & (ТМП ГДНб..д<4.70)), так и отрицательные: ((ТМП ГДНб..д<4.05) OR (ТМП ГДНб..д>4.70)). Таким образом, рассматриваемые операции подвергаются событийно-технологическому контролю. Событийно-технологический контроль подразумевает использование в качестве счетчика степени выполнения технологической операции значимые смены состояния других операций.
Управляющие бинарные параметры «Старт», «Стоп», «Приостановка» и «Продолжение» предназначены для управления операциями процесса на различных этапах и уровнях. Форма записи управляющего параметра, используемая в модели процесса, следующая:
РЕЗУЛЬТАТ ПРЕДИКАТНОГО ВЫРАЖЕНИЯ (ПРЕДИКАТНОЕ ВЫРАЖЕНИЕ),
где «РЕЗУЛЬТАТ ПРЕДИКАТНОГО ВЫРАЖЕНИЯ» может принимать значения «ИСТИНА» или «ЛОЖЬ», «ПРЕДИКАТНОЕ ВЫРАЖЕНИЕ» представляет собой логическое выражение, принимающее тот или иной результат в зависимости от используемых в выражении переменных. В соответствии с принципами построения модели технологического процесса [1] управляющий бинарный параметр может принимать значения только «0» или «1», эквивалент-
ными данным значениям являются логические константы «ЛОЖЬ» и «ИСТИНА».
В качестве примера рассмотрим значение управляющего бинарного параметра «Старт» модели операции «Анализ давления горючего на входе в насос при запуске двигателей боковых блоков РН»: «ИСТИНА (СП ВП2б..д->вкл.)». Предикатом здесь является выражение «СП ВП2б..д->вкл.», которое разбирается следующим образом: сигнальный параметр (СП) «ВП2б..д» переключился в состояние ВКЛ. Результатом предиката, при котором управляющий параметр будет приравнен «1», является результат «ИСТИНА». Таким образом, если указанный сигнальный параметр переключится в состояние ВКЛ., то это будет разрешающим сигналом к началу выполнения модели данной операции.
Рассмотрим способ априорно однозначного описания значения управляющего параметра. Управляющий параметр «Стоп» операции «Анализ давления горючего на входе в насос при запуске двигателей боковых блоков РН» записывается в следующем виде: «ИСТИНА (1=1)». В данном выражении предикат всегда имеет результат «ИСТИНА». Именно такое значение необходимо для присвоения управляющему параметру значения «1». Поэтому управляющий параметр «Стоп» операции всегда равен «1». Другая ситуация: управляющий параметр «Приостановка» операции примет значение «1» при условии «ЛОЖЬ (1=1)». Такой результат невозможен, поэтому управляющий параметр «Приостановка» операции никогда не примет значение «1», что обозначает, указанная операция не может быть приостановлена.
2.4 Общая схема модели процесса
Достоинством подхода к моделированию технологических процессов, предложенного в [1], является универсальность схемы технологической операции (ТО). Свойство универсальности схемы ТО заключается в ее адаптации к реализации условных операций, невременного контроля, вложенности и иерархичности структуры всего процесса.
По причине универсальности схемы ТО совокупность элементов за исключением входных и выходных позиций может быть заменена специальным переходом-процедурой - универсальной схемой ТО (УСТО). Схема обобщения ТО приведена на рисунке 4. Переход-процедура УСТО обозначена прямоугольником с двойными линиями. В левой части приведены все входные позиции, определяющие ход ТО. В правой части приведены все выходные (индикаторные) позиции, показывающие ход ТО. Внутри перехода-процедуры приведены значения длительностей задержки начала выполнения (<ЗН>), задержки окончания выполнения (<ЗК>) и непосредственно выполнения операции (<Длит>).
Переход-процедура является удобным средством компактного отображения процессов, когда вместо громоздкого объема внутренних позиций и переходов схемы модели ТП используется только одно изображение перехода-процедуры.
ОС
[>
Старт
Приостановка
[>
Продолжение
[>
Стоп
[>
УСТО <ЗН> <Длит> <ЗК>
ИндЗадНач
-м'
<]
ИндНач
<]
ИндВып
<]
ИндЗадКон
ИндКон
м'
<]
Рисунок 4 - Обобщенная схема УСТО
Позиции «Старт», «Стоп», «Приостановка» (приостановка выполнения ТО) и «Продолжение» (продолжение выполнения ТО) являются позициями, содержащими управляющие сигналы. Получение фишек данными позициями приводит к началу выполнения ТО («Старт»), к окончанию выполнения ТО («Стоп»), к временной приостановке и продолжению выполнения ТО. Данные позиции обеспечивают выполнение требования управляемости модели ТП. Управляющие позиции являются бинарными.
Позиции «ИндЗадНач», «ИндНач», «ИндВып», «ИндЗадКон» и «ИндВып» являются индикационными и обеспечивают наблюдаемость модели ТО. Данные позиции должны использоваться для определения траектории развития ТП путем сравнения значений в данных позициях с некоторыми эталонами. Индикаторные позиции «ИндЗадНач», «ИндВып» и «ИндЗадКон» являются по содержанию счетными, т.к. содержат количество отсчетов событий, полученных за интервал отсчета, соответственно, задержки начала выполнения, непосредственного выполнения и задержки окончания выполнения операции. Позиции
«ИндНач» и «ИндВып» являются бинарными и «сигнализируют» о фактах, соответственно, начала и окончания выполнения операции.
2.5 Схема модели процесса анализа давления горючего на входе в насос боковых блоков РН
На рисунке 5 представлена схема модели процесса анализа давления горючего на входе в насос горючего боковых блоков РН при запуске двигателей. С помощью данной схемы рассмотрим работу указанной модели.
№1 - «ВП2б..д» Операция
№2 - «ГДНб.д» оценивания ЛТХ при
Рисунок 5 - Схема модели процесса анализа давления горючего на входе в
насос боковых блоков РН
Входная позиция «ГТС» содержит информацию группового телеметрического сигнала (ГТС). Данная позиция содержит «раскрашенные» фишки. «Цвет» фишек, передаваемых по дуге, характеризует информационное содержание фишек и наносится над дугой в кавычках. «Цвет» фишек, содержащихся в позиции
«ГТС» и передаваемых по выходной дуге из данной позиции: «Кадр ГТС». Цвет
27
«Кадр ГТС» является иерархическим. Он включает цвета «Служебная информация» и «ТМП», образуя, таким образом, древовидную структуру. Фишки цвета «ТМП» подразделяются на цвета в соответствии с физическим смыслом конкретного ТМП. В данной схеме используются подцвета «ТМП»: цвета «ВП2б..д» (сигнальный параметр, команда от системы управления РН на включение и выключение клапана ДУ боковых блоков, соответственно, «Б», «Д», «В» и «Г») и «ГДНб..д» (телеметрируемый параметр давления горючего на входе в насос горючего боковых блоков, соответственно, «Б», «Д», «В» и «Г»). Фишки, которые несут информацию только о событии (фишки в классическом смысле сетей Петри [3, 4]), называются бесцветными.
Переход «Деком. ГТС» выполняет функцию декоммутации из кадра ГТС параметров содержания, указанного на выходе перехода. Фишки на выходе данного перехода является носителем не только факта декоммутации параметра, но и носителем значения этого параметра.
Позиции «ВП2б..д» и «ГДНб..д» содержат результаты декоммутации в виде фишек соответствующих цветов.
Переход «Форм. ПРК» является переходом, реализующим предикатное выражение, представленное под переходом: СП ВП2б..д->вкл. Выражение означает, фишка на выходе перехода будет сформирована при переключении сигнального параметра ВП2б..д из положения «ВЫКЛ» в положение «ВКЛ». Сформированная таким образом фишка будет являться управляющим сигналом «Старт», разрешающим начало выполнения операции оценивания ЛТХ при запуске БДУ.
Предикатные переходы «ГДНб..д_норма» и «ГДНб..д_ненорма» формируют фишки на своем выходе в зависимости от результата проверки соответствующего предикатного выражения, представленного под переходами. Результаты выполнения предикатных выражений являются элементарными событиями для операции оценивания ЛТХ при запуске БДУ. Отрицательный результат допус-кового контроля - это формирование фишки на выходе перехода
л л
«ГДНб..д_ненорма» при ГДНб..д<4.05 кгс/см или ГДНб..д>4.70 кгс/см .
Универсальные схемы технологической операции (УСТО) «Операция оценивания ЛТХ при запуске БДУ» и «Диагностирование аномального значения ЛТХ» запускаются соответствующими позициями «Старт». Первая УСТО имеет установленную длительность и будет закончена по получению соответствующего количества отсчетов элементарных событий. Внутри УСТО нанесены длительности задержки начала выполнения операции, непосредственного выполнения и задержки окончания выполнения операции. На схеме не приведены входные и выходные позиции УСТО, не используемые в процессе данного уровня.
Индикаторные выходные позиции УСТО «ИндНач», «ИндКон» и «ИндВып» дают возможность получить по индикаторным фишкам информацию о фактах, соответственно, начала и окончания выполнения операции, а также о текущей длительности выполнения операций.
3. Общий подход к использованию модели процесса анализа ТМИ РН
Решение задачи контроля состояния любой технической системы сопряжено с сопоставлением наблюдаемого состояния системы с ожидаемым, или прогнозируемым. Наблюдаемое состояние - есть совокупность наблюдаемых признаков, подлежащих измерению и идентификации, количественных или качественных, но предусматривающих многозначность представления (не менее двух значений). Приведенным требованиям в полной мере соответствуют индикаторные позиции УСТО. Поэтому совокупность значений именно таких позиций следует использовать для решения задачи определения текущего состояния схемы модели процесса, а, значит, и состояния системы. Совокупность количества фишек в индикторных позициях УСТО называется разметкой индикаторных позиций.
Для решения задачи контроля необходимо создать эталон поведения модели. В общем случае данный эталон должен представлять собой набор продукционных правил. Левая часть таких правил (посылка) содержит интервал или точное значение количества полученных отсчетов событий. Правая часть (или следствие) должна является новой разметкой всех или части индикаторных позиций схемы модели.
По результатам контроля текущего состояния схемы модели (разметки индикаторных позиций) принимается решение об адекватности используемой модели реальному технологическому процессу.
Анализ ТМИ по результатам подготовки, пуска и полета РН является сложным технологическим процессом с рассмотренными выше аспектами сложности. Контроль такого процесса - важнейшая задача, решаемая с целью:
- верификации процедуры анализа ТМИ (получение результата с достаточной степенью уверенности в принимаемом решении);
- оптимизации привлекаемых ресурсов;
- оперативной корректировки процесса анализа ТМИ при изменении входной (измерительной) информации.
Заключение
В статье представлена апробация на основе модифицированных сетей Петри подхода к моделированию технологических процессов, предусматривающих возможность условных зависимостей, иерархичности и событийных этапов в процессе. Положительной особенностью используемого подхода является его адаптация к моделированию невременных процессов, траектория развития которых определяется значениями телеметрируемых параметров.
Созданная модель процесса анализа ТМИ РН может быть использована по нескольким направлениям.
Во-первых, модель может быть использована для верификации существующих алгоритмов анализа ТМИ РН в зависимости от вариации значений результатов телеизмерений и объектов измерений.
Во-вторых, модель позволяет организовать трудно формализуемый процесс анализа ТМИ в оптимизационной постановке с вытекающими возможностями планирования процесса по различным критериям эффективности.
В-третьих, модель является высокоэффективным средством получения информации о текущем состоянии важнейшего этапа жизненного цикла РН, что необходимо для формирования единой системы поддержки жизненного цикла [5] такой сложной технической системы, как ракетно-космическая техника.
Библиографический список
1.Шмелев В.В. Модели технологических процессов функционирования космических средств // Авиакосмическое приборостроение. 2015. №4. С. 78-94.
2.Лескин А.А., Мальцев П.А., Спириднов А.М. Сети Петри в моделировании и управлении. - Л.: Наука, 1989. - 133 с.
3.Шмелев В.В., Самойлов Е.Б., Нездоровин Н.В. Распространение свойств сети Петри на вычислительную модель анализа результатов телеизмерений // Телекоммуникации и транспорт. 2013. №6. С. 89-90.
4.Котов В. Е. Сети Петри. - М.: Наука, 1984. - 160 с.
5. Шмелев В.В., Охтилев М.Ю. PLM-системы и их внедрение в информационное обеспечение автоматизированной системы управления подготовки и пуска ракеты космического назначения // Авиакосмическое приборостроение. 2015. №4. С. 66-77.
