CC BY
45
УДК 658.012.011
Ветошкин В.М., Горшков П.С., Лялюк И.Н., Потемкин А.В.
ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт», Москва, Россия
ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ИСПЫТАНИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Представлены результаты системного анализа проблем создания АСУ испытаниями авиационной техники (ИАТ), представляющей собой автоматизированный банк данных. Обосновывается ключевая роль разработки АСУ летными экспериментами в ходе создания АСУ ИАТ. Представлена концепция открытой архитектуры системы испытаний образцов авиационной техники (ОАТ). Обосновывается путь интеграции мобильных модульных измерительных комплексов (М2ИК) и необходимость разработки отечественных методологий и технологических стандартов концептуального проектирования систем баз данных. Выводы могут быть использованы при разработке АСУ И А Т Ключевые слова:
испытания авиационной техники; организационно-техническая система; единое информационное пространство; лётный эксперимент; автоматизированная система управления; система баз данных; концептуальная модель данных
Разработка новых и модернизация существующих образцов авиационной техники (ОАТ) различных классов сопровождаются и завершаются сложнейшими процессами их наземных и лётных испытаний. Эта стадия жизненного цикла (ЖЦ) авиационных изделий реализуется организационно-техническими системами (ОТС) - испытательными центрами (ИЦ). Последние включают в свой состав различные полигоны, измерительные комплексы и системы, летательные аппараты, корабли, комплексы обеспечения безопасности и управления полетами, пункты и лаборатории обработки информации и многие другие элементы. Функционирование каждого элемента ИЦ и всего центра в целом, представляет собой согласованную целенаправленную деятельность широкого круга высококвалифицированных специалистов, реализующих различные виды обеспечения испытаний (материально-техническое, метрологическое, методическое и др.), непосредственную организацию и планирование, техническую подготовку и эксплуатацию испытываемых ОАТ, разработку полётных заданий (лётных экспериментов — ЛЭ), выполнение полётов, а так же эксплуатацию и применение измерительных комплексов, обработку результатов экспериментов и оформление требуемой документации.
Многие исследователи и практики в области испытаний авиационной техники (ИАТ) отмечают сохраняющуюся до сих пор актуальность и высокую степень сложности автоматизации её процессов [1]. Далее кратко представим результаты системного анализа проблем и направлений создания АСУ ИАТ.
ТРУДНОСТИ, НАПРАВЛЕНИЯ, ОЧЕРЁДНОСТЬ И ОСНОВА СОЗДАНИЯ АСУ ИАТ
Рассматриваемые процессы предметной области «Испытания ОАТ» обладают организационной и технологической сложностью, длительностью и высокой стоимостью. Они не обеспечены не только автоматизированной системой (АС) их сопровождения, но и не имеют стандартов аппаратно-информационной совместимости и эффективности отдельных комплексов средств автоматизации (КСА) решения задач ИАТ. Целесообразность и необходимость информационной совместимости КСА определяется принципиальной единственностью только эволюционного пути её реализации. Именно таким путём возможно создание перспективной АСУ ИАТ, которая по своей масштабно-классификационной сути будет относиться к классу ОТС, а по функционально-целевому предназначению и реализации будет являться распределённым автоматизированным банком данных, обеспечивающим существование и поддержку актуального состояния единого информационного пространства (ЕИП) для области разработки и испытаний ОАТ.
Основные системотехнические трудности создания АСУ ИАТ определяются: — огромной размерностью (многомерностью) информационного пространства, которое должно моделировать и динамически адекватно отображать состояния соответствующих процессов, объектов и связей;
— отсутствием отечественных стандартизированных методологий и технологий, являющихся до настоящего времени чрезвычайно актуальными направлениями научных исследований и опытно-конструкторских работ;
— априорной неопределённостью и последующей итерационной конкретизацией (уточнением и развитием) содержательного описания ЕИП предметной области «Разработка и испытания ОАТ».
Говоря о векторах информационного пространства процессов ИАТ, в перспективе хотелось бы получить взаимосвязанную систему его функциональных областей: испытываемых ОАТ, видов и этапов испытаний, технических средств измерений, а также материально-технического, методического и других видов обеспечения.
Анализ состояния проблемы создания АСУ ИАТ позволил сделать следующие выводы:
— разработку функциональных подсистем целесообразно осуществлять на основе существующего опыта и содержания регламентированной документации успешно завершённых испытаний ОАТ;
— первоочередные усилия должны быть направлены на создание функциональных подсистем управления лётными испытаниями, так как данный вид испытаний является одним из наиболее сложных по организации и управлению, по использованию технических измерительных и вспомогательных средств и систем, по составу успешно апробированных методов, моделей и алгоритмов проведённых лётных экспериментов и оценки их результатов, а также по составу и квалификации участвующих в испытаниях должностных лиц;
— в качестве ключевой проблемы необходимо рассматривать разработку АСУ лётных экспериментов (ЛЭ), так как именно эксперименты определяют основное содержание лётных испытаний ОАТ;
— разработку функциональных подсистем целесообразно осуществлять при условии применения единой методологии и технологических стандартов.
Разработка любой АС является многоплановой, чрезвычайно сложной и трудоёмкой проблемой. Концептуальный проект АС должен быть в значительной степени консервативным (устойчивым во времени, редко изменяемым) и инвариантным по отношению к быстрой эволюции технических средств автоматизации и их общего программного обеспечения. Необходимо отметить, что активные зарубежные исследования последних лет в данном направлении уже воплощены в ряде технологических решений.
Фундаментом автоматизации процессов функционирования ОТС является концепция интегрированных систем баз данных (СБД), определяющая основные технологические аспекты проектирования перспективных информационных и управляющих систем для различных сфер применения. Теоретической базой таких технологий являются различные методологии проектирования систем баз данных, которые сегодня имеют практическое воплощение в целом ряде технологических решений [2-5].
КОНЦЕПЦИЯ ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРЫ СИСТЕМЫ ИСПЫТАНИЙ ОАТ
На современном этапе развития информационных технологий, базирующемся на принципах построения систем с открытой архитектурой, распределенных информационно-вычислительных систем, Web-технологий, RAD-технологий (технологий быстрого про-тотипирования прикладных информационных систем), систему испытаний образцов авиационной техники (ОАТ) можно представить в виде семиуровневой иерархическо-сетевой структуры (рисунок 1) [6].
Рисунок 1 — Открытая архитектура системы испытаний ОАТ
На первом, самом нижнем ее уровне располагаются средства испытаний (измерения физических величин) и их носители. Данные об измерениях параметров испытываемых объектов авиационной техники (ОАТ) с помощью комплексов средств связи и передачи данных, образующих второй иерархически-сетевой уровень системы, передаются на третий уровень, формирующий единое информационное пространство процессов сбора, обработки, хранения и выдачи данных, необходимых потребителям. На основании этих данных на четвертом уровне системы осуществляется мониторинг процессов управление ходом испытаний ОАТ в реальном масштабе времени. В результате обработки измерений и оценки параметров ОАТ (пятый уровень) с помощью различных аналитических систем обработки данных формируются оценки характеристик объектов испытаний (шестой уровень), на основании которых определяются обобщенные оценки ОАТ с отражением их в акте испытаний (седьмой уровень).
Использование открытой архитектуры системы испытаний позволит интегрировать системы различных уровней с целью обеспечения автоматизированного решения задач испытаний ОАТ. Технические комплексы, предназначенные для мониторинга и управления лётными экспериментами, должны создавать основу адаптивной к условиям применения и
требованиям развития инфраструктуру из перспективных мобильных модульных измерительных комплексов (М2ИК), способных к оперативному развёртыванию на существующих и вновь создаваемых испытательных полигонах. Ключевую системообразующую роль в процессе такой интеграции безусловно будет выполнять автоматизированная система сбора, обработки и представления данных летных экспериментов (АС СОПД ЛЭ).
Любой вариант реализации аппаратно-программной инфраструктуры АС СОПД ЛЭ должен обеспечивать функционирование системы баз данных (СБД), являющейся интегрированной динамической информационной моделью (ДИМ) функциональных областей подготовки, выполнения, обработки, оценки результатов измерений, параметров и характеристик, а также представления должностным лицам данных летных экспериментов испытываемых ОАТ.
В общем виде систему управления летными экспериментами и место в ней СБД можно представить схемой (рисунок 2), связывающей объект управления (организационно-техническая система, реализующая эксперимент) и орган управления (лица, осуществляющие мониторинг и оценку хода эксперимента) процессами сбора, накопления, обработки данных и выработки управляющих воздействий.
П| - 1-ый пакет прикладных программ; ТСИ - технические средства измерений
Рисунок 2 — Схема формирования и применения СБД в ходе сбора, обработки и представления данных летных экспериментов
Здесь X(t) — вектор состояния объекта управления в t-ый момент времени. Орган управления получает информацию о значениях элементов в виде значений вектора измерения X(t) = G(X( t)). (1)
Векторы X и Y в общем случае имеют разную размерность. На основе поступающей информации Y(t) орган управления осуществляет оценку значений элементов вектора X(t) формирует управляющие воздействия в виде вектора управления экспериментом
U(t) = L(X(t)). (2)
Кроме управляющего воздействия на ход эксперимента действуют внешние силы (погодные условия, вынужденные манёвры ЛА и различные помехи обстановки), описываемые вектором возмущений внешней среды W(t).
Состояние объекта управления в любой момент времени t > t/ характеризуется и может быть описано (но это не всегда возможно) с помощью системы уравнений связи:
U(t) = F(X(t W(t, t), U(t )), (3) а фиксируемые значения вектора измерения, зависящие от значений вектора состояния объекта управления в t-ый момент времени X(t) и помех q(t), действующих на ТСИ, можно записать в виде: Y(t) = G(X( t), q(t)). (4)
Вычисляемые оценки значений вектора X(t) используются органом управления для формирования управляющих воздействий U(t "), t" > t, изменяющих ход выполнения летного эксперимента.
СБД, являясь центральным системообразующим элементом в рассматриваемой схеме, обеспечивает
накопление, сохранение и обновление значений описанных выше элементов в темпе и соответствии с необходимой частотой слежения за состояниями объекта управления.
Именно СБД, являясь ДИМ всех процессов ЛЭ, обеспечивает орган управления актуальными данными, соответствующими конкретным моментам времени, о состоянии процессов, оценках хода и результатов ЛЭ, создавая необходимую информационную среду для управления испытаниями ОАТ в целом. Основой разработки подсистем АСУ ИАТ являются процессы концептуального проектирования соответствующих СБД [5], эффективность реализации которых в основном и определяет уровень успешности и способности к развитию создаваемых АС в целом.
Система баз данных, являясь ядром любой АС, обеспечивает существование в памяти вычислительных комплексов динамической информационной (семиотической, знаковой) модели соответствующего фрагмента реального мира. Здесь под моделью понимается совокупность символов (знаков), изменяющаяся во времени (отсюда и свойство динамичности) и описывающая состояние наблюдаемой (управляемой, проектируемой, исследуемой) системы. Модель такого класса может отражаться некоторым табло, например, как табло о вылетах и прилетах самолетов в аэропорте. Отмеченная центральная роль СБД в АС или в любой автоматизированной информационной системе (АИС) может быть условно представлена схемой основных процессов: ведения (обновления) СБД и поиска информации (рисунок 3).
Рисунок 3 — Схема основных процессов, обеспечиваемых СБД
С другой стороны, информационно-лингвистическое (ИЛО) и программное (ПО) обеспечения любой АС вместе с техническим обеспечением (ТО) образуют основу для создания функциональных подсистем, определяющих развитость и совершенство АС. Эффективное специальное программное обеспечение (СПО) не может быть создано раньше создания СБД. То есть вначале создается СБД (централизованная или распределенная), а затем — СПО.
Ввиду огромной сложности организационно-технических систем, какими являются ИЦ ОАТ, а также учитывая существующие сегодня ограниченные возможности проведения обследования всех функцио-
нальных областей для автоматизации процессов которых требуется в конечном итоге создать полномасштабную автоматизированную систему испытаний ОАТ, целесообразно в настоящее время сосредоточить усилия научно-производственных организаций на разработке их фундаментальной составной части — АС СОПД ЛЭ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленные предложения могут быть использованы при формировании направлений научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, обеспечивающих ускоренную разработку АСУ ИАТ на базе концептуальных моделей СБД ее подсистем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Всероссийская научно-техническая конференция «Научные чтения по авиации, посвящённые памяти Н.Е. Жуковского». Сборник докладов 2015. - М: Издательский дом Академии имени Н.Е. Жуковского, 2014. - 552с.
2. Марка Д. Методология структурного анализа и проектирования / Д. Марка, К. МакГоуэн. - М.: Метатехнология, 1993. - 240 с.
3. Маклаков С.В. Моделирование бизнес-процессов с All Fusion Process Modeler / С.В. Маклаков. -М.: Диалог - МИФИ, 2008. - 224 с.
4. Горшков П.С. Ресурсно-ограничительный метод исследования сложных информационных систем/ Горшков, П.С., Бачкало, Б.И. - М.: Труды симпозиума Надежность и качество, 2008. - 274 с.
5. Ветошкин В.М. Основы теории концептуального проектирования баз данных для автоматизированных систем / В.М. Ветошкин. - М: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1992. - 267 с.
6. В.М. Ветошкин, П.С. Горшков, И.Н. Лялюк. Проблемы и направления создания автоматизированной системы управления испытаниями авиационной техники. //Материалы XIII Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского» /Сборник докладов. — М.: Издательский дом Академии имени Н.Е. Жуковского, 2016. — 504 стр., стр.261-267.
