CC BY
57
Система показателей качества мониторинга технологических процессов в ракетно-космической отрасли
Шмелев В. В. Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского Санкт-Петербург, Россия valja1978@yandex.ru
Аннотация. В статье предлагается специализированная четырехуровневая система показателей качества для комплексного оценивания мониторинга функционирования пневмоги-дравлической системы ракеты-носителя «Союз-2». Система содержит 13 показателей нижнего уровня и 6 показателей верхних уровней. В отличие от существующих аналогов и рекомендаций, все показатели в системе количественные. Благодаря этому достигается объективность оценки. Полнота оценки обеспечивается включением в систему эксплуатационных показателей, показателей сопровождения и результативности. По предлагаемой системе оценивается качество мониторинга с использованием вариантов программного обеспечения на основе рекурсивной модели и структурно-логического подхода, а также формируются требуемые значения показателей, удовлетворяющие специалистов-экспертов.
Ключевые слова: качество программного обеспечения, ракетно-космическая техника, комплексирование частных показателей, мониторинг технологического процесса, структурно-логический подход, рекурсивная модель процесса, моделирование процессов.
ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие вычислительной техники отодвигает на второй план направление в совершенствовании программного обеспечения обработки и анализа измерительной информации ракетно-космической техники (РКТ), связанное с увеличением производительности расчетов и с быстродействием ЭВМ. На первый план выдвигается направление по улучшению трудно формализуемых показателей, а именно полноты используемой информации, модифицируемости и диагностируемости уже не самого программного обеспечения (ПО), а результата его применения.
Известные работы по оцениванию качества ПО (отечественная - [1], зарубежные - [2, 3]) предлагают способы количественного оценивания некоторых показателей качества ПО и их комплексирования. На этой основе ранжируются элементы ПО, выявляются риски и увеличивается вложение ресурсов в наиболее критичные элементы, т. е. осуществляется управление процессом разработки ПО [4]. Однако в указанных работах прослеживается стремление охватить максимально широкую область применения оцениваемого ПО. При этом возникает значительная трудность использования разработанных показателей на узкоспециализированном ПО. Кроме того, в указанных работах основной упор делается на оценивание ПО как самодостаточного продукта. То есть оценивается, например, корректность кода, количе-
ство программных ошибок и т. п. При этом не уделяется должного внимания результативности применения ПО.
Настоящий материал является попыткой разработать систему показателей качества специально для предметной области обработки и анализа телеметрической информации (ТМИ) РКТ, мониторинга функционирования систем и агрегатов ракет-носителей (РН). При этом максимально конкретизируется технологический процесс, для мониторинга которого предназначено оцениваемое ПО.
Для обеспечения практической направленности разрабатываемой системы показателей она апробируется на специальном ПО (СПО) мониторинга функционирования пнев-могидравлической системы (ПГС) двигательных установок (ДУ) РН «Союз-2». Кроме того, рассматривается разработанное СПО на основе оригинального структурно-логического подхода (СЛП) [5, 6]. Применяемое в настоящее время СПО мониторинга строится на основе рекурсивной модели технологического процесса. Данная модель подробно рассмотрена в [5, 7], анализ ее недостатков приведен в [5, 6].
Частные показатели качества мониторинга
Приведем краткие названия, физический смысл и формулы для вычисления частных показателей качества мониторинга технологических процессов в информационном обеспечении автоматизированной системы испытаний и применения РКТ. С целью практической осязаемости показателей они уточнены непосредственно для процессов функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2» и обработки и анализа измерительной информации данной технической системы.
При составлении показателей использовались в том числе рекомендуемые показатели качества ПО, приведенные в [8, 9]. В указанных документах строго не регламентируется порядок вычисления показателей, приводится только их примерное содержание. При специализации показателей использовалась документация по информационному обеспечению испытаний и применения РКТ [10] и документация по РН «Союз-2» [11-13].
Предлагаемые в работе показатели специализированы для предметной области, что позволяет говорить об их адекватности запросам конечного пользователя СПО мониторинга - инженера-испытателя Информационно-аналитического центра космодрома. Применение максимально конкретной информации при формировании показателей, с одной стороны, значительно сужает область применения разработанных показателей, с другой стороны, позволяет обоснованно получить количественную характеристику каждого показате-
ля. Для других объектов мониторинга можно использовать разработанные показатели после их предварительной адаптации, что гораздо легче выполнить при наличии примера показателей хотя бы для РН «Союз-2».
В статье при формировании показателей под результатом мониторинга понимается синтезированная модель технологического процесса в виде совокупности формального описания модели и связанной с моделью формы отображения. Формой отображения является графическое представление интерфейса СПО мониторинга.
Частный показатель - точность телеметрируемых параметров (ТМП) - рассчитывается по формулам
I ^ТМП £
Р1 = 1 - 3 Км + X °2(Х;); аТм =6тМ
7=1 ст( Х]) =
= 8(Х; )
где Х;, ; = 1, ^тмп - ТМП, используемые в СПО мониторинга; 5тм = 0,8 % - максимальная приведенная погрешность бортовой аппаратуры с учетом «наземной» автоматизированной обработки ТМП, значение которой приведено в Программе телеизмерений, выпускаемой в комплекте технической документации на РН; отм - СКО приведенной погрешности бортовой аппаратуры с учетом «наземной» автоматизированной обработки ТМП; 8(Х;) - максимальная приведенная погрешность измерения ;-го датчика, значение которой приводится в технических характеристиках датчиков, например в [14], тип датчиков - в Программе телеизмерений; о( Х;) - СКО приведенной погрешности измерения ;-го датчика.
Показатель л характеризует погрешность используемых в СПО мониторинга телеизмерений. Погрешность формируется датчиковой аппаратурой и системой сбора и обработки ТМИ. Принимается допущение о нормальном распределении погрешности. Допускается статистическая независимость телеизмерений.
Частный показатель Р2 - точность оценивания значений летно-технических характеристик (ЛТХ) - вычисляется по формулам
т
Р2 = 1 - 3
X о (уд); ст(уд) = .
4=1
тШП /ду
X
г=1
'дх,
СТ(Хг)
где уд (х), 4 = 1, тЛтх - ЛТХ, используемая в СПО мониторинга. ЛТХ приведены в технической документации; у4 = /(хг), г = 1, М^Мп - функция 4-й ЛТХ от ТМП х., приводится в технической документации; о( уд) - СКО приведенной погрешности вычисления 4-й ЛТХ; о( хг) - СКО приведенной погрешности измерения г-го датчика.
Показатель Р2 характеризует погрешность оценок ЛТХ, формируемую вычислительными процедурами над телеизмерениями. Принимается допущение о нормальном распределении погрешности.
Частный показатель Р3 - своевременность получения результата мониторинга - вычисляется по формуле
1
Рз ="
Ттр - Тш
тр
+1
где Т111 - длительность подготовки исходной информации и применения СПО для мониторинга процесса функционирования ПГС от команды «Продувка» до окончания работы ДУШ; Ттр = 3 ч - длительность оперативной и экспресс-обработки и анализа ТМИ согласно [10].
При вычислении значения показателя Р3 используется время окончания формирования прогнозируемой траектории процесса, включающего максимальное количество операций. Данный показатель характеризует соответствие временного интервала подготовки исходной информации и применения СПО мониторинга отведенному интервалу оперативной и экспресс-обработки и анализа ТМИ.
Частный показатель Р4 - оперативность получения результата мониторинга - вычисляется по формуле
Р4 ="
1
+ 1
тр
где Тп - длительность подготовки исходной информации и применения СПО для мониторинга процесса подготовки носителя к пуску - от команды «Продувка» до команды «Пуск», когда возможно формирование команды на аварийное выключение двигателя (АВД) без потери полезной нагрузки (ПН).
При вычислении значения показателя Р4 используется время окончания формирования прогнозируемой траектории процесса, включающего минимальное количество операций. Показатель характеризует быстроту получения минимально необходимого результата мониторинга.
Частный показатель р5 - полнота обрабатываемой измерительной информации - вычисляется по формуле
Р5 =
N
N
ТМП ДПМ
ТМП
где ттмп - количество ТМП, используемых в СПО мониторинга; тДММ = 59 ед. - количество ТМП, телеметрирую-щих процессы в ПГС согласно программе телеизмерений.
Показатель характеризует степень использования доступной измерительной информации по ПГС в СПО мониторинга.
Частный показатель р6 - полнота вычисляемых ЛТХ -рассчитывается по формуле
Р = тЛТХ дгИЭ20 , т ЛТХ
где тлтх - количество ЛТХ, оценки которых используются в СПО мониторинга; тЛТХ0 = 109 ед. - количество ЛТХ, характеризующих ПГС ДУ РН «Союз-2», в соответствии с технической документацией.
Показатель определяет соотношение используемых в процессе мониторинга ЛТХ к общему количеству контрольных параметров, характеризующих ПГС.
Частный показатель р7 - полнота учитываемых нештатных ситуаций - рассчитывается по формуле
= тАВД Р7 = 7д^ ,
N
АВД
где NАвд - количество учитываемых нештатных ситуаций
ТО
в СПО мониторинга; NАвд = 25 ед. - количество нештатных
П
ситуаций, приводящих к прекращению подготовки носителя к пуску и к АВД при работе ДУ, приведенных в технической документации.
Показатель характеризует глубину учитываемых нештатных ситуаций, предусмотренных в технической документации.
Частный показатель р8 - полнота моделируемого технологического процесса - рассчитывается по формуле
„ _ ^МОН
где ^мон - количество моделируемых в СПО мониторинга операций процесса функционирования ПГС ДУ; ЫТО = _ 176 ед. - количество операций, предусмотренных в технической документации.
Показатель характеризует адекватность модели процесса функционирования ПГС ДУ своему прототипу.
Частный показатель р9 - анализируемость синтезированной модели процесса с учетом реализации различных видов ограничений процесса - рассчитывается по формуле
N
Р9 _
ОГР
N
ПОГ
где Л^огр - виды ограничений, реализуемые в СПО мониторинга: для СЛП - ресурсные, временные, технические и технологические; для рекурсивной модели - временные; Nпoг _ 5 ед. - виды ограничений, потенциально применяемые при мониторинге процессов ПГС ДУ РН «Союз-2»; дополнительно к указанным - функциональные.
Показатель характеризует способность СПО реализовы-вать собственными средствами различные типы ограничений процесса, мониторинг которого осуществляется.
Частный показатель р10 - верифицируемость синтезированной модели процесса - рассчитывается по формуле
Р10 _
N
ОШ
N
ПО
где Noш - количество типов ошибок, выявляемых и корректируемых СПО мониторинга: для СЛП - непротиворечивость ресурсных ограничений, корректность по входу и выходу операций, активность операций; для рекурсивной модели - активность операций; Nпo _ 5 ед. - количество типов ошибок, потенциально формируемых при синтезе модели технологического процесса в предметной области; дополнительно к предыдущим - достижимость требуемого состояния процесса.
Показатель характеризует способность СПО к автоматическому поиску ошибок в модели процесса функционирования ПГС ДУ.
Частный показатель рп - однозначность результата мониторинга при неизменности измерительной информации -рассчитывается по формуле
р11 _
N
УТМП
N
ТОП
где Nyтмп - количество учитываемых в СПО мониторинга операций, свойства которых определяются результатами контроля ТМП; _ 113 ед. - полное количество опера-
ций, свойства которых определяются результатами контроля ТМП.
Показатель характеризует степень влияния, не учитываемого в СПО измерительной информации, на результат мониторинга технологического процесса.
Частный показатель р12 - редактируемость синтезированной модели процесса - рассчитывается по формуле
N
Р12 _
РЕД
N
ПР
где ^ед - количество вариантов изменения траектории, реализуемых СПО мониторинга: для СЛП - автоматизированное (ручное и автоматическое) изменение типа меток отсчета состояния, начало, остановка, приостановка, возобновление операции; для рекурсивной модели - ручное начало, остановка, приостановка и возобновление операции; Nпp _ 10 ед. - количество вариантов изменения траектории процесса, потенциально реализуемых при синтезе модели процесса в предметной области.
Показатель р12 характеризует реализуемость возможных вариантов изменения траектории синтезированной модели процесса средствами СПО-мониторинга.
Частный показатель р13 - повторяемость синтезированной модели процесса общесистемным ПО - рассчитывается по формуле
Р13 _
N
ПВ
N
МОН
где Nпв - количество операций, имеющих временные ограничения. Реализация данных ограничений возможна средствами М1сг080ЙРгсуес1
Таким образом, предложено 13 частных показателей. Они, несомненно, специализированы, благодаря этому можно оценить качество СПО мониторинга функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2». Такая оценка будет объективна (все показатели количественные), полна (рассматриваются эксплуатационные показатели, показатели сопровождения СПО и результативности мониторинга) и показательна (оценки показателей для различных реализаций СПО значимо разделяются).
Полиномиальный подход
К КОМПЛЕКСИРОВАНИЮ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Для комплексирования частных показателей качества мониторинга технологического процесса использовался подход с применением нечеткой логики и положений теории планирования эксперимента, который получил широкую известность под названием полиномиального подхода [15-17]. Этот подход выгодно отличается легкостью применения, доступной трактовкой результатов, а главное - формированием оценок важности не только отдельных частных показателей, но и их сочетаний.
Полиномиальный подход заключается в выполнении следующих шагов:
1) формирование множества частных показателей качества функционирования некоторого сложного технического объекта;
2) нормирование шкал частных показателей к интервалу [-1;1];
3) формирование лингвистической переменной, понимаемой экспертом как искомый интегральный показатель в вербальном представлении;
4) формирование достаточного (по внутреннему убеждению эксперта) множества возможных значений лингвистической переменной - термов, например: низкое, среднее и высокое значения, или низкое, ниже среднего, среднее, выше среднего и высокое значения;
5) дефаззификация значений лингвистической переменной, т. е. сопоставление экспертом в соответствии с внутренними убеждениями каждому значению лингвистической переменной вещественного числа из интервале от 0 до 1. Таким образом эксперт формирует требуемые значения интегрального показателя для всех вариантов сочетаний крайних значений частных показателей;
6) формирование плана опроса эксперта о значении лингвистической переменной для всех вариантов сочетаний крайних значений частных показателей;
7) формирование ортогонального плана экспертного опроса. Ортогональный план строится на основе данных бланка экспертного опроса путем добавления пар, троек и т. д. частных показателей, а также дополнительного элемента, не содержащего частных показателей. Крайние значения пар, троек и т. д. частных показателей вычисляются по правилу логического умножения значений составляющих частных показателей;
8) расчет коэффициентов интегрального полинома;
9) формирование интегрального полинома для вычисления искомого интегрального показателя.
Анализ количества частных показателей качества мониторинга функционирования ПГС позволяет сделать вывод о практически нереализуемой мощности требуемого в соответствии с полиномиальным подходом бланка экспертного опроса. Необходимо задать эксперту 213 = 8192 вопроса с вариантами сочетаний крайних значений частных показателей. В таком случае рекомендуется осуществлять комплек-сирование частных показателей на подгруппы мощностью не более четырех элементов. При этом необходимо обязательно соблюсти физическую однородность комплексируе-мых в одну группу показателей.
Схема комплексирования частных показателей качества мониторинга приведена на рис. 1.
С учетом принципиального различия целей процесса мониторинга на разных этапах жизненного цикла РН «Союз-2» задача расчета ЕКИП применялась для следующих случаев:
1) РМВ (режим реального времени) - мониторинг функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2» на этапе оперативной и экспресс-обработки и анализа ТМИ. Это участки подготовки, пуска РН и активный участок траектории, временной интервал формирования общих выводов о результатах испытаний и применения РН (до 3 ч после пуска, согласно [10]);
2) ППО (послеполетная обработка) - анализ функционирования систем ПГС ДУ РН «Союз-2» на этапе послеполетной обработки ТМИ. Это временной интервал до 30 суток после пуска, в течение которого формируется оперативный отчет по результатам подготовки к пуску, пуска и полета изделия, согласно [10];
3) ПНИ (подготовка новых изделий) - подготовка СПО, подготовка спецификации процесса, создание и верификация моделей для вновь вводимых изделий РКТ или при модифицировании систем в существующих типах РКТ. Это временной интервал до 3-4 месяцев перед планируемым пуском новой (модифицированной) РН;
4) ПОГ (пополнение орбитальной группировки) - мониторинг функционирования ПГС РН «Союз-2» на этапе оперативного пополнения орбитальной группировки космических аппаратов (КА).
Комплексированные показатели качества МОНИТОРИНГА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПГС РН
«Союз-2»
На основе перечня частных показателей, схемы их ком-плексирования (рис. 1) и различных случаев применения СПО мониторинга (см. предыдущий пункт) необходимо сформировать интегральные полиномы для вычисления интегрального показателя качества:
- существующего СПО-мониторинга,
- СПО, разработанного на основе СЛП,
- СПО с требуемым качеством.
Для лингвистической переменной сформированы значения: «очень низкое (ОН)», «низкое (Н)», «ниже среднего (НС)», «среднее (С)», «выше среднего (ВС)», «высокое (В)» и «очень высокое (ОВ)». Дефаззификация проведена следующим образом: ОН - 0; Н - 0,1; НС - 0,3; С - 0,5; ВС - 0,7; В - 0,9; ОВ - 1.
Рис. 1. Схема комплексирования частных показателей. Р1-Р13 - рассмотренные частные показатели качества; Р1[ - комплексированный показатель степени доверия к результатам мониторинга; Р21 -комплексированный показатель степени соответствия временной характеристики результата мониторинга требуемому значению; Р3[ -комплексированный показатель степени адекватности синтезированной для мониторинга модели технологического процесса своему прототипу; Р4[ - комплексированный показатель диагностируемости модели технологического процесса, характеризующий степень пригодности модели для поиска ошибок и недостатков; Р5[ - комплексированный показатель модифицируемости модели технологического процесса, характеризующий степень пригодности модели для совершенствования; Р12 - комплексированный показатель эксплуатационных характеристик применения СПО-мониторинга; Рт - единый конечный интегральный показатель (ЕКИП) качества мониторинга технологического процесса
В табл. 1 приведен пример бланка экспертного опроса для комплексированного показателя Р^. Бланки для расчета показателей Р1г, P4i и P5i имеют аналогичное представление и здесь не приводятся.
Результаты расчета коэффициентов интегрального полинома для разных случаев приведены в табл. 2.
Таблица 1
Бланк экспертного опроса о показателе P11
№ п/п Крайние значения частных показателей Значение лингвистической переменной
Р1 Р2 РМВ ППО ПНИ ПОГ
1 -1 -1 ОН ОН ОН ОН
2 -1 1 В В В В
3 1 -1 НС НС Н НС
4 1 1 ОВ ОВ ОВ ОВ
Таблица 2
Коэффициенты интегрального полинома для разных случаев
Коэффициент Значение коэффициента интегрального полинома для режима применения СПО мониторинга
РМВ ППО ПНИ ПОГ
0,46 0,45 0,50 0,60
0,21 0,13 0,13 0,30
0,11 0,18 0,18 0,20
0,09 0,13 0,18 0,00
-0,14 0,00 0,05 -0,14
0,09 0,05 0,05 0,05
0,09 0,00 -0,10 -0,05
0,09 0,08 0,03 0,00
Полином для каждого случая примет вид
Р _Х0 + Я,1Р12 + Р41 + Р51 + Р12 Р41 + +Х5 Р12 Р51 +Х6 Р41Р51 +Х7 Р12 Р41Р51.
Результаты расчета для разных случаев применения СПО-мониторинга представлены на рис. 2.
Для наглядности используются только коэффициенты, характеризующие индивидуальную важность показателей Р12, Р41 и Р51. Это коэффициенты, соответсвенно, Х1, и Х3. Коэффициенты, характеризующие совместную важность показателей, не учтены. На рис. 2 по осям отложены значения комплексированных показателей эксплуатационных характеристик (Р12) СПО-мониторинга, диагностируе-мости (Р41) и модифицируемости (Р51) синтезированной
модели с помощью СПО-мониторинга. Кроме того, на рис. 2:
- сплошной линией соединены значения комплексируе-мых показателей для случая ПОГ;
- штриховой линией с коротким шагом - ПНИ;
- штриховой линией с длинным шагом - РМВ;
- пунктирной линией - ППО.
Анализ рис. 2 позволяет сделать следующие выводы.
Эксплуатационные характеристики (Р12) включают показатели достоверности, оперативности и адекватности модели функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2». Такие характеристики наиболее важны в случае мониторинга в реальном времени при подготовке, пуске и полете РН и при оперативном пополнении орбитальной группировки КА, т. е.
Р51-(модифицируемость) (диагносшруемостъ) - Р41
Рис. 2. Предпочтения экспертной группы при определении важности показателей в разных случаях применения СПО-мониторинга
в случаях, когда наиболее важно максимально быстро и точно принять решение о техническом состоянии носителя и прогнозировать успешность выполнения им своей целевой задачи.
Показатели диагностируемости (Р4^ модели функционирования ПГС характеризуют степень пригодности модели для поиска ошибок и недостатков в технологическом процессе. Такие показатели имеют примерно одинаковую важность во всех случаях. Причиной данного факта является чрезвычайно большая стоимость ошибки в прогнозе развития технологического процесса в рассматриваемой предметной области.
Показатели модифицируемости (Р5^ модели функционирования ПГС характеризуют степень пригодности модели для модификации и совершенствования. Такие показатели наиболее важны в случае подготовки к мониторингу вновь вводимых изделий РКТ. В таком случае наиболее важна возможность оперативной глубокой перенастройки модели технологического процесса под изменяющиеся, неустоявшиеся и неточные характеристики внедряемой техники.
Таким образом, сформирован порядок оценивания качества мониторинга технологического процесса функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2» в разных случаях применения СПО. Теперь необходимо сформировать порядок расчета ЕКИП качества мониторинга. Формально необходимо ком-плексировать показатели Р12 , Р41 и Р51 качества мониторинга в разных случаях в ЕКИП качества Р2.
Множеством частных показателей в этом случае будет множество
РТ = {рРМВ , РППО, РПНИ, РПОГ } .
Все элементы множества Р^ вычисляются с помощью соответствующих интегральных полиномов, коэффициенты которых приведены в табл. 2. Исходная шкала значений всех показателей включает интервал [0; 1].
Используем лингвистическую переменную «Качество мониторинга функционирования ПГС ДУ РН „Союз-2" с применением СПО на основе...» со значениями, аналогичными ранее введенной переменной, и с аналогичным порядком дефаззификации этих значений.
Результаты расчета коэффициентов интегрального полинома для ЕКИП Р2 приведены в табл. 3.
Таблица 3
Коэффициенты интегрального полинома для ЕКИП РЕ
№ коэффициента Значение коэффициента № коэффициента Значение коэффициента
0 0,69 8 -0,03
1 0,01 9 -0,04
2 0,10 10 -0,05
3 0,04 11 0,00
4 0,23 12 0,04
5 0,00 13 0,03
6 -0,06 14 0,06
7 -0,03 15 0,01
В данной таблице номера коэффициентов обозначают номера коэффициентов ^ -А15. Полином для ЕКИП Р2 примет вид
РХ = А0 + А1РРМВ + А2 РППО + А3 РПНИ + А4 РПОГ + + А5 РРМВ РППО + А6 РРМВ РПНИ + А7 РРМВ РПОГ + + А8 РППО РПНИ + А9 РППО РПОГ + А10 РПНИ РПОГ + + А11РРМВ РППО РПНИ + А12 РРМВ РППО РПОГ + + А13 РРМВ РПНИ РПОГ + А14 РППО РПНИ РПОГ + + А15 РРМВ РППО РПНИ РПОГ.
При анализе табл. 3, а именно А^-А, 4 следует отметить, что для инженера-испытателя Информационно-аналитического центра космодрома значительно преобладающим по важности случаем функционирования СПО-мониторинга является ПОГ (А 4). Действительно, значимость быстрого и достоверного получения результата мониторинга при пополнении орбитальной группировки - необходимое условие успешного выполнения космодромом задачи по предназначению.
Следующим по важности случаем является ППО (А2) -послеполетная обработка и анализ информации, так как требуется максимально достоверно и своевременно подготовить заключение в оперативный отчет о причинах нештатных ситуаций, аварий и катастроф (при их наличии).
ПНИ (А3) - следующий (третий) по важности случай. Значимость СПО-мониторинга заключается в предоставлении специалисту-пользователю инструмента для быстрого формирования моделей рассматриваемых технологических процессов. Цель применения такого СПО - быстрое построение и освоение новых технологических процессов.
Минимальным по важности остается РМВ (А1) - обработка и анализ ТМИ в период подготовки к пуску, пуска и активного участка траектории полета РН, а также оперативной и экспресс-обработки и анализа ТМИ. Данный факт объясняется низкими возможностями управления технологическими процессами на данном временном интервале. Здесь основная задача мониторинга функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2» - оперативно подготовить заключение о функционировании систем и агрегатов РН в доклад старшему начальнику по результатам пуска.
Таким образом, полностью рассмотрен порядок вычисления структуры интегрального полинома, позволяющего по заданным характеристикам СПО мониторинга вычислить ЕКИП качества мониторинга функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2».
Интегральный показатель качества мониторинга ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПГС РН «СОЮЗ-2»
Для вычисления значения ЕКИП качества мониторинга функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2» был проведен подробный анализ практической реализации на космодроме варианта информационного обеспечения автоматизированной системы управления испытаний и применения РКТ. В частности, рассматривалось информационное обеспечение в приложении мониторинга технологических процессов подготовки и пуска РН «Союз-2», оперативной, экспресс-и послеполетной обработки и анализа измерительной информации. По указанным показателям было оценено существующее СПО.
Кроме того, путем анализа документов [10-12] и технической документации были сформированы требуемые
значения частных показателей. Требуемые значения показателей 1-4 получены в точном виде, остальных показателей - путем обработки экспертных высказываний. Достоверность экспертных высказываний о требуемых значениях этих показателей достигается широким охватом экспертов. Обоснованность достигается предъявлением одновременно с формулировкой запроса вычисленного значения частного показателя для используемого применяемого СПО и для разработанного СПО. Тем самым задача эксперта облегчается, так как он имеет числовые точки отсчета, относительно которых высказывает свое мнение о желаемом (требуемом) качестве СПО мониторинга.
Результаты оценивания частных показателей приведены в табл. 4. Все показатели находятся в исходной шкале [0;1].
Таблица 4
Значения частных показателей качества мониторинга ПГС (в исходной шкале)
Частный показатель Существующее СПО на основе рекурсивной модели Требуемое значение СПО на основе СЛП
Р1 0,94 0,90 0,81
Р2 0,89 0,85 0,75
Р3 0,33 0,90 0,92
Р4 0,26 0,80 0,96
Р5 0,14 0,75 0,83
Р6 0,07 0,75 0,8
Р7 0,03 0,75 0,88
Р8 0,55 0,75 0,92
Р9 0,20 0,75 0,80
Р10 0,20 0,75 0,80
Р11 0,21 0,75 0,97
Р12 0,40 0,75 1,00
Р13 0,87 0,75 0,45
Анализ табл. 4 позволяет сделать вывод, что внедряемое СПО не достигло требуемого значения по частным показателям Р1, Р2 и Р13.
Причиной данного факта относительно частных показателей Р1 и Р2 является большое количество ТМП и ЛТХ при мониторинге, вследствие чего возрастает погрешность используемой информации. Однако это плата за значительное повышение остальных частных показателей.
Причиной недостижения требуемого значения по частному показателю Р13 является функциональная ограниченность общесистемного ПО, не приспособленного для решения специальных задач, возникающих при мониторинге технологических процессов функционирования РКТ.
Результаты оценивания комплексированных показателей для различных режимов приведены в табл. 5. Также в таблице приведено значение ЕКИП качества СПО мониторинга: для существующего варианта исполнения, варианта исполнения на основе СЛП и для варианта исполнения, при кото-
ром все показатели равняются требуемым значениям. Все показатели находятся в исходной шкале [0;1].
Анализ табл. 5 позволяет сделать следующие выводы.
Существующее СПО мониторинга, функционирующее на космодроме, входящее в информационное обеспечение автоматизированной системы управления испытаний и применения РКТ, не удовлетворяет специалистов-пользователей ни на одном временном интервале применения СПО мониторинга. Как следствие, нас не удовлетворяет и ЕКИП качества существующего СПО мониторинга. Это является практической проблемой, вызвавшей необходимость создания СЛП.
Таблица 5
Итоговые оценки показателя качества мониторинга функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2»
Режим Оцениваемые варианты СПО мониторинга
Существующее СПО мониторинга Требуемое значение показателя Разработанное СПО на основе СЛП
РМВ 0,42 0,71 0,69
ППО 0,42 0,77 0,81
ПНИ 0,40 0,77 0,84
ПОГ 0,48 0,88 0,92
ЕКИП РЕ 0,65 0,90 0,92
Приведенные в табл. 5 значения ЕКИП позволяют сделать вывод, что СПО на основе СЛП по качеству превышает существующее на 27 %, а требования - на 2 %. Это доказывает оправданность разработки и внедрения нового СПО.
Заключение
В работах [5, 6] предложен оригинальный подход к мониторингу технологических процессов в предметной области функционирования РКТ, а также обработки и анализа ее измерительной информации. На основе СЛП разработано СПО, выполняющее задачу мониторинга функционирования ПГС ДУ РН «Союз-2».
Материал посвящен разработке специализированной системы показателей качества СПО мониторинга технологических процессов в предметной области. В системе используется 13 количественных показателей нижнего уровня. Данные показатели комплексируются в 6 показателей верхних уровней. Последние в свою очередь формируют ЕКИП качества СПО мониторинга. При комплексировании использовался известный полиномиальный подход.
По разработанной системе показателей были оценены применяемое в Информационно-аналитическом центре космодрома СПО, а также СПО на основе разработанного автором СЛП. Кроме того, по системе показателей были сформированы требуемые значения показателей. Расчет показателей позволяет сделать вывод, что качество внедряемого СПО значительно превышает существующее и удовлетворяет требуемым значениям.
Разработанную систему показателей качества рекомендуется использовать при оценивании качества СПО в предметной области обработки и анализа ТМИ РКТ. С помощью модификации системы показателей можно ее адаптировать для достаточно широкого круга СПО.
Литература
1. Бураков В. В. Управление качеством программных средств: моногр. / В. В. Бураков. - СПб.: ГУАП, 2009. - 288 с.
2. Fenton N. E. Software Metrics: Roadmap / N. E. Fenton, M. Neil // ICSE '00 Proc. Conf. The Future of Software Eng., 2000. P. 357-370.
3. Boehm B. W. Software Engineering Economics / B. W. Boehm. - New Jersey: Prentice-Hall. Inc., Englewood Cliffs, 1981. - 767 p.
4. Goodman P. P. Software Metrics: Best Practices for Successful IT Management / P. P. Goodman. - Rothstein Associates, 2004. - 264 p.
5. Шмелев В. В. Модели технологических процессов функционирования космических средств / В. В. Шмелев // Авиакосмическое приборостроение. - 2015. - № 4. - С. 78-93.
6. Шмелев В. В. Сравнительный анализ структурно-логического подхода к моделированию технологических процессов функционирования ракетно-космической техники / В. В. Шмелев, М. Ю. Охтилев // Информационно-управляющие системы. - 2016. - № 5 (84). - С. 35-44.
7. Лескин А. А. Сети Петри в моделировании и управлении / А. А. Лескин, П. А. Мальцев, А. М. Спириднов. - Л.: Наука, 1989. - 133 с.
8. ГОСТ Р ИСО/МЭК 25021-2014. Информационные технологии. Системная и программная инженерия. Требования и оценка качества систем и программного обеспечения. (SQuaRE). Элементы показателя качества. - М.: Стандарт-информ, 2015. - 103 с.
9. ГОСТ Р ИСО/МЭК 25010-2015. Информационные технологии. Системная и программная инженерия. Требования и оценка качества систем и программного обеспечения (SQuaRE). Модели качества систем и программных продуктов. - М.: Стандартинформ, 2016. - 36 с.
10. ГОСТ 1410-002-2010. Ракетно-космическая техника. Система информации о техническом состоянии и надежности космических комплексов и входящих в их состав изделий. Основные положения. - М.: Стандартинформ, 2011. -49 с.
11. Шмелев В. В. Систематизация требований к разработке перспективных аппаратно-программных комплексов обработки телеметрической информации ракетно-космической техники / В. В. Шмелев, В. В. Ткаченко // Тр. Военно-космич. акад. им. А. Ф. Можайского. - 2015. - С. 38-46.
12. Куренков В. И. Конструкция и проектирование изделий ракетно-космической техники. Ч. 2. Основы проектирования ракет-носителей / В. И. Куренков. - Самара: Самар. гос. аэрокосмич. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т), 2012. - 304 с.
13. Шмелев В. В. Моделирование процесса послеполетного анализа телеметрической информации по результатам подготовки, пуска и полета ракеты-носителя «Союз-2» / В. В. Шмелев // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. - 2016. - № 1. - С. 36-48.
14. http://npoit.ru/products/item/high/abc-059 (дата обращения 09.02.2017).
15. Спесивцев А. В. Управление рисками чрезвычайных ситуаций на основе формализации экспертной информации / А. В. Спесивцев. - СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2004. - 238 с.
16. Зеленцов В. А. Многокритериальный анализ влияния отдельных элементов на работоспособность сложной системы / В. А. Зеленцов, А. Н. Павлов // Информационно-управляющие системы. - 2010. - № 6 (49). - С. 7-12.
17. Павлов А. Н. Модели и методы планирования реконфигурации сложных объектов с перестраиваемой структурой: дис. ... д-ра техн. наук. - СПб., 2014. - 381 с.
Indicators of Quality Monitoring System Processes in the Aerospace Industry
Shmelev V. V. A. F. Mozhaisky Military Space Academy St. Petersburg, Russia valja1978@yandex.ru
Annotation. The article offers a specialized four-level system of quality indicators for the integrated evaluation of monitoring the functioning of the fluid system of the carrier rocket Soyuz-2. System 13 comprises a lower performance level and the upper level 6 of indicators. In contrast to existing analogs and recommendations of all the indicators in the quantitative system. This objective assessment is achieved. Completeness assessment provided by the inclusion in the system of indicators and operational and maintenance performance, and effectiveness. In the described system is estimated quality monitoring using software options based on a recursive model and the structural and logical approach, as well as forming the required values of parameters satisfying the experts.
Keywords: software quality, rocket and space technology, someone pleksirovanie private indicators, process monitoring, structural and logical approach, recursive process model, process modeling.
References
1. Burakov V. V. Upravleniekachestvom programmnyh sred-stv [Management Software Quality], St. Petersburg, GUAP, 2009, 288 p.
2. Fenton N. E., Neil M. Software Metrics: Roadmap, ICSE '00 Proc. Conf. The Future of Software Eng., 2000, pp. 357-370.
3. Barry W. Boehm. Software Engineering Economics. Prentice-Hall. New Jersey, Inc., Englewood Cliffs, 1981, 767 p.
4. Goodman P. P. Software Metrics: Best Practices for Successful IT Management. Rothstein Associates, 2004. 264 p.
5. Shmelev V. V. Models of Processes of Functioning of Space Assets [Modeli tekhnologicheskih processov funkcioniro-vaniya kosmicheskih sredstv], Aviakosmicheskoe priborostroenie [Aerospace Instrument], 2015, no. 4, pp. 78-93.
6. Shmelev V. V., Ohtilev M. Yu. Comparative Analysis of Structural and Logical Approach to the Modeling of Processes of Functioning of Rocket and Space Technology [Sravnitel'nyj analiz strukturno-logicheskogo podhoda k modelirovaniyu tekhnologicheskih processov funkcionirovaniya raketno-kosmi-cheskoj tekhniki], Informacionno-upravlyayushchie sistemy [Information and Control Systems], 2016, no. 5 (84), pp. 35-44.
7. Leskin A. A., Mal'cev P. A., Spiridonov A. M. Seti Petri v modelirovaniiiupravlenii [Petri Nets in Modeling and Management], Leningrad, Nauka, 1989, 133 p.
8. GOST R ISO 25021-2014. Information Technology. System and Software Engineering. Requirements and Assessment of Quality Systems and Software. (SQuaRE). Elements of Quality Score [Informacionnye tekhnologii. Sistemnaya i programm-naya inzheneriya. Trebovaniya i ocenka kachestva sistem i pro-grammnogo obespecheniya. (SQuaRE). Ehlementy pokazatelya kachestva], Moscow, 2015, 103 p.
9. GOST R ISO 25010-2015. Information Technology. System and Software Engineering. Requirements and Assessment of Quality Systems and Software (SQuaRE). Models of Quality
Systems and Software Products [Informacionnye tekhnologii. Sistemnaya i programmnaya inzheneriya. Trebovaniya i ocenka kachestva sistem i programmnogo obespecheniya (SQuaRE). Modeli kachestva sistem i programmnyh produktov], Moscow, 2016, 36 p.
10. GOST 1410-002-2010. Rocket and Space Equipment. System Information About the Technical Condition and Reliability of Space Systems and Their Constituent Products. The Main Provisions [Raketno-kosmicheskaya tekhnika. Sistema in-formacii o tekhnicheskom sostoyanii i nadezhnosti kosmicheskih kompleksov i vhodyashchih v ih sostav izdelij. Osnovnye polo-zheniya], Moscow, 2011, 49 p.
11. Shmelev V. V., TkachenkoV. V. Ordering of Requirements for the Development of Advanced Hardware and Software of Telemetry Data Processing Systems of Rocket and Space Technology [Sistematizaciya trebovanij k razrabotke perspektivnyh apparatno-programmnyh kompleksov obrabotki telemetricheskoj informacii raketno-kosmicheskoj tekhniki], Trudy Voenno-kosmicheskoj akademit imeni A. F. Mozhajskogo [Proc. Military Space Acad. named after A. F. Mozhaiskogo],
2015, pp. 38-46.
12. Kurenkov V. I. Konstrukciya i proektirovanie izdelij ra-ketno-kosmicheskoj tekhniki. CHast' 2. Osnovy proektirovaniya raket-nositelej [Design and Engineering Space Engineering. Part 2: Fundamentals of Rockets], Samara, Samarskiy gosudarstven-niy aehrokosmicheskiy universitet imeni S. P. Koroleva, 2012, 304 p.
13. Shmelev V. V. Simulation of The Process of Post-Flight Analysis of Telemetry Data on the Preparation, Launch and Flight of the Carrier Rocket Soyuz-2 [Modelirovanie processa posle-poletnogo analiza telemetricheskoj informacii po rezul'tatam podgotovki, puska i poleta rakety-nositelya Soyuz-2], Oboronnyj kompleks - nauchno-tekhnicheskomu progressu Rossii [Defensive Complex - Scientific and Technical Progress of Russia],
2016, no. 1, pp. 36-48.
14. http://npoit.ru/products/item/high/abc-059 (accessed 9 February 2017).
15. Spesivcev A. V. Upravlenie riskami chrezvychajnyh situ-acij na osnove formalizacii ehkspertnoj informacii [Emergency Risk Management Based on Formalization of Expert Information], St. Petersburg, Politekhnicheskiy universitet, 2004, 238 p.
16. Zelencov V. A., Pavlov A. N. Multi-criteria Analysis of the Impact of Individual Elements on the Performance of a Complex System [Mnogokriterial'nyj analiz vliyaniya otdel'nyh ehle-mentov na rabotosposobnost' slozhnoj sistemy], Informacionno-upravlyayushchie sistemy [Information and Control Systems], 2010, no. 6 (49), pp.7-12.
17. Pavlov A. N. Models and Methods of Planning Reconfiguration of Complex Objects with Reconfigurable Structure [Modeli i metody planirovaniya rekonfiguracii slozhnyh ob"ektov s perestraivaemoj strukturoj], St. Petersburg, 2014, 381 p.
