|
В настоящее время одним из основных требований, предъявляемых к большинству создаваемых технических объектов, является надежное і ь (отказоустойчивость), т.е. способность объекта сохраняіь свою функциональность под влиянием широкого спектра воздействий на протяжении заданного временного интервала. Удовлет ворить э гому требованию невозможно без проведения масштабных функциональных и метрологических проверок. Испытания (тестирование и диагнос і ика) являются неотъемлемым этапом в развитии любой созданной человеком системы [1], С ростом сложности самих систем растут также и расходы па их тестирование. В результате эти расходы могут даже превышать вес остальные производственные затраты. Наличие контрольно-проверочных комплексов (КПК) или испытательных стендов - необходимое условие для успешного ввода в эксплуатацию сложных технических объектов, имеющих большое количество критичных параметров, К таким техническим обьекіам можно отнести многие современные средства вооружений, аэрокосмическую технику, объекты ядерной энергетики и химического производства. КПК для таких объектов контроля обычно проектируются и создаются параллельно разработке самих объектов. Также КПК в том или ином виде использую і ся на многих этапах разработки новых систем, в том числе при проведении автономных испытаний, приемо-сдаточных испытаний, испытаний входною контроля и комплексных испытаний. Современные КПК сложных технических объектов включают в себя большое количество разнообразной измерительной аппараіуріп, управляющие ЭВМ, средства коммуникации с объекюм коп іроля, специализированные программные средства. При создании таких КПК возникает множество проблем, в числе которых согласование большою количества разнообразных аппаратных и программных протоколов, по которым осуществляется взаимодействие между подсистемами внутри комплекса. Одним из способов снижения затрат на испьиания в эюм случае является создание и использование испытательной базы общего назначения, включающей в себя как аппаратные, так и программные средства поддержки испытателя. Контроль и диагностика в настоящее время превратились в одну и і важнейших задач, возникающих при создании сложных объектов. Во всех технически развитых странах предпринимаются попытки унифицирован* процессы разработки и эксплуатации сложных КПК, повысим» коїффицисш повторно используемых аппаратных и программных элементов, создать технологию разработки надежных, открытых к расширению исиьітаїельньїх стендов. Создание и применение подобных технологий обещает повысшь общую эффективность высокотехнологичных отраслей, расширить сферы применения сложной техники- Более того, очевидно, что дальнейший прогресс в данных областях невозможен без широкого применения средсів автоматизации при подготовке и проведении испытаний. Основные проблемы, возникающие при разработке сложных испытательных стендов Базовым источником исходных данных для проектирования и создания КПК является перечень сигналов (контролируемых парамеїров и стимулирующих воздействий), характерных для заданного объекта контроля [2,3]. Для многих современных средств вооружений и аэрокосмической техники подобные перечни могут содержать со і ни и тысячи сигналов различной природы (аналоговых и цифровых) [4]. Выбор аппаратных средств, на которые будут возложены задачи обрабоїки входных/выходных сигналов объекта контроля, диктуется і ем обстоятельством, что для создания автоматических и автоматизированных испытательных стендов необходимым условием является применение аппаратных средств с программным управлением. Недостатка в контрольно-измерительных приборах, обеспечивающих измерение или кон і роль необходимых физических (логических) параметров и управляемых программно через снеди мш&іро вши ые интерфейсы, не ощущасіх^ Подобная аппаратура производится и в Росши, и ж рубежом. Основная сложность здесь - отсутствие ж&ж аппаратной, так и ііроіраммний унификации измерительных средств различные производителей между Рис. 1. При ра'їработке КПК традиционными методами каждый рш приходится согїданшьігроіргщмноеобеспечение ;МШ СТЫКОВКИ рШЛИЧНЫХ подсистем комплекса. Вследствие этого разработчик КІІК должен самостоятельно рошшь проблемы аппаратной я проірамшой стшшшш измерительных приборов в рамйх системы (рис. 1). В такой ситуаций разработчик КПК вынужден разрабатывать вес& спектр програшного обеспечения (ПО) - от уровня отдельных рриборов до уровня приложений, исполняющих программы испытаний. В результате получается узкоспециализированная система, возможности модореішции ш расширение которой сильно ограничены:. Еще более сложная еитуащш возникает при участии в создании испытательного стенда нескольких коллективов разработчиков. Подобная ситуаций встречается достаточно часто, так кж в состав объектов котролн могут входить разнородные подсистемы, проектирование и разработку контрольно-проверочной аппаратуры (КПД) для которых іюлесообрладо поручить орг&шоацмзш, специализирующимся в соответствующих областях- Серьезные трудности возникают уже на этапе разработки технических заданий для разработчиков КПА. Если для интеграции различных приборов к рамках КПА достаточно определиться с приборными интерфейсами, представленными на рынке, то для интеграции нескольких КПА в единый КПК необходимо для каждой подсистемы разработать, согласова і ь и реализовать протокол взаимодействия. Если протокол для каждой КПА уникален, то значительно увеличиваются трудозатраты и снижаеюя надежность системы в целом, поскольку увеличивается вероятность допущения ошибок в самих протоколах и реализациях алгоритмов ПО, работающего на их основе. Одним из распространенных способов решения описанных проблем является использование в рамках КПК аппаратных и программных решений одного производителя (зарубежного или отечественного). Такой подход "привязывает" разработчиков объекта контроля и соответствующею КПК к конкретному производителю контрольно-измерительной аппаратуры, чю имеет множество негативных последствий. Более комплексным решением является разработка, стандартизация и использование единой проіраммной модели контрольно-измерительных подсистем в составе тестовых и диагностических комплексов. По оценкам одной из ведущих компаний в области разрабо \ ки аппаратного и программного обеспечения для проведения испьпаний National Instruments [5], при создании программно-аппаратных комплексов для тестирования и диагностики 30% затрат ресурсов составляет разрабо і ка программного обеспечения комплекса и 27% - системная интеграция. Таким образом, одними из наиболее приоритетных задач являются задачи создания ПО общего назначения для облегчения разработки новых КПК, программных средств для упрощения интеграции существующих тестовых и диагностических средств в рамках одного КПК, а также создание методик и соответствующего программного обеспечения для автоматизации процессов проектирования и разработки сложных контрольно-проверочных комплексов. В связи с этим, целью диссертационной работы является разрабоїка улучшенной, по сравнению с существующими, модели контрольно-измерительных подсистем контрольно-проверочных комплексов, а ткжс архитектуры, объединяющей данные подсистемы в единый комплекс. Разрабатываемые модель и системная архитектура должны обеспечиваїь интеграцию в единый контрольно-проверочный комплекс как существующих программно-аппаратных средств, так и вновь создаваемых. Должны бып> разработаны методика создания, интеграции унифицированных контрольно-измерительных подсистем и специализированные программные средства для автоматизации этапов проектирования и разработки контрольно-проверочных комплексов. Актуальность темы. Использование автоматизированных контрольно-проверочных комплексов позволяет значительно упросіміь тестирование и диагностику сложных технических систем в ходе разработки и эксплуатации последних. Автоматизация процедур разработки и интеграпии подсистем в составе КПК позволяет, в свою очередь, существенно снизить заіраіьі на создание этих КПК за счет возможности использования при создании КПА широкого спектра аппаратных и программных средств различных производителей. Это особенно важно в современных условиях, коїда стоимость создания КПК может превышать остальные производственные расходы по созданию объекта контроля. Научная новизна. На основе анализа существующих моделей тестовых и диагностических систем и проблем, возникающих при их реалиіации, предложена модифицированная сигнал-ориентированная модель проведения испытаний, согласно которой все взаимодействия между КПК и объекюм контроля представляются в виде измерения параметров и выдачи управляющих команд на объект контроля, т.е. в виде передачи сиі налов между КПК и объектом. В рамках данной сигнал-ориентированной модели предложена архитектура для построения контрольно-измерительных подсистем КПК, основанная на концепции контрольно-измершельных трактов (КИ-трактов) - программных модулей, абстрагирующих программное обеспечение КПК от низкоуровневых операций с той или иной КПА за счет использования сигнал-ориентированного интерфейса. Научная новизна состоит в следующих результатах: в отличие от исходных моделей, ориентированных на описание и управление измерительной аппаратурой, разработанная сиінал-ориентированная модель имеет более высокий уровень абстракции и предназначена для описания контрольно-измерительных трак юн в терминах сигналов, подаваемых на входы и измеряемых с выходов объекта контроля с помощью данных трактов; разработана методика создания контрольно-измерительных гракюи, включающая моделирование КИ-трактов, автоматическое создание начального исходного кода КИ-трактов на основе модели, а іакже верификацию готовых трактов на соответствие первоначальной модели; создана библиотека программных среде і в для авіомаїизации всех этапов разработки контрольно-измерительных трактов в соотвеїсівии с предложенной методикой. Практическая ценность. Предложенные методика и библиоіека поддержки позволяют строить тестовые комплексы различных уровней сложности: от простых испытательных стендов до тестовых сие і см промышленного назначения. Для этого, в частности, разработаны среде і на, облегчающие масштабирование и увеличение производительности сие і емы в целом за счет размещения отдельных компонентов системы на нескольких компьютерах. Использование разработанных средств позволяют сократи \ ь затраты на создание сложных КПК. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на Первой научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение испытаний вооружения и военной техники1' (Москва, февраль 2002 г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии" (Н, Нові ород, апрель 2002 г. и апрель 2003 г.), на конференциях "Меі ролої ическое обеспечение обороны и безопасности в РФ" (Москва, ноябрь 2002 г. и сентябрь 2004 г.), на Международном симпозиуме "Аэрокосмическис приборные технологии", (Санкт-Петербург, сентябрь 2002 г.). Резулыаш работы использовались при разработке в НИФТИ ННГУ тес і овых комплексов по следующим хоздоговорам и грантам: Хоздоговор с ФГУП НПО "Орион" на разработку, изготовление и ввод в эксплуатацию контрольно-проверочного комплекса (КПК) аппаратуры 14Р511. Разработанный КПК успешно прошел приемосдаточные испытания и введен в эксплуатацию. Резульїаіьі рабо t ы внедрены и использовались в НПО "Орион" на стадиях отладки, комплексных и приемо-сдаточных испытаний аппаратуры 14Р511. Хоздоговор с ФГУП КБ "Арсенал" на разработку, изготовление и ввод в эксплуатацию АПК-АКПА "Лиана". Грант Рособразования по программе "Развитие научного потенциала высшей школы", подпрограмма "Прикладные исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники". Задание - "Аппаратно-программный комплекс для стендовых исиьпаний бортовых систем космических аппаратов".
Основные положения, выносимые на защиту
1. Модифицированная сигнал-ориентированная модель и соответствующий программный интерфейс для унификации взаимодействия с контрольно-измерительными подсистемами. 2- Архитектура для построения сложных многомодульных кончролыю- проверочных комплексов с использованием предлагаемой синіал- ориентированной модели. 3. Программные средства для автоматизации разработки конірольно-
измерительных трактов. 4. Методика разработки контрольно-измерительных трактов.
Содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников и одного приложения. Первая глава содержит обзор существующих в настоящее время подходов и моделей построения программно-аппаратных комплексов для тестирования и диагностики технических систем. Обсуждены особенносіи, достоинства и недостатки каждого из подходов. В главе также приведен обзор существующих программных продуктов, являющихся основными представителями каждого из типов испытательных систем. Расемоіреньї такие типы испытательных систем, как специализированные системы, средства управления независимыми тестами, интегрированные системы и SCADA-системы. Во второй главе рассматривается предлагаемая архитектура контрольно-проверочных комплексов, в основе которой лежит разделение кошролыю-проверочных систем на тестовое программное обеспечение (тестовые и диагностические программы) и логически обособленные подсистемы (контрольно-измерительные тракты, далее КИ-тракты), имеющие в своем составе контрольно-измерительную аппаратуру и управляющее программное обеспечение. Обсуждаются возможности унификации про і околов взаимодействия с аппаратными и программными средствами в составе контрольно-проверочного комплекса с использованием сигнал-ориентированной модели. Описывается предлагаемая сиі пал-ориентированная модель КИ-трактов, а именно: основные сущпосш модели и связи между ними, а также реализация программного интерфейса модели для платформы Microsoft COM/DCOM. В конце главы приведено описание предлагаемой компонентной модели контрольно-измерительных подсисіем, основанной на концепции менеджера контрольно-измерительных трактов. Третья глава посвящена созданным программным средствам для автоматизации проектирования и разработки контрольно-измерительных трактов, в числе которых: библиотека шаблонов сигналов (SiTL), баїа данных для моделирования КИ-трактов, генератор кода КИ-трактов, верификатор КИ-трактов, а также программа с обобщенным графическим интерфейсом пользователя для взаимодействия с КИ-трактами. В четвертой главе приводится описание методики разрабо і ки контрольно-проверочных комплексов на основе предложенной архитекіурьі. В начале главы представлен процесс разработки контрольно-проверочною комплекса с указанием для каждого шага регламентирующих ею государственных стандартов Российской Федерации. Предлагался соответствующая данному процессу методика разработки конірольно-проверочных комплексов на основе интерфейса КИ-трактов. В оставшейся части главы приведен пример разработки по данной методике контрольно-проверочного комплекса на основе реально существующего техническою задания (с использованием рассмотренных в третьей главе средств). Пятая глава содержит описание применения предложенной архитектуры, методики и средств разработки в существующем проекте по созданию контрольно-проверочного комплекса для тестирования космическою аппарата, В заключении содержится краткая сводка основных результате и выводы. В приложении А приведено описание всех интерфейсов разработанных програмных средств с использованием языка IDL.
| 
Вы находитесь:
