Інформаційна технологія автоматизації випробувань систем електрозабезпечення космічних апаратів - Автореферат

Випробування є складовою частиною циклу експериментального відпрацьовування, у процесі якого еволюціонує обєкт випробувань, змістовно змінюються технологічні процеси випробувань. Складність обєкта випробувань, контрольно-вимірювальної та контрольно-перевірочної апаратури, розмаїтість видів і типів випробувань, інформаційна насиченість процесу випробувань вимагають повної автоматизації процесів випробувань. Програмне забезпечення для автоматизації випробувань повинне функціонувати з урахуванням обмежень реального часу, бути надійним і стійким до відмов апаратної частини, пристосованим до різноманітних цілей і завдань випробувань, різних конфігурацій контрольно-вимірювальної та контрольно-перевірочної апаратури, однозначно та повно реалізувати в алгоритмах контролю та управління вимоги Замовника - Розробника обєкта випробувань. Так, розширення реального часу для універсальної мови моделювання (UML) є прийнятними в надвеликих проектах із сотнями розробників, у яких частки аналізу та проектування досить великі в порівнянні з усією розробкою; SCADA, MES системи ефективні в завданнях автоматизації безперервних, або дискретно-безперервних виробництв; автоматний підхід припускає опис логіки управління на занадто абстрактній графічній мові, що при певному рівні складності програмного забезпечення перевершує можливості сприйняття людини. Досить багато наукових публікацій вчених України, ближнього та далекого зарубіжжя присвячено питанням розробки моделей, методів, інструментальних засобів і технології, повязаних із проблемами створення інформаційних систем автоматизації випробувань.Розглянуто загальну структуру космічного апарату і його підсистем як обєктів випробувань, у результаті аналізу життєвого циклу космічної техніки виявлені особливості організації випробувань. На основі аналізу нормативно-методичних вимог, особливостей застосовуваних технічних засобів, сучасних інформаційних технологій, існуючого інструментального забезпечення зроблений висновок, що в проектуванні програмного забезпечення для автоматизації випробувань повинен бути ефективний тільки проблемно-орієнтований підхід, який дозволяє враховувати специфіку обєкта випробувань та особливості організації технологічних процесів випробувань у процесі експериментального відпрацьовування. Ефективність повинна досягатися шляхом подання алгоритмів управління та перевірок у термінах Замовника на простій, добре формалізованій мові, яка повинна не тільки підтримувати опис взаємодії та динаміки паралельних процесів контролю та управління, але й однозначно інтерпретуватися програмним забезпеченням реального часу у процесі випробувань. Другий розділ містить теоретичне обґрунтування запропонованої проблемно-орієнтованої інформаційної технології автоматизації випробувань систем електрозабезпечення космічних апаратів, яка забезпечує виведення процесів розробки інструментального програмного забезпечення за межі ітераційного циклу експериментального відпрацьовування обєкта випробувань (рис. Технологія автоматизації випробувань реалізується в кілька етапів, заснованих на послідовній побудові сукупності моделей: - лінгвістичної, яка формалізує синтаксис і семантику проблемно-орієнтованої мови (ПОМ) для опису технологічних процесів випробувань систем космічного апарату;У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-прикладну задачу розробки проблемно-орієнтованої інформаційної технології автоматизації випробувань систем електрозабезпечення космічних апаратів, що дозволило знизити трудомісткість випробувань за рахунок підвищення якості програмного забезпечення. Проведено критичний аналіз сучасного стану проблеми автоматизації випробувань систем електрозабезпечення космічних апаратів. При проведені аналізу існуючих інструментальних засобів було виявлено, що вони не дозволяють ефективно автоматизувати випробування, враховуючи специфіку обєкта випробувань. Теоретично обґрунтованою основою проблемно-орієнтованої інформаційної технології автоматизації випробувань систем електрозабезпечення КА є створений комплекс теоретичних моделей, що містить концептуальну та лінгвістичну моделі, імітаційну математичну модель системи електрозабезпечення, модель ПЗ реального часу, реляційну модель даних опису випробувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-прикладну задачу розробки проблемно-орієнтованої інформаційної технології автоматизації випробувань систем електрозабезпечення космічних апаратів, що дозволило знизити трудомісткість випробувань за рахунок підвищення якості програмного забезпечення.

Для досягнення зазначених результатів були поставлені та вирішені такі теоретичні та практичні задачі: 1. Проведено критичний аналіз сучасного стану проблеми автоматизації випробувань систем електрозабезпечення космічних апаратів. Показано особливості життєвого циклу КА та важливість випробувань на всіх його етапах. При проведені аналізу існуючих інструментальних засобів було виявлено, що вони не дозволяють ефективно автоматизувати випробування, враховуючи специфіку обєкта випробувань. Запропоновано проблемно-орієнтовану інформаційну технологію автоматизації випробувань систем електрозабезпечення КА.

2. Теоретично обґрунтованою основою проблемно-орієнтованої інформаційної технології автоматизації випробувань систем електрозабезпечення КА є створений комплекс теоретичних моделей, що містить концептуальну та лінгвістичну моделі, імітаційну математичну модель системи електрозабезпечення, модель ПЗ реального часу, реляційну модель даних опису випробувань.

3. Вперше створено інформаційну технологію автоматизації випробувань систем електрозабезпечення космічних апаратів, яка заснована на використанні спеціалізованої мови для опису процесів випробувань і штучної нейронної мережі для моделювання обєкту випробувань, що забезпечує зниження трудомісткості випробувань та економію ресурсу обєкту випробувань.

4. Для підвищення точності моделі системи електрозабезпечення космічного апарата розроблено метод попередньої обробки даних, що, на відміну від відомих підходів, засновано на комплексному застосуванні кореляційного аналізу та методу головних компонентів для зниження розмірності даних, алгоритмів норміровки та нелінійного стиску вихідних даних, box-counting методу для підвищення їх інформативності та аналізу нелінійних залежностей, процедури приведення мережі до спеціального «логічно прозорого» виду.

5. Оцінка ефективності запропонованої проблемно-орієнтованої технології, яка виконана за допомогою аналізу на основі функціональних крапок, доводить, що, незважаючи на збільшення функціональності та складності ПЗ, досягається зниження трудомісткості розробки на 20 %. Аналіз графіка виконання проекту показав, що налагодження ПЗ і верифікація сценаріїв випробувань із застосуванням імітаційної математичної моделі системи електрозабезпечення космічного апарата, що використовує штучну нейронну мережу прямого поширення, забезпечує економію ресурсу обєкта випробувань, контрольно-перевірочної та стендової апаратур.

Розроблене програмне забезпечення для автоматизації випробувань систем електрозабезпечення КА, яке реалізує на практиці створені методи та моделі, було використано на всіх етапах експериментального відпрацьовування супутників КС5МФ2, «EGYPTSAT-1» від лабораторно-відробіткових випробувань до льотних.

1. Туркин И.Б. Компонентная модель программного обеспечения для испытаний бортовых систем космического аппарата / И.Б. Туркин, П.А. Лучшев, И.Т. Перекопский, И.В. Мосиенко // Современные технологии автоматизации. - 2006. - №1. - С. 66-73.

2. Туркин И.Б. Проблемно-ориентированный язык для описания технологических процессов испытаний сложных технических систем / И.Б. Туркин, П.А. Лучшев // Авиационно-космическая техника и технология. - 2006. - № 7(33). - С. 177-183.

3. Туркин И.Б. Программное обеспечение испытаний бортовых систем космического аппарата / И.Б. Туркин, Ю.А. Шепетов, П.А. Лучшев, Д.Г. Белов // Радіоелектронні і компютерні системи. - 2006. - № 1 (13). - С. 79-86.

4. Turkin I.B. Formal model of technological processess description of complex technical systemss tests. / I.B. Turkin, P.A. Luchshev // Радіоелектронні і компютерні системи. - 2006. - № 6 (18) . - С. 158-162.

5. Туркин И.Б. Модели и способы автоматизированного управления испытаниями систем космического аппарата / И.Б. Туркин, П.А. Лучшев // Радіоелектронні і компютерні системи. - 2007. - № 6 (25). - С. 91-95.

6. Туркин И.Б. Анализ результатов экспериментального исследования механизмов информационного взаимодействия на основе спецификации OLE for Process Control / И.Б. Туркин, Е.В. Соколова, П.А. Лучшев // Авиационно-космическая техника и технология. - 2007. - № 9(45). - С. 212-216.

7. Лучшев П.А. Реляционная модель представления технологических процессов испытаний / П.А. Лучшев // Радіоелектронні і компютерні системи. - 2008. - №7 (34). - С. 80-83.

8. Михнич Б.Б. Выбор архитектуры программного продукта на основе предпроектного оценивания технико-экономических показателей / Б.Б. Михнич, Е.В. Соколова, П.А. Лучшев // Системи управління, навігації та звязку. - 2008. - №4 (8). - С. 109-112.

9. Туркин И.Б. Нейросетевое моделирование подсистемы электроснабжения спутника для верификации ПО автоматизации испытаний / И.Б. Туркин, П.А. Лучшев // Радіоелектронні і компютерні системи. - 2009. - №7 (41). - С. 212-217.

10. Лучшев П.А. Средства автоматизации технологических процессов испытаний сложных технических систем / П.А. Лучшев // «Інтегровані компютерні технології в машинобудуванні» ІКТМ-2005» міжнародна науково-технічна конференція: Тези доповідей. - Харків, 2005. - С. 411.

11. Туркин И.Б. Проблемно-ориентированный язык для описания технологических процессов испытаний сложных технических систем / И.Б.Туркин. П.А.Лучшев // XI міжнародний конгрес двигунобудівників: Тези доповідей. - Харків, 2006. - С. 65.

12. Туркин И.Б. Анализ результатов экспериментального исследования механизмов информационного взаимодействия на основе спецификации OLE for Process Control / И.Б.Туркин, Є.В.Соколова, П.А.Лучшев // XII міжнародний конгрес двигунобудівників: Тези доповідей.- Харків, 2007. - С. 89.