CC BY
58
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИИ ОПЕРАТОРА ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ
бортовых систем управления транспортных
СРЕдСТВ И СПЕЦТЕХНИКИ
В.К. ВОРОНИЦЫН, проф. каф. УАПЛПКМГУЛ, канд. техн. наук,
А.Н. ВОЗНЕСЕНСКИЙ, начальник отдела разработок БИУС ОАО «Научно-исследовательский тракторный институт НАТИ», канд. техн. наук,
А.С. ЛАПИН, асп каф. УАП ЛПК МГУЛ
Процесс развития и совершенствования транспортных средств и спецтехники, ведущий к увеличению функционального и структурного потенциала технических средств на качественно новом уровне, одновременно взаимосвязан со все более возрастающими требованиями к квалификации оператора. Только квалифицированный оператор, обладающий необходимыми теоретическими знаниями и практическими навыками, в состоянии адекватно использовать новые функциональные возможности данных технических средств для решения поставленной задачи.
Качество работы оператора в данном случае напрямую зависит от средств человеко-машинного интерфейса (Human Machine Interface - HMI). Под термином человекомашинный интерфейс в общем случае подразумевается комплекс аппаратно-программных средств, задача которого заключается в организации взаимодействия оператора и системы управления. Такой подход предполагает предоставление системой необходимой информации оператору, являющемуся в данном случае ЛПР (лицом, принимающим решения), и последующей обработки управляющих решений, сформированных оператором.
Одним из способов предоставления информации оператору является формирование графической интерпретации технологических данных процесса в виде, доступном для восприятия оператором. В общем случае для данного процесса принят термин «Визуализация».
В настоящее время для визуализации информации в транспортных средствах и спецтехнике широко применяются разнооб-
voronitsyn@mgul. ac. ru; lapin@mgul. ac. ru
разные приборные панели. Приборная панель, как правило, представляет собой модульную комбинацию отдельных приборов, позволяющих отображать текущее значение ряда технологических параметров системы в реальном масштабе времени.
Приборы, отображающие текущее значение технологических параметров, представляют собой отдельные функционально законченные физические устройства, жестко фиксируемые по месту расположения на щитке приборной панели. Отображение информации, как правило, выполняется посредством использования комбинации аналоговых стрелочных приборов и сигнальных ламп.
Примерный вид блока комбинации приборов промышленного трактора представлен на рис. 1.
С использованием такого подхода при разработке приборной панели в настоящее время возникает ряд трудностей.
Рис. 1. Блок комбинации приборов промышленного
трактора
100
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
В том случае, если источником информации служит современная бортовая информационная сеть, возникает необходимость установки дополнительных устройств, преобразующих значение величины в форму, воспринимаемую стрелочным прибором, или использования соответствующих стрелочных приборов с интегрированными преобразователями.
В связи с возрастанием количества параметров, важных для восприятия оператором информации для корректной эксплуатации транспортного средства и особенно единицы спецтехники (например лесозаготовительной машины), возникает необходимость в увеличении числа отображаемых графических элементов. Это решение влечет ряд последствий. Уменьшение относительного размера отдельного отображаемого элемента негативно сказывается на его «читаемости». В то же время, из-за невозможности динамического отображения необходимых элементов, общий физический размер приборной панели только возрастает.
Кроме того, обилие значений разнообразных параметров и элементов индикации, отображаемых одновременно, создает трудности при выделении информации, которая важна для оператора в данный момент времени. Таким образом, оператору приходится выполнять дополнительные функции по «фильтрации» поступающей информации, что, в свою очередь, является фактором, создающим избыточную психологическую нагрузку, и негативным образом сказывается на производительности труда.
Также необходимо отметить ряд особенностей на этапе производства приборной
панели. Важным является тот факт, что разработка приборной панели и соответствующей комбинации приборов выполняется под конкретное применение (под конкретную модель транспортного средства или единицы спецтехники). Таким образом, использование ранее созданной комбинации приборов для другой модели транспортного средства или единицы спецтехники, как правило, затруднено в связи с необходимостью изменения дизайна и компоновки отдельных приборов или всей панели целиком. Только после выполнения данных процедур следующая версия приборной панели может быть заказана для производства в требуемом количестве.
Таким образом, возникла необходимость синтеза решения на основе современных технологий, которое бы не обладало недостатками, перечисленными выше.
В процессе решения поставленной задачи специалистами ООО «Марафон» и ГОУ ВПО МГУЛ по заказу ОАО «НАТИ» был разработан аппаратно-программный комплекс визуализации информации оператора для современных бортовых систем управления транспортных средств и спецтехники.
Назначение данного комплекса состоит в организации информационного обмена с целью получения телеметрической информации от бортовой информационно-управ-ляющей системы (БИУС) и осуществлении автоматизированной визуализации данной информации средствами многофункционального дисплея.
Структурную схему аппаратно-программного комплекса можно изобразить в виде, представленном на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема аппаратно-программного комплекса визуализации информации оператора для современных бортовых систем управления транспортных средств и спецтехники
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009
101
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
В состав структуры аппаратно-программного комплекса входят:
- модуль ЖК (TFT), предназначенный для отображения графической информации в различных формах представления;
- модули ввода/вывода, предназначенные для организации информационного обмена с использованием полевой шины CAN-bus (протоколы SAE J1939 и CANopen), а также для подключения ряда источников аналогового сигнала;
- арифметико-логический модуль, предназначенный для внутренней обработки информации, полученной из бортовой информационной сети, а также для управления подсистемами визуализации.
Ядром аппаратной части данного комплекса послужило устройство, сочетающее все функциональные элементы, перечисленные выше - многофункциональный модуль визуализации и управления RM CAN Display (производитель RM Michaelides Software and Elektronik, Германия).
Аппаратно-программный комплекс визуализации информации оператора для современных бортовых систем управления транспортных средств и спецтехники обладает рядом отличительных функциональных особенностей в области визуализации информации и организации информационного обмена.
При рассмотрении его функциональных возможностей необходимо выделить следующие отличительные особенности.
Отображение растровых и векторных графических элементов. Данная функция позволяет осуществлять вывод на ЖК (TFT) модуль различных графических изображений, элементов текста с широкими возможностями модификации (шрифты, размер, цвет, начертание), а также анимированных элементов.
Отображение видеопотока от внешнего источника в реальном масштабе времени. Данная функция комплекса позволяет осуществлять вывод на ЖК (TFT) модуль видеопотока в реальном масштабе времени. Источником информации может служить видеокамера, формирующая на выходе стандартный аналоговый видеосигнал (в стандарте PAL или NTSC). Камеры такого типа нашли
широкое применение в составе систем видеонаблюдения.
Графическая интерпретация информации. Данная функция позволяет задействовать различные схемы графического представления информации для последующего вывода на ЖК (TFT) модуль. Значение технологического параметра, полученное из бортовой информационной сети, может быть представлено и отображено в виде численного значения параметра, столбчатой диаграммы уровня, отклонения указателя стрелочного прибора и т.д., а также различных их комбинаций и модификаций. В более широком смысле данная концепция характеризуется термином «Виртуальные приборы».
Контекстно-зависимая визуализация. Данная концепция использования аппаратнопрограммного комплекса позволяет осуществлять динамическую модификацию элементов отображаемой информации и комбинации приборов в зависимости от изменившихся условий среды и режимов функционирования транспортного средства или единицы спецтехники в реальном масштабе времени.
Гибкий настраиваемый графический интерфейс пользователя. Данная концепция использования комплекса позволяет оператору осуществлять выбор и настройку наиболее подходящей для него схемы отображения информации в соответствии с личными предпочтениями. В более широком смысле данная концепция может быть охарактеризована термином «Система профилей».
Модификация графического интерфейса пользователя (комбинации приборов) под конкретную задачу. Данная концепция позволяет осуществить интеграцию аппаратно-программного комплекса в состав любой современной бортовой информационной сети транспортного средства или единицы спецтехники на основе интерфейса CAN-bus, функционирующей в рамках протоколов информационного обмена, регламентированных стандартами SAE J1939 и CANopen. Таким образом, использование одной стандартизированной аппаратной платформы позволяет осуществлять интеграцию программно-аппаратного комплекса в состав различных моделей транспортных средств и спецтехники.
102
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Рис. 3. Пример подключения аппаратно-программного комплекса визуализации информации оператора для современных бортовых систем управления транспортных средств и спецтехники
Рис. 4. Создание графического интерфейса пользователя (GUI) средствами ПО RM Display Configurator
При рассмотрении функциональных возможностей в области информационного обмена необходимо выделить следующие отличительные особенности:
- интеграция в существующую сеть бортовой информационно-управляющей системы (БИУС) на базе интерфейса CAN-bus;
- запрос и получение информации от устройств, связанных бортовой сетью информационного обмена на базе интерфейса CAN-
bus (двигатель, коробка передач, гидравлика, прочие узлы);
- поддержка протоколов информационного обмена по CAN-bus в соответствии со стандартами SAE J1939 и CANopen.
Пример схемы интеграции аппаратно-программного комплекса в состав бортовой системы информационного обмена на основе полевой шины CAN-bus представлен на рис. 3.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009
103
