CC BY
44
ЛИТЕРАТУРА
1. Блэк Р. Ключевые процессы тестирования. Планирование, подготовка, проведение, совершенствование. 2006. - 566 с.
2. Вигерс К. Разработка требований к программному обеспечению. 2004. - 576 с.
3. Власов А.И. Пространственная модель оценки эволюции методов визуального проектирования сложных систем // Датчики и системы. 2013. №9. С. 10-28.
4. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.Л. Введение в системный анализ - М: ВШ, 1989.
5. Иванов А.М., Власов А.И. Верификация программных моделей коммуникационных сетей // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2012. № 10. С. 24.
6. Власов А.И., Лыткин С.Л., Яковлев В.Л. Краткое практическое руководство разработчика по языку PL/SQL - М.: Машиностроение. 2000. Том 2. Библиотека журнала "Информационные технологии". -64 с.
7. Калянов Г.Н. CASE технологии. Консалтинг при автоматизации бизнес - процессов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000. - 320 с., ил.
8. В.В. Репин, В.Г.Елиферов Процессный подход к управлению. Моделирование бизнес-процессов. -РИА "Стандарты и качество", Москва 2004 г., 404 стр.
9. А.Закис RUP и другие методологии разработки ПО: Принципы сравнения методологий разработки ПО // КомпьютерПресс. - 2006. - N 8. - С. 158-159.
10. Власов А.И. Системный анализ технологических процессов производства сложных технических систем с использованием визуальных моделей// Международный научно-исследовательский журнал -2013. - №10. - С.17-26.
11. Гришко А.К. Информационная поддержка изделий на этапах жизненного цикла - основа системной работы по качеству // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза, 2010. Т. I. - С. 281-283.
12. Артемов И.И. Дислокационная модель фреттинг-усталости в условиях вибрационного нагружения металла / Артемов И.И., Кревчик В.Д. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 5. С. 42-45.
13. Граб В.П., Паникова Т.В. Процессный подход при управлении качеством изделий // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза, 2006. Т. 2. - С. 255-258.
14. А.И.Власов, Э.Н.Камышная, В.В.Маркелов Визуальные методы системного анализа при управлении качеством изделий электронной техники // Труды международного симпозиума «Надёжность и качество». - Пенза, 2014. Т I. - С.246- 249.
15. Юрков Н.К., Руляев Е.Ю., Полтавский А.В. Взгляд на теорию алгоритмов с позиции философии // Надежность и качество сложных систем. - 2014. - №2. - С 40-46.
УДК 519.95
Годунов1 А.Иг Мандриков1 В.И, Сущик2 Д.М.
пензенский государственный университет, Пенза, Россия
2Военный институт Сил воздушной обороны Республики Казахстан им. Т.Я. Бегельдинова, Актобе, Казахстан
ФОРМАЛИЗОВАННЫЕ МОДЕЛИ КОНТРОЛЯ ДЕЙСТВИЙ ЛЁТНОГО ЭКИПАЖА ПО УПРАВЛЕНИЮ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
Работа экипажа по управлению летательным аппаратом (ЛА) относится к наиболее сложным формам человеческой деятельности. Специфическими особенностями этой деятельности являются: сложность и разнообразие действий по управлению ЛА и его системами; высокая ответственность за исход полета; высокие требования к темпу выполнения необходимых действий, приближающихся к пределам физиологических возможностей человека; возникновение различного рода непредвиденных ситуаций, в отдельных случаях, связанных с риском для жизни.
Сложность работы экипажа определяется необходимостью восприятия в каждый момент времени большого количества различных сигналов, принятием решения на основе всей получаемой информации, выполнением необходимых действий в соответствии с принятым решением за ограниченные промежутки времени.
Рассматривая управление ЛА, реализуемое человеком-оператором, следует отметить, что такое взаимодействие носит кусочно-непрерывный характер и представляет собой совокупность отдельных операций. При этом под операцией понимается такое действие лётного экипажа по управлению ЛА, для которого существует совокупность условий, определяющих его начало и конец. Понятие операции не предполагает обязательной непрерывности в действиях человека во времени при рассмотрении данного элемента процесса. Операция может состоять из нескольких этапов с изменяемыми в зависимости от текущего состояния временными интервалами между ними. Важным в понятии операции являются не условие непрерывности в действиях человека, а смысловое значение объединения этапов в операцию. Человек-оператор может на основании оценки общего состояния подключаться к управлению различных объектов в режиме разделения времени. Возможность подобного характера деятельности определяется свойст-
вом инерционности управляемых объектов, а также свойством человека последовательно выполнять элементы различных операций.
В комплексе условий, определяющих существование моментов начала и окончания операций помимо смыслового единства составляющих их элементов включается также длительность операции.
Всё многообразие действий экипажа по управлению ЛА может быть квалифицировано на действия по: пилотированию ЛА; управлению бортовыми системами; контролю значений параметров бортовых систем; контролю динамики изменения параметров бортовых систем; связи с инструктором.
Контроль точности пилотирования. Экипаж, выполняя полет по заданной траектории, должен управлять процессом движения ЛА. Если экипаж обнаруживает отклонения от курса движения, либо от заданной высоты и скорости, то в штурвальном и директорном режимах такие отклонения ликвидируются действиями самого экипажа. Оценка точности пилотирования рассмотрена в рабате [1]. Для оценки точности пилотирования необходимо фиксировать не только отклонение фактической траектории от заданной, но и определять длительность того или иного отклонения, что требует определения обоснованной частоты контроля отклонения параметров движения.
Таким образом, для контроля точности пилотирования необходимо через интервалы времени ДЬ определять величину бокового уклонения, величины отклонений по высоте и скорости, фиксировать случаи прерывания этих отклонений от заданных нормативов и длительность таких превышений, а также определять максимальные отклонения за время выполнения контролируемых действий.
Рассмотрим алгоритм, реализующий указанные действия для каждого из контролируемых параметров. Исходными данными для работы алгоритма являются значения параметра г, измеряемого с определенной частотой, текущее значение времени
Ь, значения верхнего и нижнего гв, гн пределов измерения параметра. Алгоритм должен вырабатывать записи ошибок регулирования контролируемого параметра, содержащие информацию о времени выхода параметра за один из пределов Ь, максимальном значении параметра гЭ и времени входа параметра в заданные пределы Ь2.
Поскольку для определения длительности выхода контролируемого параметра за заданные допустимые отклонения необходимо на каждом шаге контроля использовать информацию о результатах контроля на предыдущем шаге введем две вспомогательных логических переменных к1 и к2: к1=1, если на предыдущем шаге измерения выполнялось условие г> гв в противном случае к1=0; к2=1, если на предыдущем шаге измерения выполнялось условие г> гН в противном случае к2=0.
Запись информации об очередной ошибке на текущем шаге контроля производится в том случае, если на предыдущем шаге измерений выход контролируемого параметра за заданные параметры имел место, а в текущем шаге не имеет места. В этом случае фиксируется момент входа параметра в заданные пределы и осуществляется запись информации об имевшей место ошибке. Каждая новая ошибка фиксируется в том случае, если на предыдущем шаге не было ошибки, а в текущем шаге ошибка появилась. Тогда Ь1 принимают равным Ь -моменту текущего контроля на данном шаге. Алгоритм параметрического и временного контроля параметров управления движением ЛА представлен в работе [2].
Логический контроль управления движением ЛА заключается в проверке соответствия действий лётного экипажа требуемой логике управления в текущий момент времени. Такой контроль должен фиксировать выдачу ошибочных управляющих воздействий, а также недопустимо длительное бездействие лётного экипажа при необходимости управления. Логический контроль осуществляется при выходе контролируемого параметра из заданной допустимой зоны значений. Обнаружение логических ошибок управления осуществляется на основе контроля логической взаимосвязи знака отклонения управляющего воздействия на текущем шаге контроля от управляющего воздействия на предыдущем шаге и знака отклонения контролируемого параметра от верхней и нижней границ допустимой зоны. Фиксация логической ошибки управления производиться на 1-том шаге контроля [3].
Контроль действий управления бортовыми системами. Контроль действий по управлению бортовыми системами может быть осуществлен на основе проверки адекватности фактической деятельности лётного экипажа нормативным требованиям, задаваемым с помощью формализованных моделей (ФМ).
Автоматизация контроля действий по управлению бортовыми системами может быть осуществлена только для тех операций, для которых разработаны и введены в систему объективного контроля (СОК) формализованные модели. Выбор конкретных этапов деятельности, для которых необходим автоматизированный контроль действий по управлению бортовыми системами, осуществляется инструктором, исходя из конкретных целей учебно-методического процесса [4].
Автоматизированный контроль действий прекращается при выявлении в этих действиях отклонений от нормативных требований ФМ или при завершении формализованных участков деятельности. Для возобновления оперативного контроля управления необходимо использовать признаки, позволяющие на основе анализа текущего состояния бортовых систем идентифицировать действия управления, выполняемые в соответствии с ФМ.
Совокупность признаков, позволяющих идентифицировать действия управления, выполненные в соответствии с ФМ, действия управления движением ВС и неформализованные действия назовем ключевыми.
Автоматизированный контроль управления бортовыми системами состоит в выявлении логиче-
ских, временных отклонений и отклонений значений цифровых параметров от заданных ФМ. В зависимости от представления действий управления в ФМ в виде жестко или не жестко заданной последовательностью выполнения можно выделить два вида логических отклонений. Первый вид отклонений связан с нарушением последовательности выполнения операций, а второй вид отклонений связан с выполнением отсутствующей в ФМ операции.
Под временным отклонением от ФМ понимается ситуация, в которой оператор выполнил регламентированное ФМ действие с отклонением от нормативного времени, превышающим допустимое.
Под отклонением от ФМ значений цифровых параметров понимается ситуация, в которой после выполнения очередного действия значения цифровых параметров, задаваемых ФМ, не соответствуют фактическим.
Решение задачи автоматизированного контроля управления бортовыми системами обеспечивается пошаговым методом. На каждом шаге реализуется контроль или идентификация очередного выполненного действия управления. Алгоритм контроля заданной совокупности формализованных действий должен начинаться с идентификации начального состояния бортовых систем, которое необходимо для начала выполнения контролируемых действий. Идентификация осуществляется путем последовательного просмотра элементов ФМ и сравнения значений состояния сигнализаторов, органов управления, значений параметров бортовых систем, задаваемых ФМ с соответствующими фактическими значениями на момент времени, непосредственно предшествующий выполнению требуемых действий управления. Все сигналы о формализованных действиях должны сопровождаться соответствующей меткой. После проверки такой метки проверяется наличие очередного действия в перечне действий ФМ. Если такого действия нет, то формируется сообщение об отклонениях. Затем последовательно проверяется, нарушены ли порядок действий, временные нормативные отклонения и есть ли отклонения в значениях контролируемых параметров. При обнаружении отклонений в зависимости от их влияния на процесс управления инструктор может остановить выполнение заданных операций, либо процесс контроля перейдет в режим ожидания следующего действия.
Алгоритмы оценки качества процедурных действий. Под оценкой качества процедурных действий понимается определение комплекса показателей качества деятельности (ПКД) лётного экипажа, позволяющих на объективной количественной основе охарактеризовать выполнение поставленных задач. К ПКД предъявляются следующие требования: чувствительность к изменению уровня подготовленности и тренированности лётного экипажа; ясный физический смысл, однозначная интерпретация лицами, ответственными за подготовку; возможность оперативного расчета по параметрам управления ЛА и лётного экипажа; статистическая эффективность, позволяющая оценивать показатели с необходимой для практики точностью; возможность определения экстремальных значений, характеризующих предельно достижимое качество управления; согласованность с нормативными документами и мнением экспертов.
По уровню описания эффективности деятельности лётного экипажа при многоканальном управлении можно выделить частные и комплексные показатели качества.
Частные показатели представляют собой оценки управления по одному или нескольким каналам. Однако они не могут служить оценкой выполнения операции в целом. Частные показатели выполнения могут быть разделены на операционные и функциональные. Под операционными показателями понимаются итоговые характеристики выполнения операций: временные и точностные.
Операционные показатели рассчитываются на основе конечных значений параметров операции и могут быть получены после завершения операции.
Показатели, характеризующие функционирование оператора в процессе выполнения задания исходя из принятого критерия качества, назовем функциональными. В реализующих их алгоритмах можно выделить оперативную и послеоперационную часть. Оперативная часть выполняется в процессе операции. Исходными данными для оперативной обработки являются текущие значения параметров операции, поступающие в систему СОК с определенным шагом квантования. Результатом оперативной обработки являются элементы расчета показателей, и используемые в послеоперационной обработке.
Комплексные ПКД строятся на основе частных операционных и функциональных показателей и представляют собой обобщенную оценку процесса управления. В зависимости от уровня обобщения могут быть выделены комплексные показатели за операцию и за тренировку в целом.
В качестве операционных ПКД могут использоваться: бальная нормативная оценка; нормированная нормативная оценка.
Бальная нормативная оценка рассчитывается по конечным параметрам операции. Качество деятельности лётного экипажа в этом случае оценивается целочисленной безразмерной оценкой по выбранной шкале (десятибалльной, пятибалльной и т.д.) Оценка определяется в зависимости от фактических и допустимых отклонений оцениваемых параметров от их заданных значений.
В качестве оцениваемых параметров могут быть выбраны координаты объекта управления, временные показатели операций.
Такие оценки позволяют: сравнивать между собой качество деятельности лётного экипажа по различным параметрам; строить интегральную оценку операторской деятельности.
Расчет бальной нормативной оценки к по одному параметру производится следующим образом. Эта оценка является функцией отклонения, оцениваемого параметрам от заданного или номинального его значения Хп.
В общем виде эту оценку можно записать следующим образом:
к = Хшах Их™ ])
где Дх
отклонение параметра от за-
максимальное и
данного значения; [.*шах ],[.хшт ]
минимальное допустимые значения оцениваемого параметра.
Обычно
[Хшах ],[Хшт ]
задаются из условия успешности выполнения задачи. В результате выполнения задачи параметр х должен находится в интервале: [хшахх хшт]
Максимальное допустимое отклонение параметра от заданного [Дх] определяется следующим образом:
н=
[[ Хшах ]-. . Дх ^ 0
К -[Хшт]. А« < 0
Предполагается, что к ^ [кт1п, ктах]. Численное значение х определяется в зависимости от величины Дх. Если оцениваемый параметр вне допустимых пределов, то кт1п, в противном случае к
^ [ кт1п, ктах]*
Возможно равномерное разбиение допустимых отклонений параметра на число уровней оценки. Число уровней определяется разностью максимальной и минимальной оценок. Соответствующий график оценок для пятибалльной системы показан на рисунке 1.
Для оценки качества деятельности по п параметрам описанную выше процедуру необходимо повторить п раз.
Иногда ввиду дискретного характера бальной нормативной оценки ее точность оказывается недостаточной. В этом случае качество деятельности оператора оценивается нормативной оценкой Я-
Алгоритм получения нормативной оценки предполагает преобразования конечных параметров операции с целью получения единой шкалы оценок для всех параметров.
Получение частных оценок Я1 осуществляется путем сравнения значений параметров с границами их изменения. Для построения шкалы оценок я1 необходимо разбить шкалу возможных значений конкретного параметра на интервалы, соответствующие тому или иному уровню подготовки. Число таких интервалов определяется произвольно, но обычно достаточно задать границу номинальных и границу недопустимых значений. Эти границы задают области недопустимых значений (оценка строго меньше нуля), область номинальных значений (оценка в интервале нуль-единица), область значений лучше номинальных (оценка больше единицы).
Рисунок 1 - График оценок для пятибалльной системы
Показатели качества неформализуемой деятельности. Показатели качества неформализуемой деятельности (ПКНД) делятся на частные и интегральные.
Под частным ПКНД понимается показатель, определяемый по одной характеристике оцениваемой деятельности.
Под интегральным ПКНД понимается показатель, определяемый по двум и более характеристикам оцениваемой деятельности.
Частный ПКНД может определяться с помощью оценочной шкалы из следующего соотношения:
К =
где Ктах - максимальное значение бальной оценки; . - относительная характеристика оцениваемой
деятельности; стах1 - максимальное значение 1-ой относительной характеристики оцениваемой деятельности, для которой устанавливается ПКНД = Ких; Кт1п - минимальное значение бальной оценки (целое неотрицательное число).
Значение х. определяется из соотношения:
- х
х =Т
где х1 - 1-я абсолютная характеристика оцениваемой деятельности; ^ - максимально возможное значение 1-й абсолютной характеристики оцениваемой деятельности; Сах1, Сш.т., Ктах, Кт1п представляют собой параметры оценочной шкалы, причем Ктах и Кт1п определяют тип шкалы (при Ктах =5, Кт1п = 2 имеем пятибалльную оценочную шкалу).
Геометрическая интерпретация шкалы представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Геометрическая интерпретация пятибалльной оценочной шкалы
х - х
^шах.еСЛиХ , ^ Сшах,
кш1п>еСЛиХI > СшшI
Интегральный ПКНД в случае одинаковой важно- Абсолютные частные характеристика оценивае-
сти частных характеристик деятельности опреде- мой деятельности вводятся инструктором, ляется следующим соотношением:
т
если все К, > К„
т
1 Хк,
Iт ,=1
ЛИТЕРАТУРА
1. Молоканов Г.Ф. Объективный контроль точности самолетовождения. - М.: Военное изд-во Министерства обороны СССР, 1980, 126 с.
2. Годунов, А.И. Алгоритмы контроля действий лётного экипажа по управлению летательным аппаратом / А.И.Годунов, Б.Ж. Куатов, Д.М. Сущик //Вестник КарГУ. 2015. - №1 (19) - С. 15 - 24.
3. Бростилов, А. Н. Методика ранжирования информации в авиационных тренажерах/А.Н. Бростилов, А.И. Годунов, Ю.Г.Квятковский//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. -т. 1. - С. 66-68.
4. Артемов И.И. Особенности алмазного шлифования изделий из твердого и хрупкого материалов с применением наночастиц в смазочно-охлаждающей жидкости /Артемов И.И., Кревчик В.Д., Соколов А.В., Симонов Н.П., Артемова Н.Е. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2012. № 4 (24). С. 145-159.
5. Белов А.Г. Обеспечение влагозащитного покрытия печатных узлов датчика протечки / Белов А.Г., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Горячев Н.В., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 151-154.
6. Годунов, А.И. Синтез автоматизированной системы оценивания качества пилотирования на авиационном тренажере /А.И.Годунов, Ю.Г.Квятковский, Н.К.Юрков// Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 1 (21). - С.58-65.
ке =
если хотя бы одна К < К^
УДК 623.746
7 7 9
Кемалов1 Б.К., Куатов1 Б.Ж., Юрков2 Н.К.
военный институт Сил воздушной обороны Республики Казахстан им. Т.Я.Бегельдинова, Актобе, Казахстан
2Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
К ПРОБЛЕМЕ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СРЕДЫ АВИАЦИОННОГО ТРЕНАЖЕРА
Совокупность моделирующей среды и программного обеспечения авиационного тренажёра (АТ) есть определённый аппаратно-программный продукт, выполняющий заданные функции по имитации самого летательного аппарата, его бортовых систем и окружающей среды в реальном масштабе времени.
Рациональное построение этого продукта влечёт за собой повышение эффективности использования вычислительных средств, надёжности авиационного тренажёра, адекватности реализованных характеристик заданным, преемственности, скорости разработки, гибкости конфигурирования авиационных тренажёров разной степени сложности и применения [1]. Поэтому структура моделирующей среды и программного обеспечения авиационного тренажёра с полным основанием может рассматриваться как объект самостоятельного исследования с целью её дальнейшего совершенствования
Структурный синтез моделирующей среды авиационного тренажёра проводится на основе комплексного анализа проблемы по следующим направлениям [2]: - анализ дерева узлов вычислительной системы по их функциональному назначению; -анализ информационных потоков между узлами и функциональными группами узлов в вычислительной системе; - анализ соответствия выбранных средств вычислительной техники, реализующих узлы вычислительной системы их функциональному соответствию; - анализ выбора аппаратных средств сопряжения узлов в вычислительную систему; - анализ соответствия характеристик работы отдельных узлов и всей вычислительной системы в целом заданным; - анализ степени автономности узлов и функциональных групп узлов друг от друга; - анализ надёжности вычислительной системы; - анализ структуры баз данных и средств поиска информации в них; - анализ степени стандартизации и унификации, возможности преемственности; - анализ гибкости и возможности реконфигурации; - экономико-эргономический анализ. Анализ дерева узлов моделирующей среды и информационных потоков в ней, проведем на основе рассмотрения авиационного тренажёра как объединения программно-аппаратных модулей, несущих чётко определённые, унифицированные функции (модуль динамики полёта, модули отдельных самолётных систем, модули навигации и т.п.) с регламентированным интерфейсом между ними.
В связи с частой сменой средств вычислительной техники моделирующая среда должна представлять собой реализацию логико-информационной схемы среды, которая определяется логико-функциональным подходом к сложным техническим системам, в том числе АТ [3].
Анализ соответствия выбранных вычислительных средств и средств сопряжения их функциональному назначению буде проводить с точки зрения их производительности, надёжности и стоимости.
Анализ степени автономности узлов и их функциональных групп необходимо вести с учетом того, что каждый функциональный модуль моделирующей среды суть элемент специализированного или функционального тренажёра. При автономной работе каждый модуль должен создавать (генерировать) ту совокупность информации, которую он получает от смежных модулей, работая в комплексном режиме. Кроме того, автономность подразумевает возможность функционирования тренажёра при отказе одного или нескольких модулей.
Анализ баз данных ведётся с целью определения рациональности их организации для простоты и быстроты поиска информации в них.
Анализ степени стандартизации и унификации, возможности преемственности проводится с точки зрения обеспечения разработки и модернизации ряда авиационных тренажёров в сжатые сроки. Это должно проявляться при моделировании реальных систем летательного аппарата в выделении функционально-устойчивых ядер этих систем и тщательного моделирования этих ядер и конструктивного, часто меняющегося, оформления.
Анализ гибкости и возможности реконфигурации должен проводиться с целью определения требуемых изменений в моделирующей среде и программном обеспечении при замене моделируемых систем или заданных характеристик. Во всяком случае, изменения внутри одного программно-аппаратного модуля не должно вести к изменениям других модулей. Кроме того, должна обеспечиваться возможность набора требуемой вычислительной системы из программно-аппаратных модулей разной степени сложности [4,5].
Концепция модульности подразумевает свойство систем, в соответствии с которым отдельные элементы её (модули) могут быть объединены, разделены и модифицированы без влияния на систему в целом и на другие модули.
