Виртуальное настоящее: об автоматизированных системах управления для флота | Морской Бизнес Северо-Запада | Морские новости

Сегодня:


Виртуальное настоящее: об автоматизированных системах управления для флота

Опубликовано mbszru0

Развитие корабельных цифровых систем управления окажет качественное влияние на повышение функционала и боеспособности российского флота.

Одним из направлений развития ИАСУ является совершенствование сетевых решений посредством внедрения передовых технологий (Чтобы увеличить, кликните на фото)

Одним из направлений развития ИАСУ является совершенствование сетевых решений посредством внедрения передовых технологий
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

Развитие предприятия, обслуживающего определенные сегменты рынка, невозможно без постоянного совершенствования продукции, технологий ее проектирования, изготовления и обслуживания. Для сохранения рыночной привлекательности корабельных информационно-управляющих систем нам необходимо сегментировать направления научного поиска, взвешивать мировые тенденции развития такого рода техники и стремиться применять технические и технологические новинки, которые могут помочь снизить издержки при проектировании и производстве и придать новые положительные качества поставляемым предприятием изделиям.

Средством повышения эффективности технических средств современных боевых кораблей и подводных лодок является интеграция аппаратно-программных средств как направление развития интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ).

Эта интеграция придает изделиям новые свойства, прежде всего обеспечивает единые, общие средства автоматизации. Очевидным преимуществом этого является унификация программно-аппаратных средств, снижение номенклатуры узлов, модулей, блоков. Кроме того, интеграция различных управляющих систем на уровне ИАСУ, обусловленная расширением взаимосвязанных корабельных технических средств (ТС), повышает их эффективность, то есть функционирование каждой системы управления обеспечивается в алгоритмической связи с другими СУ.

Интегрированные системы управления, базируясь на системе обмена данными (СОД), определяют еще одно важное свойство: обеспечение операторов всех постов информацией об оперативной обстановке во всех помещениях корабля. При аппаратурной интеграции такая информационная поддержка осуществляется программ­ной организацией декларативной рассылки через СОД по принципу «все – всем».

С аппаратурной интеграцией тесно связана интеграция алгоритмическая. Она обеспечивает функциональную увязку всех потоков информации и вырабатывает комплексные управляющие воздействия. Так, например, в интегрированных системах боевого управления (ИСБУ) комплексный алгоритм осуществляет сбор, обработку и отображение информации от подсистемы освещения обстановки, расчет эффективности применения вооружения и целеуказания, оценку состояния огневых и технических средств, осуществление боевых и навигационных расчетов, формирование задания и управление пуском. Комплексный алгоритм реализуется программным обеспечением автоматически, минуя человеко-машинный интерфейс, что исключает влияние человеческого фактора и существенно сокращает время исполнения.

На унифицированной основе

Интегрированные системы управления АО «Концерн «НПО «Аврора» создаются на единых аппаратно-программных средствах с применением открытой операционной системы QNX, имеют единый комплект ЗИП. Универсализация технических решений дает ряд очевидных преимуществ.

Аппаратура, построенная на унифицированных узлах, позволяет обеспечить реализацию дополнительных функций путем наращивания без вновь разрабатываемых узлов, модулей, блоков, приборов. Разработка программных модулей на основе открытой операционной системы QNX обеспечивает межсистемную и межпроектную преемственность программного обеспечения, что повышает отказоустойчивость ИАСУ в целом.

Применение набора стандартных интерфейсов и отработанных протоколов обмена данными собственной разработки в совокупности с унифицированными структурными решениями обеспечивают надежное сопряжение ИАСУ с внешними системами и комплексами, а также оперативную реконфигурацию структуры связей при необходимости. Важным пре­имуществом универсализации является по­вышение качества создаваемых ИАСУ как следствие отработанности технологии производства составных частей, монтажа и комплексной наладки.

Одним из направлений развития ИАСУ является совершенствование сетевых решений посредством внедрения передовых технологий. Построенные по технологии Fast Ethernet 1Gb сети имеют дублированную, а для сетей главной энергетической установки – троированную сетевую структуру. Подобные решения позволяют существенно повысить показатели живучести и надежности. Разработанные концерном «Аврора» универсальные сетевые коммуникационные приборы дали возможность гибко и однотипно обеспечивать подключения различных систем на разных этапах жизненного цикла заказа, осуществлять сопряжения ИАСУ с другими системами заказа по различным протоколам.

Диспетчеризация информационных потоков и внедрение интеллектуального сетевого оборудования упростят в дальнейшем процесс автоматизации типовых межсистемных алгоритмически сложных задач и позволят перейти к решению комплексных интегрированных задач.

Для обеспечения характеристик сетевой среды, контроля и диагностики сетевой инфраструктуры концерном разработаны программно-аппаратные решения, позволившие однозначно локализовать место и причину не­исправности, а часть неисправностей (посредством специализированного аппаратно-программного обеспечения) автоматически исключать, сохранив при этом функционирование подключенной к сети системы в полном объеме. Такой подход к организации сетевого взаимодействия систем позволил исключить разнообразие сетевых интерфейсов, перейти на единый стандарт Fast Ethernet и обеспечить глубокую интеграцию систем управления заказа в единое информационное пространство.

Развитие оптических технологий обеспечило совершенствование физической среды передачи данных, в частности, переход на высокотехнологичный оптоволоконный кабель и обмен данными на скорости 1 Гбит в секунду.

Сетевая структура ИАСУ представляет собой сетевые приборы, соединенные друг с другом посредством магистрального оптоволоконного кабеля. К сетевым приборам кабелем типа «витая пара» подключены абоненты (приборы систем управления техническими средствами (СУ ТС) и приборы внешних систем).

Три направления

Активное развитие микроэлектроники и вычислительной техники, связанное с увеличением плотности ключей на кристалле и повышением уровня интеграции, привело к миниатюризации вычислительных средств и, как следствие, к повышению удельного показателя тепловыделения вычислительных средств.

Повышенная теплонагруженность аппаратуры стала толчком к развитию трех направлений разработки аппаратуры и структурных решений. Прежде всего, это создание вычислительных средств с пониженным тепловыделением. При этом повышение производительности вычислительных средств достигается не за счет повышения частоты, а за счет количества вычислительных ядер.

Также применяются новые структурные решения ИАСУ на базе моноблочных компьютеров. Создание моноблочных вычислительных средств и средств удаленного ввода-вывода позволяет использовать высокопроизводительные процессоры и обеспечить теплоотвод, что целесообразно при незначительном количестве сигналов ввода/вывода, размещенных в небольшом пространстве.

Третье направление – применение структурных решений ИАСУ на базе магистрально-модульных комплектов (VME, Compact PCI и других) с высокопроизводительными вычислительными средствами и значительным количеством сигналов ввода/вывода, локализованных в ограниченном пространстве. В этом случае наиболее актуальным остается отвод тепла. Могут применяться такие способы, как кондуктивный теплоотвод (радиаторы на модулях и отвод на радиаторы прибора), использование термотрубок и термостатов как в составе модулей, так и в составе приборов, а также фтористых диэлектрических жидкостей для съема тепла от наиболее теплонагруженных элементов и узлов.

(Чтобы увеличить, кликните на изображение)

(Чтобы увеличить, кликните на изображение)

Применение на кораблях средств вычислительной техники влечет за собой повышение требований к качеству гарантированного электропитания. Кроме того, совершенствование сетевых структур, являющихся основой платформенных решений ИАСУ, также накладывает свой отпечаток на облик систем электропитания (СЭП). Применение в жестких условиях эксплуатации высокочастотных интеллектуальных преобразователей (ВИП) позволяет обеспечить требуемое качество напряжения электропитания потребителей, включая бесперебойность, возможность управления, а также межмодульный и межприборный информационный обмен по последовательным каналам, обеспечить унификацию на уровне узлов и модулей, снизить габариты и массу СЭП.

В АО «Концерн «НПО «Аврора» создан ряд унифицированных модулей, представляющих собой ВИП на основе мостового транзисторного преобразователя, работающего под управлением микроконтроллера. Применение таких модулей обеспечивает комплексирование приборов электропитания потребителей с различными видами и номинальными значениями выходных напряжений, уровнями мощности и количеством каналов. Модули выполнены в водозащищенном конструктиве, позволяющем обеспечить теплоотвод от наиболее теплонагруженных элементов непосредственно в окружающую среду через радиатор, что способствует снижению перегрева и, как следствие, повышению надежности. Приборы имеют в своем составе модули Ethernet, что обеспечивает участие СЭП в общем сетевом обмене данными.

В настоящее время специалистами концерна «Аврора» ведутся работы, направленные на повышение коэффициента полезного действия ВИП, что должно привести к дальнейшему уменьшению габаритов и повышению надежности.

В системах реального времени

С конца 90-х годов концерн применяет в своих изделиях операционную систему реального времени (ОС РВ) QNX 4.хх (последняя версия QNX 4.25). Основные преимущества, в совокупности выгодно отличающие ее от ОС РВ VxWorks, Wind River Linux, Windows Embedded, Lynx OS и других, – это «жесткое» реальное время, гарантирующее отклик на события за единицы микросекунд, что позволяет управлять быстротекущими процессами, а также возможность масштабирования ОС, обусловленная ее модульной архитектурой, что позволяет минимизировать требуемый объем памяти. Немаловажное значение имеют микроядерная архитектура, облегчающая разработку драйверов и пользовательских приложений, и наличие трехуровнего механизма защиты (ядро, драйверы и пользовательские задачи защищены друг от друга), повышающего надежность всего программного обеспечения и существенно облегчающего процесс его разработки и комплексной отладки.

В новой версии ОС РВ QNX 6.5 получили свое развитие такие направления, как поддержка отечественных архитектур Эльбрус, Комдив, Мультикор и зарубежных архитектур Intel x86, ARM, MIPS, Power PC, расширенная поддержка сетей, в том числе виртуальных и беспроводных, поддержка 3D-графики и мультимедийных сервисов. Особое внимание в ОС РВ QNX 6.5 уделено встроенным средствам повышения отказоустойчивости.

Технология разработки функционального программного обеспечения (ФПО) является частью технологии проектирования изделия в целом и строится по единым требованиям для процессов жизненного цикла программного обеспечения (ПО). Она реализована комплексами средств автоматизации, входящими в систему автоматизации процесса создания ПО (САСПО) как типовая технология создания ПО предприятия. Разработка ФПО конкретных СУ ТС, определяющего основную функциональность и трудоемкость ПО изделий, ведется в рамках рабочих технологий, которые являются расширением типовой технологии.

Технологический процесс создания ПО основан на развитии существующих основных направлений. Прежде всего, это обеспечение единого централизованного хранения исходного кода ПО и надежного контроля целостности ПО (как исполняемого кода, так и исходного), выполняемого в единой системе управления версиями (СУВ-САСПО) и системе автоматизированной пере­сборки исходного кода (СПМТ-САСПО). Также это обеспечение единого централизованного управления процессами создания ПО и документирования всех проектных решений на всех стадиях и этапах разработки ПО, выполняемого в системах управления программными проектами (СУПП и СУПП-СЗ-САСПО); и разработка унифицированных программ и использования программных средств многократного применения, ранее разработанных и составляющих библиотеку унифицированного ПО. Мы обращаем внимание и на повышение качества введением модульного тестирования и интеграционного тестирования ФПО на компьютерной модели стенда (КСА – «виртуальный стенд»), что позволяет выполнять комплексную отладку ФПО отдельно от аппаратной части СУТС, и на снижение трудоемкости разработки ПО с применением современных технологических средств разработки.

Сценарии борьбы

Благодаря интегрированной структуре и универсальности аппаратно-программных средств развитие ИАСУ охватывает выполнение дополнительных функций. Эти функции реализуются с помощью дополнительных модулей ПО и стандартных аппаратных средств. К таким функциям относятся, например, информационная поддержка специалистов по всем направлениям операторской деятельности, в задачах эксплуатации, поддержки и сопровождения эксплуатации на протяжении всего жизненного цикла корабля по многоуровневой схеме.

Еще одна функция – обеспечение повседневной деятельности экипажа, безаварийной эксплуатации оружия и технических средств, исключения возможности создания предпосылок возникновения аварийных ситуаций, диагностика исправности систем до сменного элемента – модуля, исключающая возможность скрытого отказа, препятствующего выполнению основной функции модуля.

Средством повышения эффективности технических средств современных боевых кораблей и подводных лодок является интеграция аппаратно-программных средств (Чтобы увеличить, кликните на фото)

Средством повышения эффективности технических средств современных боевых кораблей и подводных лодок является интеграция аппаратно-программных средств
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

Для сохранения и восстановления операторских навыков в системах предусматривается функционирование в режиме бортового тренажера. Система отключается от приборов выходных усилителей на уровне серверов ввода-вывода и включается на прибор модели объекта управления. При наличии в составе систем управления двух и более пультов управления выполняется частичная реконфигурация сетей и один из пультов переводится в режим тренажера, при этом остальные сохраняют все функции управления и контроля, что позволяет включать тренажерный режим на ходу. Это актуально, например, при отработке задач по борьбе за живучесть. При возникновении любой нештатной ситуации во всех случаях система автоматически переходит в режим боевого управления.

Встроенные в систему средства должны обеспечивать регистрацию и хранение информации о состоянии всего оборудования корабля, действиях оператора, отдаваемых командах и приказаниях, обеспечивать автоматизированный выпуск вахтенной отчетности и подготовку докладов о техническом состоянии корабля в любой момент, в любом состоянии, в том числе при возникновении аварийных ситуаций. Информация может храниться на съемных накопителях. Система может быть также оборудована сетевыми накопителями со съемными элементами хранения информации.

Перспективы виртуализации

Перспективным направлением развития технологии создания комплексов и систем автоматизации является отработка комплексных алгоритмов в виртуальной среде с применением математических моделей объектов управления. Использование среды виртуализации – это подход к организации взаимодействия моделей СУ и моделей объектов управления, направленный на повышение качества и снижение стоимости разработки и испытаний программных и программно-аппаратных средств.

Виртуальная среда позволяет отвязать функциональное программное обеспечение от аппаратной платформы и выявлять ошибки проектирования корабельных технических средств и систем на ранних стадиях без использования стендового оборудования, сократив расходы и время дальнейших испытаний.

Виртуализация позволяет использовать один стенд в рамках отладки различных изделий или их частей при многопользовательском доступе. АРМ разработчиков в этом случае подключаются к виртуальным машинам программно-аппаратного комплекса по протоколам сети Ethernet. Такая аппаратная архитектура позволяет резко сократить требования к помещению для стенда. Разработчики загружают ПО в виде образов виртуальных машин комплекса ФПО, моделей аппаратуры и пультов на заранее настроенные операторские станции, используя возможность удаленной работы из корпоративного сетевого пространства. Гибкое централизованное управление обеспечивает одновременную работу нескольких разработчиков СУ на виртуальном стенде.

Типичным случаем является необходимость отработки разных взаимозависимых задач. Как правило, для этого разрабатывается общая синтетическая внешняя обстановка и создается временное расписание проводимых на стенде работ. Существующие средства виртуализации позволяют удобно тиражировать создаваемое (виртуальное) изделие, полностью повторяя оригинал. Такое изделие дублируется полностью, включая виртуальные машины, сети, подсети и т. д. Дублированная среда может быть полностью изолирована и независима от других сред. В каждой изолированной среде может создаваться и уникальная внешняя обстановка. Таким образом может быть налажена параллельная работа подразделений в рамках одного и того же виртуального стенда. Эта технология поддерживается и развивается на предприятии специально созданной лабораторией центрального подчинения.

Константин Шилов, д. т. н., генеральный директор АО «Концерн «НПО «Аврора»

В печатной версии название статьи — «Виртуальное настоящее» (журнал «Морской бизнес», № 43, июнь 2016 года)

Метки

Оставить комментарий |

0 Комментарии

A- A A+
Google+
X