Содержание к диссертации
Введение
1 Постановка задачи проектирования программы телеметрических измерений 13
1.1. Обзор исследований в области проектирования систем телеизмерений 13
1.2 Организация телеметрических измерений на борту 20
1.3 Постановка задачи синтеза программы телеметрических измерений 24
Выводы 34
2 Модель предметной области и метод проектирования программы телеметрических измерений 35
2.1 Описание бортоіюй системы телеметрических измерений 35
2.2 Модель бортовой системы телеметрических измерений 48
2.2 Математическая модель 48
2.2.2 Графическое представление , 64
2.3 Метод проектирования программы телеметрических измерений 78
Выводы &6
3 Решение задачи синтеза программы телеизмерений для радиотелеметрической системы типа БИТС2Ц 87
3.1 Подбор средств первичного преобразования для измерения параметров
и согласование их с измерительными входами системы 87
3.1.1 Подбор датчиков для измерения температурных параметров 91
3.1.2 Распределение температурных параметров по каналам преобразователей . 100
3.2 Распределение телеметрических параметров по каналам локальных коммутаторов 103
3.2.1 Распределение температурных параметров 104
3.2.2 Распределение аналоговых параметров 107
3.23 Распределение дискретных параметров 108
3.3 Распределение каналов локальных коммутаторов и служебных параметров по канальным интервалам кадра модуля сбора сообщений 115
3.4 Формирование кадров программ сбора 118
3.4.1 Распределение адресов параметров по су б кадрам 121
3.4.2 Распределение адресов параметров, субкадров и служебной информации по кадрам программ сбора 128
Выводы 133
4 Модель данных 134
4.1 Логическая модель данных 134
4.2 Физическая модель данных 144
Выводы 147
5 Программное и лингвистическое обесі іечения сапр бортовой системы телеметрических измерений 148
5.1 Программное обеспечение 148
5.1 1 Общее и базовое программное обеспечение 148
5.1..2 Прикладное программное обеспечение 155
5.2 Лингвистическое обеспечение 162
Выводы 165
Заключение 166
Список использованной литературы
- Организация телеметрических измерений на борту
- Модель бортовой системы телеметрических измерений
- Распределение телеметрических параметров по каналам локальных коммутаторов
- Физическая модель данных
Введение к работе
Актуальность, Изделия ракетно-космической техники (РКТ) - космические аппараты (КА), разгонные блоки (РБ) и ракегы-носитсли (РН) представляют собой сложнейшие технические устройства, состоящие из множества систем, приборов, агрегатов и элементов конструкции. Контроль состояния и функционирования всех составных частей изделия, состояния и поведения экипажа, живых организмов и других объектов при электрических испытаниях на заводе-изготовителе, подготовке к пуску на техническом и стартовом комплексах и при штатной эксплуатации осуществляется по телеметрической информации (ТМИ), получаемой в результате измерения различных физических параметров и (или) обмена информацией с другой аппаратурой.
Задачи сбора, обработки ТМИ и представления сообщений о параметрах в форме, согласующейся с используемым методом передачи ТМИ и характеристиками радиолинии, возложены на бортовую систему телеметрических измерений (БСТИ), При этом перечень теле-ыстрируемых параметров (ТМП) изделия, средства первичного преобразования (СПП) измерительной информации и места расположения их на изделии, а также распределение ТМП по информационным входам БСТИ определяются программой телеметрических измерений (ПТИ), проектируемой при разработке БСТИ.
При традиционно применяемом регулярном дискретном представлении сообщений и временном разделении каналов порядок и частоты появления сообщений о параметрах в телеметрическом потоке, формируемом БСТИ, определяет программа телеизмерений. Изменение в процессе функционирования изделия потоков ТМИ, характеризующих динамику контролируемых процессов, и задач, стоящих перед потребителем ТМИ на конкретном участке функционирования (контроля) изделия, при ограниченной пропускной способности каналов связи приводит к необходимости управления программой телеизмерений. При программно-управляемом сборе ТМИ управление осуществляется путем изменения состава ТМП и изменения частот формирования выборок ТМП в выходном потоке в зависимости от участка контроля по командам от бортовых или наземных средств управления, В рассматриваемых системах это единственный способ адаптации к информационному потоку изделия, позволяющий уменьшить семантическую избыточность передаваемой информации. Физически ПТИ реализуется путем задания режимов работы (программ опроса) соответствующих приборов ради отел ем етри чес кой системы (РТС) как їлавпого звена БСТИ программным (в виде прошивок ПЗУ) и/или аппаратным (з виде кроссировок) способом. Поэтому содержание ПТИ напрямую зависит от типа применяемой РТС,
Бортовые системы и решаемые ими задачи год от года становятся все сложнее, и общее число ТМП па изделии РКТ достигло нескольких тысяч. Временная диаграмма функционирования изделия представляет собой совокупность участков контроля, каждый из которых характеризуется своим набором ТМП и показателями представления сообщений. Проектирование ПТИ с учетом особенностей применяемых средств измерений требует высокой квали фикации разработчика, больших временных затрат и не исключает возникновение ошибок проектирования. Кроме того, ПТИ является основополагающим документом при разработке документации как по БСТИ, так и по изделию в целом. В таких условиях традиционные неавтоматизированные методы проектирования ПТИ оказываются неэффективными.
Научными коллективами ведущих разработчиков систем космической телеметрии активно внедряются новые измерительные, вычислительные и информационные технологии в практику информационно-телеметрического обеспечения изделий РКТ. При этом вопросы проектирования СПП, в особенности обеспечение метрологических и надежностных характеристик для конкретных условий измерений, подробно рассматриваются в области измерительной техники.
Среди средств, применяющихся при проектировании различных элементов БСТИ (приборов РТС, кабелей связи контролируемых систем с БСТИ, СВЧ-устройств), имеется множество как промышленных, так и специалртзированных САПР отечественной и зарубежной разработки для схемотехнического, конструкторского, компонентного и технологического проектирования. Предлагаются методы и средства для разработки программно-математического обеспечения РТС, включая реализацию ПТИ, ориентированные на ограниченный класс систем.
Однако осталась нерешенной задача автоматизации проектирования ПТИ для широкого класса РТС, Это связано с тем, что некоторые характерные особенности применяемых и не прерывно совершенствующихся РТС обусловливаю! также различия в методах проектирования ПТИ и требуют их отражения в математическом и программном обеспечениях САПР, Следовательно, дальнейшее сокращение сроков проектирования БСТИ и улучшение его качества в значительной степени зависят от автоматизации проектироиания ПТИ.
Объектом исследования является ПТИ изделий РКТ, реализуемая в высокоинформативных цифровых РТС с регулярным дискретным представлением сообщений, программно-управляемым сбором ТМИ, трехступенчатой коммутацией источников ТМИ и временным разделением каналов.
Предметом исследовании является автоматизация проектирования ПТИ.
Целью исследования является повышение качества и сокращение сроков проектирования БСТИ за счет автоматизации проектирования ПТИ, а также повышение эффективности использования его результатов при сквозном проектировании изделия.
Исходя из указанной цели исследований, определены его основные задачи: L Разработать модель БСТИ, адекватную рассматриьаемому классу РТС.
2. Разработать метод автоматизированного проектирования ПТИ,
3. Решить задачу проектирования ПТИ для БСТИ на базе РТС типа БИТС2Ц.
4. Разработать информационное и программное обеспечения САПР БСТИ в части разработки ПТИ.
Методы исследования.
При решении поставленных в работе задач использовались методы и математический аппарат теорий множеств и отношений, теории принятия решений, методы структурной оптимизации, а также методологии структурного системного анализа.
Научная новизна.
Разработана математическая модель БСТИ, адекватная целому классу РТС, и ее графическое представление - информационная и функциональная модели, построенные с применением методологий структурного системного анализа.
Разработан метод структурной оптимизации ПТИ на основе эвристического алгоритма размещений, использующий единый подход к решению проектных задач на всех этапах проектирования ПТИ независимо от типа применяемой РТС рассматриваемого класса.
Достоверность-Модели и метод, предложенные в работе, основаны на фундаментальных положениях теорий множеств и отношений и корректном применении математического аппарата. Достоверность приведенных теоретических исследований подтверждена многолетним опытом проектирования ПТИ для КА и PII на ФГУП ПІІІРКЦ ЦСКБ-Прогресс". Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением хорошо апробированного ПО, использовавшимся при обработке экспериментальных данных, тестированием, а также сравнением результатов аатомэтизиронанного проектирования ПТИ по реальным исходным данных по телеметрическому контролю КА типа "Ресурс-ДК" с 1ПИ этого изделия, разработанной традиционным неавтоматизированным способом и прошедшей вместе с изделием стадию лети о-конструкторских испытаний.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что ее результаты позволяют:
- сократить сроки проектирования, число занятых в нем специалистов и, соответственно, снизить стоимость разработки, исключив рутинный труд проектантов по приему и обработке исходных данных по телеметрическому контролю и проектированию ПТИ;
- повысить качество проектирования ПТИ за счет оптимизации ПТИ и тестирования на наличие ошибок проектирования;
- повысить эффективность использования результатов проектирования ПТИ при сквозном проектировании изделия РКТ; для разработки БКС БСТИ? испытательного и бортового УЮ, инструкций по оценке работы бортоных систем по ТМИ при электрических испытаниях и штатной эксплуатации изделий РКТ;
- автоматизировать выпуск конструкторской документации по БСТИ;
- определять на этапе эскизного проектирования изделия требуемые ресурсы проектируемой системы измерений по количеству и номенклатуре приборов сбора сообщений из состава РТС, энергетическим и весовым характеристикам;
- автоматизировать процесс разработки информационных и программных средств САПР БСТИ за счет визуального моделирования с применением CASE-технологий;
- расширять круг решаемых при проектировании задач и поддерживаемых типов РТС за счет легкости и удобства сопровождения и внесения изменений в модель БСТИ, Реализация и внедрение результатов исследований.
Результаты исследований использованы при разработке ПТИ космических аппаратов типа "Ресурс-ДК" на ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс" в составе интегрированной САПР БСТИ.
Научные положення, выносимые на іащиту: \. Математическая модель БСТИ, адекватная рассматриваемому классу РТС, и ее графическое представление - информационная и функциональная модели, построенные с применением методологий структурного системного анализа,
2. Метод структурной оптимизации ПТИ на основе эврис гического алгоритма размещения, использующий единый подход к решению проектных адач на всех этапах проектирования независимо от типа применяемой РТС рассматриваемого класса.
3. Решение задачи синтеза проектных решений ПТИ для БСТИ на базе РТС типа БИТС2Ц.
Апробация научных положений.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: III Международной конференции молодых ученых "Актуальные проблемы современной науки", проводимой департаментом науки и образования Самарской области (г. Самара, 2002 г.); XVI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, проводимой РКК "Энергия" (г. Королев, 2002 г.); XI и XII Всероссийских семинарах по управлению движением и навигации летательных аппаратов, проводимой СГАУ (г. Самара, 2003 и 2005 гг. соответственно); Международной научно-технической конференции "Датчики и системы — 2005", проводимой НИИ ФИ (г. Пенза, 2005 г.); научно-технической конференции и научно-практических семинарах молодых ученых и специалистов предприятий космической промышленности, проводимых ИПК "Машприбор" (г, Королев, 2005 и 2006 гг.); III научно-технической конференции молодых специалистов, проводимой ФГУП "НПО Автоматики" (г. Екатеринбург, 2006 г.); научно- іехнической конференции ФГУП "РНИИ КП" (г. Москва, 2006 г.), XXV Межведомственной научно-технической конференции, прошдимой космодромом "Плесецк" (г. Мирный, 2007 гг); Всероссийской научно-технической конференции
"Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций4, проводимой СГАУ (г. Самара, 2007 г.).
Публикации но теме диссертации,
По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано девять печатных работ, среди которых восемь статей, в том числе в изданиях, входящих в Перечень ВАК для публикации результатов научных исследований соискателей ученой степени кандидатов наук, и тезисы одного доклада.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждому из них, заключения, списка использованной литературы и приложения. Она изложена на 180 страницах машинописного текста, включает 14 рисунков, J таблицу и список литературы из 136 наименований.
Первая глава посвящена постановке задачи исследований. Во второй главе приводятся описание БСТИ, концептуальная модель предметной области в виде математической модели БСТИ и ее графического представления, а также метод автоматизированного синтеза. В третьей главе приводится решение задачи синтеза программы измерений для РТС типа БИТС2Ц. В чегвертой главе описывается модель данных предметной области. Пятая глава посвящена описанию программного (общего, базового и специального) и лингвистического обеспечения САПР БСТИ.
В заключении приводятся научное и практическое значение результатов работы, реализация и перспективы развития, сформулированы основные результаты исследования.
В приложение вынесен акт внедрения результатов диссертационной работы.
Организация телеметрических измерений на борту
Телеметрическая информация представляет собой совокупность первичных электрических сигналов, получаемых в результате измерения датчиковой аппаратурой различных физических параметров объеклин измерений и их рабочих продуктов, и (или) потоков информации, получаемых из бортовой аппаратуры по каналам обмена. Формы представления сообщений как носителей ТМИ могут быть разнообразными и могут изменяться по мере продвижения информации от бортовых устройств к потребителю. Различают аналоговое и дискретное представление сообщений, причем последнее может быть дискретно-аналоговым или дискретно-квантованным (цифровым) [1; 2; 3], Наибольшее применение в современной телеметрии получили дискретные представления, у которых в качестве координат сообщения используются текущие значении сигнала в фиксированные моменты времени - выборки. При регулярном дискретном представлении интервалы времени между точками опроса (интервалы представления) и алгоритм формирования координат сообшений постоянны и известны заранее, при этом интервал времени называется периодом опроса, а обратная ему величина - частотой опроса. Частота опроса выбирается из условия восстановления на принимающей стороне непрерывной функции измеряемого процесса по ее выборкам (интерполяция). Возможность изменения способа представления или указанных основных сю показателей в ходе работы на разных интервалах времени предоставляют программируемые и адаптивные представления [1]. При использовании адаптивных выборок отбирается небольшое число точек опроса, не образу-шцик периодической (регулярной) последовательности, которые позволяют получить на принимающей стороне приемлемую опенку сообщения.
Радиотелеметрическая система состоит из приборов аппаратуры сбора сообшений (АСС), пространственно разнесенных по объекту контроля и предназначенных для группирования измерительных цепей отдельных пераичных сигналов с выхода СПП в групповые сигналы, состоящие из последовательности сигналов, представляющих временные выборки сообщений, и передаваемые по одной цепи, а также приборов центральной части, отвечающих за прием групповых сигналов от АСС, запоминание информации (при необходимости) и формирование сообщений для передачи потребителям, а также управление системой в це лом.
В цифровых РТС информация с выхода СПП, имеющая аналоговый вид? преобразуется в цифровую форму приборами АСС. Цифровая передача и обработка информации характеризуемся высокими качеством, скоростью, помехоустойчивостью, надежностью, гибкостью и степенью аїломаїизации (в особенности процессов обработки) [4].
При достаточно больших размерах Есоптролируемого объекта общая протяженность измерительных испей, а значит и вес: в схеме с одной ступенью группирования получается большой, а потому более рентабельной является схема организации сбора ТМИ с многосту-пенчатым группированием источников информации. При этом каждый узел группирования может объединять как отдельные источники информации, так и узлы последующих ступеней группирования- Различают методы временного, частотного и кодового уплотнения измерительных пеней [3; 2; 4], Наиболее распространенным является метод временного уплотнения, при котором несколько сообщений передаются по одной цепи в одной полосе частот путем поочередного подключения сигналов, представляющих эти сообщения. В современных РТС этот метод реализуется электронными локальными коммутаторами (ЛК), коммутирующими элементами которых являются электронные ключи, открывающие или запирающие цепь поступления сообщений в групповой канал и управляемые специальными схемами, формирующими программу коммутации.
В синхронных (циклических) системах каждый датчик опрашивается периодически с некоторой частотой, а переход от одного датчика к другому происходит в строго заданной очередности. В асинхронных, петелах опрос датчиков производится не периодически и не в заранее заданной последовательности, а проти зо г. ьным образом, например, по признаку наличия на входе информации дли считывания, который определяется анализатором активно-сти канала [4].
Требования к частотам опроса измерительных цепей определяются свойствами сообщений (измеряемых параметров) и задачей измерений. Если ориентироваться на максимальную требуемую частоту опроса, то у параметров с меньшей требуемой частотой опроса сообщения передаются с большой избыточностью, нерационально используя пропускную спо собность радиолинии. Поэтому простейший режим коммутации с одинаковой частотой опроса всех цепей для обслуживания сложных объектов с большим числом измерительных цепей, как правило, неприемлем. Установка режима коммутации с разной частотой опроса каналов ЛК достигается группированием ("запараллеливанием") коммутируемых цепей и из-мснением графика работы распределители, формирующего селектирующие импульсы для управления ключевыми элементами коммутатора. Второй способ обеспечивает не только рациональное использование измерительных входов ЛК, но и наиболее удобное управление режимом обслуживания и возможность использования всех доступных при данном коммутаторе программ измерений. Адресные (программируемые) распределители позволяют получить все возможные изменения графика работы, который при этом полностью определяется порядком записи адресов измерительных цепей в ячейки памяти распределителя, обеспечивая в совокупности с многоступенчатой коммутацией максимальную достижимую информационную гибкость по сравнению с простыми циклическими распределителями.
Бортовому потребителю, если таковой имеется, ТМИ передастся по стандартизованным каналам обмена, например, а виде последовательного кода или по мультиплексному каналу обмена (МКО). Во втором случае БСТИ является окоЕгечным устройством из. шине МКО.
Удаленному от контролируемого объекта потребителю ТМИ передастся посредством автономной телеметрической радиолинии или через другой радиоканал, например, обратный канал командной радиолинии при отсутствии в составе БСТИ автономной радиолинии. Задачи уплотнения радиоканала связи и измерительных цепей принципиально решаются одними и теми же методами или их комбинациями, хотя виды и характеристики используемых в них сигналов существенно различаются. В системе измерений с временным разделением сигналов сообщений каждому со и чю периодически предоставляется некоторый интервал времени (канальный интервал), п течение которою групповой сигнал несет информацию только об этом сообщении. При этом вся совокупность передаваемых Б групповом сигнале сообщений называется кадром, который является квантом информации для радиолинии []; 2J, Порядок и частоты предоставления канальных интервалов (частоты опроса) отдельным сообщениям в кадре могут быть различными и определяются программой телеметрических измерений.
Модель бортовой системы телеметрических измерений
Под моделью предметной области в общем случае понимается формализованное опи-сание предметной области, выполненное па определенном уровне абстракции и служащее основой для проектирования любой сложной системы. Неформальные знания о предметной области, которые отражает ее модель, могут быть выражены формально при помощи математических формул, таблиц, графиков, схем и других доступных для понимания средств.
Математическая модель определяется как совокупность математических объектов (чисел, переменных, векторов, множеств и т.п.) и отношений между ними, которая адекватно отображает свойства проектируемого объекта [46].
Исходя из описания предметной области (раздел 2.1), можно выделить следующие существенно важные с точки зрения проекгирования программы телеметрических измерений основные объекты предметной области [53; 54]: телеметрические параметры (ТМП) систем объекта; датчики (Д); преобразователи (П) согласующие при необходимости выход датчика с информационным входом РТС (в том числе многоканальные преобразователи); ЛК второй и третьей ступеней коммутации, специализированные в зависимости от характера выходной информации СПП (аналоговой или дискретной) и скорости ее изменения (частоты опроса СПП) и предназначенные для сбора и преобразования ТМИ; МСС второй ступени коммутации, группирующие информацию с подключенных к ним ЛК третьей ступени для передачи в ОКФ; служебные параметры РТС (временная информация, кадровая синхронизация и др.), передаваемые в кадрах вместе с ТМП; адреса оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), динамически отображающего состояние всей датчиковой сети; субкадры (СК) для передачи в кадрах медленно меняющихся ТМП (коммутируемых с частотой, менее частоты следования телеметрических кадров); кадры программ сбора ТМИ, Также стоит отдельно отметить такие характеристики канала ЛК, как шкала каната и начало отсчета шкалы для ЛКТ и пороговые уровни срабатывания и напряжения подпитки датчиков для ЛКЦ.
Каждая выделенный абстрактный объект представляет собой соответствующее конечное множество [55; 56], элементами которого являются упорядоченные совокупности атрибутов. Взаимодействие сущностей между собой отражается в отношениях между соответствующими множествами и определяется программой телеметрических измерений.
Соответственно, математическая модель (структурно-параметрическое описание) БСТИ может быть описана на теоретико-множественном уровне, где в качестве базовых понятий выступают множества и отношения между ними [55-57],
Рассмотрим каждое из множеств и его значимые для разработки программы телеизме-рений характеристики (атрибуты) [56], предназначенные для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности [53], используя определения и математический аппарат теории множеств (58; 59].
Телеметрические параметры характеризуют температуру, статическое давление газов и жидкостей, электрические токи и напряжения, углы поворотов подвижных элементов конструкции, механические нагружения (вибрации, акустические давления, линейные ускорения) внутри или снаружи какого-либо прибора или отсека изделия, состояние контактных датчиков, переключателей, цифровых регистров и т.п.
По виду выходного сигнала с СПП телеметрические параметры делятся на аналоговые, сигнальные (импульсные) и цифровые (счетно-цифровые) параметры. Сигнальные и цифровые параметры можно объединить в одну группу, называемую дискретные параметры. Среди параметров, имеющих аналоговый выходной сигнал, стоит отдельно выделить температурные параметры, Таким образом, на множестве телеметрических параметров (назовем его Par), являющимся исходным для проектирования системы измерений, выделим непересекающиеся подмножества аналоговых температурных (tParc Par), аналоговых нетемпературных (аРаг с Par) и дискретных (dPar є Par) параметров.
Также отдельно выделим параметры виброизмерений (vParc Par), измеряемые ПВИ в системах типа РТСЦ и РТСЦМ, и быстроменяющиеся параметры вибраций и акустических давлений (fPar с: Par), измеряемые в каналах БЛК системы типа РТСЦМ.
На подмножестве tPar, в свою очередь, можно выделить непересекающиеся подмножества параметров stPar с tPar, измеряемых при помощи стандартных температурных датчи ков - термометров сопротивления и термопар (множество Sens), и параметров ptPar с tPar, измеряемых с более высокой точностью при помощи прецизионных температурных преобразователей (множество Conv), работающих совместно с температурными датчиками.
В дальнейшем, говоря о температурных параметрах, будем иметь в виду параметры из множества stPar, поскольку параметры из множества ptPar за счет аналогово-пифрового преобразования на выходе СПП имеют цифровую форму, характерную для дискретных па раметров.
Определим атрибуты параметров. Согласно П. Чену [60] атрибут определяется как функция, отображающая набор сущностей в набор значений (домен) или в декартово произ ведение наборов значений (доменов), составляющих область определения атрибута.
Любой телеметрический параметр/7; е Par (і {1, ... » п\], где п\ = Раг - мощность множества Par) характеризуется следующими атрибутами: - условное обозначение pCodc: Par - Ср; - наименованиеpName: Par - N ; - условный шифр (наименование) контролируемой системы (агрегата)pSys: Par - SP; - шифр схемы выходного устройства (ВУ) параметра, характеризующий тип параметра, pKittd: Par - N. (Классификация схем ВУ контролируемых параметров, кроме параметров вибраций и акустических давлений, и их обработка в РТС приведены в таблице 1); - место установки контролируемого прибора на изделии (отсек, блок) pPlace: Par - Р; - диапазон изменения: начальное и конечное значения соответственно pRange;, pRange?: Par- R; - частоты опроса в программах сбораpFreq: Par - (Prog х R), - шифр датчика, измеряющего параметр,pSensor: Par - Cs; - шифр преобразователя, измеряющего параметр, pConv: Par — Со Кроме того, температурные параметры/?, є stPar характеризуются наименованием измеряемой среды (агрегатным состоянием объекта измерения) pEnv; stPar — Е, а дискретные параметры pt dPar характеризуются атрибутами:
Распределение телеметрических параметров по каналам локальных коммутаторов
Каждому температурному параметру необходимо поставить в соответствие один или несколько (в зависимости от частоты опроса параметра) каналов ЛКТ, имеющих нумерацию от нуля, т.е. построить множество векторов вида {параметр, ЛКТ, канал ЛКТ): Gil СstPar х N(iLQ = {(pt lc, nk) \p є stPar, !c є tLC, n{c = 0, lcCap{lc)-\}. (3.2.3) Для решения задачи синтеза структуры G i множество siParупорядочим по мссгу установки рР1асе(р), убыванию частоты опроса pFreqT{p), возрастанию шифра контролируемой системы pSys(p) и условному обозначению параметра pCodeip), т.е. зададим на множестве stPar отношение строгого порядка R2I; 0 Д) R2J о (рР1асе(рд рР1асе(Л)) & (pFreqT(pt) pFreqT(pj)) & (3.2.4) & (ptyrfo) pSys(pj)) & (pCodc(pi) pCode(pj)),
Зададим (при необходимости) начальное соответствие параметров и канатов ЛКТ Gf}\ учитывающее, например, распределение параметров контрольных уровней 0 и 100% измерительной шкалы ЛКТ, а также параметров, требующих распределения на строго определенные каналы ЛКТ (например, с целью совместимости с программой телеизмерений другого изделия).
Приемлемость распределения любою парамеїра па канал П{С коммутатора 1с определяется принадлежностью указанного канала множеству каналов данного коммутатора и незанятостью этого канала другим параметром, определяемой отсутствием вектора (Іс, п!с) в проекции множества G i"11 па оси 1с и щс, в соответствии с выражением: tcValidAG Klcmc) о {nke {Q,...,kCap(ic)-\})&((tc,mc) Є nPlJG ), (3,2.5) Распределение параметров, характеризующих состояние приборов, систем и агрегатов в каком-либо отсеке, осуществляется на каналы ЛКТ приборов АСС, установленных, как правило, с целью минимизации длины и массы БКС в том же отсеке.
Приемлемость распределения параметра р на любой из каналов коммутатора 1с наряду с ограничением (3.2.5) определяется соответствием типов распределяемого параметра и ЛК, соответствием мест установки (отсека) параметра и ЛК на изделии, а также непревышением частоты опроса параметра над частотой опроса каналов Ж в соответствии с выражением: lcValid2{lc,p) о фТуреф) = 1сТуре(1с))&фР1асе(р) = 1сР!асе(1с})& (3.2.6) & (pFreqllp) lcFreq{lc% где pFreqT{p) - максимальная частота опроса параметра р в программах сбора для режима непосредственной передачи ТМИ (Г1НП"), вычисляемая выражением: PFreqT(p)= щах IpFreqiPtprj), (3,2,7) /jreProgT рТуре(р) - тип параметра, зависящий от схемы ВУ и определяемый следующей системой (при этом, как было определено в разделе ЗЛЛ, к температурным параметрам не относятся параметры, для которых указан шифр конкретного преобразователя в соответствующем атрибуте): рТуре(р) = U если pKind{p)e{l,%t9)&.pConv{p) npxConv\ 2, если pKind(p)G{\,2}\ (3.2.8) 3, если рКЫ(р) є {3,4Дб}.
Поскольку процесс изменения температуры является инерционным и не может происходить скачкообразно, то все температурные параметры являются медленно меняющимися, и требуемая частота их опроса не превышает частоту опроса каналов ЛКТ. Поэтому последнее условие в выражении (3.2.6) для температурных параметров выполняется всегда.
Тогда множество допустимых каналов ЛКТ определяется выражением: ЕЙ и № "fc)I IcVaIid(G r ,ph !с, п1с)}, (3.2.9) где lcValid{G{ )ipi,kJnk) = IcVahd G Jcfn!c)& tcValid2(Ic,р). Для определения оптимального варианта промежуточной структуры G \ имеющей векторный критерий оптимальности, определяемый частными критериями оптимальности по Ж W G /j и по каналу Ж W JG J, упорядочим частные критерии по важности. При этом наибольшую значимость имеет критерий W fG /), поэтому оптимальным вариантом для распределения параметра;?/ считается ЛК, имеющий минимальную длину кабеля БКС, соединяющего выход контролируемого прибора и информационный вход ЛК, определяемую функцией Len(pit tc) на основании указаний по прокладке кабельных трасс в конструктивно компоновочной схеме изделия. При \нр\(%2 )\ = 1 решение однозначно. Все каналы выбранного по критерию Wj (G $) ЛК имеют одинаковые харщетеристики н отличаются только порядком опроса в кадре МСС. Для устранения нежелательного разрыва последовательности задействованных каналов в циклических коммутаторах критерий оптимальности (рациональности) Wj Gj i) должен определяйся номером канала п.
Задача синтеза структуры G/ заключается в определении век юра (р/, /с, я/с)» характе-ризующего размещение параметра/ на множестве допустимых каналов ЛКТ gJ,J, при котором частные критерии оптимальности поочередно принимают минимальные значения,
В связи с этим элементарная порождающая функция, размещающая очередной параметру по элементам (/с, Піс) с учетом имеющеюся на данный момент соответствия Gj ,-" и дающая новое соответствие G путем объединения множества G j"1 и полученного в результате кортежа (pt, /с, яд) вычисляется по формуле: Ф Г1,,д)= тт(лд( (3.2.10) если р, npfj \
Таким образом, если параметру уже размещен по элементам (!ctnic)t т.е. pi =npxG \ то значение элементарной порождающей функции di\ есть пустое множество (0), и повторное размещение параметра # не производится (множество G JJ в соответствии с выражением (2.3.3) не изменяется: G G j"1 ). В противном случае, параметру , ставится в соответствие вектор (tc, nic) как оптимальный (рациональный) вариант с учетом введенных ограничений на размещение параметра/v по каналам ЛКТ.
В случае отсутствия информации о длине кабелей БКС при jnpifg )! 1, а также при отсутствии соответствующего ЛК в требуемом свойством параметра рР1асе(р) отсеке изделия (g J = 0) решение о выборе ЛК в этом или другом отсеке принимает ЛПР с учетом конструктивно-компоновочной схемы изделия в диалоговом режиме работы с ЭВМ,
Физическая модель данных
На еще более низком уровне проектирования БД по отношению к концептуальной модели предметной области находится физическая модель данных, описываюшая данные средствами конкретной СУБД [126],
Ограничения, имеющиеся в логической модели данных, реализуются различными средствами СУБД (индексами, ограничениями целостности, триггерами, хранимыми процедурами). Принятые на данном уровне решения также определяют некоторые границы, в пределах которых можно развивать физическую модель данных и принимать различные решения. Например, отношения из логической модели данных должны быть преобразованы в таблицы, но для каждой таблиды в зависимости от конкретной СУБД можно доцол-нительно объявить различные индексы, повышающие скорость обращения к данным.
По разработанной в разделе 4.1 логической модели данных можно построить физическую модель, которая уже будет учитывать такие особенности СУБД как допустимые типы и наименования полей и таблиц, ограничения целостности и тл., и будет представлять собой прообраз конкретной БД, Сущности, определенные в концептуальной диаграмме становятся таблицами, атрибуты становятся столбцами таблиц (при этом учитываются допустимые для данной СУБД типы данных и наименования столбцов), для ключевых атрибутов создаются уникальные индексы, домены преображаются в типы данных, принятые в СУБД, связи реализуются путем миграции ключевых атрибутов родительских сущностей и создания внешних ключей.
При проектирования информационных систем необходимо выполнить следующие шаги процедуры проектирования физической модели [114]:
1. Представить каждый стержень (независимую сущность) таблицей БД (базовой таблицей) и специфицировать первичный ключ этой таблицы.
2. Представить каждую ассоциацию как базовую таблицу с внешними ключами для идентификации участников ассоциации и специфицировать ограничения, связанные с каждым из этих внешних ключей.
3. Представить каждую характеристику как базовую таблицу с внешним ключом, идентифицирующим сущность, описываемую этой характеристикой, и специфицировать ограничения на внешний ключ этой таблицы и ее первичный ключ (комбинации внешнего ключа и свойства, гарантирующего уникальность в рамках описываемой сущности),
4. Представить каждое обозначение, которое не рассматривалось в предыдущем пункте, как базовую таблицу с внешним ключом, идентифицирующим обозначаемую сущность, и специфицировать связанные с каждым таким внешним ключом ограничения.
5. Представить каждое свойство как поле Б базовой таблице, представляющей сущность, которая непосредственно описывается этим свойством.
6. Выполнить процедуру нормализации для исключения в проекте непреднамеренных нарушений каких-либо принципов нормализации,
7. Модифицировать информационную модель и повторить перечисленные шага в случае разделения каких-либо таблиц в процессе нормализации.
8. Указать ограничения целостности проектируемой БД и дать при необходимости краткое описание полученных таблиц и их полей.
Однако, как уже отмечалось, для моделирования данных предметной области удобней использовать ER-диаграммы, Наиболее популярным пакетом моделирования данных благодаря поддержке широкого спектра СУБД самых различных классов является программа ERwin [122; 123], позволяющая создавать схему БД любой сложности к генерировать ее описание на языке целевой СУБД. Информационная модель представляется в виде диаграмм "сущность-связь", отражающих основные объекты предметной области и связи между ними. Дополнительно определяются атрибуты сущностей, характеристики связей, индексы и бизнес-правила, описывающие ограничения и закономерности предметной области. После создания ER-диаіраммьі имеется возможность автоматической генерации SQL-кода для создания таблиц, индексов и других объектов БД. По заданным бизнес-правилам формируются стандартные триггеры БД для поддержки целостности данных, для сложных бизнес-правил можно создавать собственные триггеры, используя библиотеку шаблонов- Кроме того, в программе можно осуществлять реинжиниринг существующих БД, когда по SQL-текстам автоматически генерируются ER-диаграммы.
Физическая модель данных предметной области с типами и наименованиями полей и таблиц, соответствующими СУБД InterBase, представлена на рисунке 4.2. Необходимый для создания схемы БД SQL-код, полученный автоматически из программы ERwin, ввиду большого объема не приводится.
