Введение к работе
Актуальность темы.
Повышение эффективности и качества автоматических испытаний комплексов мехатронных объектов (КМО), имеющих структуру, показанную на рис. 1, является актуальным направлением машиностроения. Большую помощь в развитии этого направления в свете проводимой в стране конверсии может оказать опыт, накопленный при автоматизации систем научных исследований (АСНИ) в приоритетной до недавнего времени области космических исследований.
Развитие АСНИ в нашей стране и за рубежом привело к созданию на базе передовых достижений электроники, вычислительной техники, информатики информационных измерительных систем (ИИС) космического назначения, которые представляют собой комплексы аппаратных, программных и организациошшх средств, полностью обеспечивающих проведение научных исследований (экспериментов). В ИИС можно выделить три части (рис. 2):
- Комплекс управления экспериментом (КУЭ),
включающий центр управления полетом (ЦУП), наземные измерительные пункты (НИП), научно-иследовательские центры (НИЦ);
Космический аппарат (КА);
Комплекс научной аппаратуры (КНА), предназначенный для получения данных об объекте исследования и устанавливаемый на КА.
ИИС в целом обеспечивает проведение эксперимента, с целью получения данных об объекте исследований, их обработку средствами КНА до передачи по линиям связи, передачу научных данных с КНА и служебных данных с КА по линиям связи, централизованную обработку данных средствами КУЭ по разделам ЦУП, НИП и НИЦ, осуществление обратной связи с КНА и КА, представление результатов обработки данных экспериментаторам в удобной для анализа форме.
КУЭ наиболее стабильная, медленно меняющаяся часть ИИС, обеспечивающая работу со всеми типами КА и КНА Техническое, программное и организационное обеспечение ЦУП и НИП универсально, рассчитано на годы однотипной работы. Соответствующее обеспечение НИЦ также довольно консервативно. Процессы, связанные с испытанием систем, в целом хорошо отработаны.
КА более подверженная изменениям часть ИИС. Вместе с тем, один и тот же тип КА в течение ряда лет может использоваться для установки совершенно различных КНА, при разработке новых типов КА сохраняется преемственность в техническом, программном и организационном обеспечении. Это приводит к тому, что испытательная база специализированных предприятий, выпускающих КА довольно стабильна.
КНА очень разнообразны по решаемым задачам и составу мехатронных объектов (МО) и подвержены быстрым изменениям взависимости от прогресса науки и техники. КНА собираются из МО, изготовленных в разных организациях, часто в КНА входят МО, выполненные в разных странах по разным стандартам, имеющие разную научно-техническую идеологию. Ввиду этого проведение автоматических комплексных испытаний различных КНА на универсальных испытательных комплексах представляет собой сложную научно-техническую задачу. Долгое время эта задача не была решена в общем виде. Для каждого КНА практически заново создавался испыгательньш комплекс, состоящий из разнообразной контрольно-испытательной аппаратуры (КИА), которая в лучшем случае была выполнена в виде пультов, поставляемых вместе с приборами, входящими в КНА. Проблемно-ориентированная универсальная программная среда (ПС) отсутствовала.
Переломный момент в организации автоматических комплексных испытаний КНА в СССР совпал с выполнением международного космического проекта "Интершок", предназначенного для комплексного изучения параметров межпланетной среды. Запуск ИСЗ "Прогноз-Интеркосмос-10" по этому проекту, состоялся 26.04.85. МО, входившие в КНА, представляли собой не отдельные приборы, а взаимосвязанный КМО, управлявшийся встроенной ЭВМ. МО обменивались информацией друг с другом, включали и выключали друг друга, переключали диапазоны датчиков магнитных полей и заряженных частиц взависимости от регистрируемых событий в изучаемой среде. Этот КМО в принципе не мог быть подготовлен к полету без создания системы автоматического управления (САУ) испытаниями и соответствующего проблемно-ориентированного програмного обеспечения. В 1984 г. в Институте Космических Исследований АН СССР был создан первый в СССР испытательный комплекс, предназначенный для автоматических испытаний КНА. В качестве математического обеспечения управления этим комплексом были приняты предложенные и разработанные автором проблемно-ориентированные язык (ПОЯ) и операционная система (ОС) АВТОТЕСТ.
В 1985 г. автор разработал техническое задание, по которому ИКИ АН СССР и Научно-технический комплекс Институт Кибернетики им. Глушкова АН УССР создали ОС АВТОТЕСТ-ДЕЛЬТА, предназначенную для испытаний КНА межпланетных КА по международному проекту "Фобос" (запуски 7 и 12.07.88). Идеи, заложенные в ПОЯ и ОС АВТОТЕСТ, использовались в международных проектах "Интербол" (запуски 3 и 29.08.96) и "Марс-96" (запуск 16.11.96).
В 1985 году ПОЯ АВТОТЕСТ и ОС АВТОТЕСТ использовались при создании участка для автоматического выходного контроля промьпшіеїшьгх роботов на заводе " Красный Пролетарий" в г. Москве. Это доказало, что мощные испытательные системы космического назначения могут найти успешное применение в народном хозяйстве.
; МехатрбннБЩ' объесть! в комплексах космического; назначений.
Исполнительный механизм
по | по
Проектирования \ _ проектирования
Інф-изм.сис. л^/Привод
Микропроцессор. /~ алгоритмуправл.
Программное беспечение чупр
проектирования
Космический аппарат (КА).
Комплекс нучиой
аппаратуры
(КНА).
:
Цель и задачи исследования.
Создание САУ АВТОТЕСТ и АВТОТЕСТ-ДЕЛЬТА было продиктовано актуальными практическими задачами, стоявшими в космических исследованиях и в народном хозяйстве. Это наложило свой отпечаток на соответствующие решения, которые иногда носили характер ad hoc (для этой цели).
Цель данной работы - исследование проблемы автоматизации испытаний КМО, разработка проблемно-ориентированных универсальных САУ и соответствующего программного обеспечения, предназначенных для автоматических испытаний КМО, решение вопросов, связанных с подготовкой и проведением испытаний КМО на автоматических испытательных комплексах.
Для достижения поставленной цели необходимо:
-
Провести обзор существующих методов автоматических испытаний КМО.
-
Поставить задачи разработки проблемно-ориентированных универсальныхСАУ, предназначенных для автоматических испытаний КМО.
-
Провести анализ этих задач и выработать принципы их решения.
-
Наметить цели автоматизации испытаний КМО.
-
Разработать проблемно-ориентированную программную среду, предназначенную для обеспечения автоматических испытаний КМО.
-
Определить этапы подготовки автоматических испытаний КМО.
-
Рассмотреть технологию проведения автоматических испытаний КМО.
-
Решить вопросы, связанные с автоматизированной обработкой результатов и автоматизированным документированием испытаний.
-
Оценить технико-экономическую эффективность предложенных методов автоматических испытаний.
Методы исследования.
Теоретические исследования проблемы автоматизации испытаний КМО проводились с использованием основных методов теории автоматического управления, основ электроники и микропроцессорной техники, основ информационно-измерительной техники, программного обеспечения микропроцессорного управления, теории алгоритмических языков.
Экспериментальные исследования проводились на автоматических испытательных комплексах ИКИ АН СССР и на участке, предназначенном для автоматического вьподного контроля промышленньк роботов, завода "Красный пролетарий".
*
Научная новизна.
Научно-техническая новизна заключается в создании методологии решения актуальной научно-технической задачи разработки и эксплуатации проблемно-ориентированных универсальных САУ, предназначенных для испытаний КМО, с использованием разработанной автором программной среды УНИКОН (UNIversal CONtroI-Универсальное управление), включающей ПОЯ, интегрированную среду (ИС) подготовки программ управления и ОС.
Практическая ценность.
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны основные положения, позволяющие создавать проблемно-ориентированные универсальные САУ и соответствующее программное обеспечение, предназначенные для автоматических испытаний КМО, проводить эти испытания и осуществлять обработку их результатов.
Реализация работы.
Материалы диссертационной работы явились основой для методического и программного обеспечения САУ АВТОТЕСТ и АВТОТЕСТ-ДЕЛЬТА, предназначенных для испытаний КНА по международным космическим проектам "Интершок" и "Фобос". На основе САУ АВТОТЕСТ был создан участок для автоматического выходною контроля промышленных роботов на заводе "Красный пролетарий". Идеи, предложенные автором при разработке САУ АВТОТЕСТ и АВТОТЕСТ-ДЕЛЬТА, в дальнейшем использовались при создании программного обеспечения для проведения автоматических испытаний КНА в международных космических проектах "Интербол" и "Марс-96".
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались
в ИКИ АН СССР на международных научно- технических совещаниях, посвященных подготовке космического проекта "Интершок" в 1984-1985 г.;
в Научно-техническом комплексе Институт Кибернетики им. Глушкова АН УССР (г. Киев) на научно-технических совещаниях, посвященных созданию САУ АВТОТЕСТ-ДЕЛЬТА в 1984-1985 г.;
в Польской Академии Наук (г. Варшава), Польском Институте Авиации (г. Варшава), на польской фирме, производящей компьютерную технику и программное обеспечение MERASTER (г. Катовице) на научно-технических семинарах, посвященных подготовке совместных экспериментов по изучению космического пространства в 1985 г.;
S>
в Физическом Институте Венгерской Академии Наук (г. Будапешт) на научно-техническом семинаре посвященном подготовке совместных экспериментов по изучению космического пространства в 1985 г.;
на IV Международном семинаре "Наушое космическое приборостроение" (г. Фрунзе), в 1985 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы.