Введение к работе
До появления современных средств микропроцессорной и телекоммуникационной техники системы управления сложными объектами были совокупностью контуров управления, требующих либо постоянного контроля оператора, либо, для особо ответственных объектов, построения дорогостоящих пультов управления. Особенно трудной была задача автоматизации территориально протяженных объектов.
Современные средства микропроцессорной и телекоммуникационной техники обеспечивают возможность построения распределенных информационно-управляющих систем (РИУС) в таких областях как: контроль состояния окружающей среды, управление энергетическими и химическими установками, магистральными потоковыми комплексами, космической и телекоммуникационной техникой и ряде других областей.
Распределенная информационно-управляющая система, работающая в
реальном времени, может быть определена как система, отображающая
внутреннее состояние и управляющая внешним по отношению к ней
объектом, получающая, обрабатывающая и возвращая информацию в
темпе функционирования управляемого объекта. РИУС стали
неотъемлемой частью современных высокотехнологичных
автоматизированных технических комплексов (АТК), и, в частности, комплексов полигонного оборудования, используемых в вооруженных силах РФ для обеспечения требуемого уровня боевой подготовки.
АТК являются сложными, комплексными системами, включающими
управляющую и операционную части - систему управления (СУ) и объект
управления (ОУ). Системы управления АТК являются
автоматизированными организационно-техническими системами.
Автоматизированная система управления (АСУ) АТК предполагает обязательное участие персонала в информационных процессах и процессах управления. АСУ АТК обеспечивает выполнение двух функций:
предоставление персоналу информации, необходимой для принятия принципиальных решений, и освобождение персонала от выполнения рутинных действий в однородных типовых ситуациях. Функционирование АСУ поддерживается техническими средствами — информационно-управляющими системами (ИУС), автоматизирующими процессы сбора, накопления, преобразования и выдачи информации и являющимися обязательной составной частью АСУ АТК.
Одним из важных частных видов АТК является автоматизированный полигонный комплекс (АПК). АПК используется для обучения личного состава сухопутных войск. АПК предназначен для автоматизации проведения боевых стрельб на полигонах ВС РФ. В функции АПК входят имитация действий условного противника, боевой обстановки, оценка действий личного состава, как индивидуально, так и в составе подразделений, а также обеспечение эксплуатации полигонного оборудования.
Актуальность исследований в этой области обуславливается необходимостью разработки АПК нового поколения, так как жизненный цикл оборудования большинства полигонов российской армии завершен или близок к завершению. АПК нового поколения требуют исследования и разработки новых ИУС, обеспечивающие требуемые тактико-технические характеристики АПК, так как средства управления существующим полигонным оборудованием предыдущих поколений были разработаны в 60-70е годы прошлого века.
Объектом исследования данной диссертационной работы являются распределенные информационно-управляющие системы - РИУС, используемые для построения автоматизированных полигонных комплексов.
Предметом исследования являются структура и способы организации процессов обработки данных в РИУС, встраиваемых в АПК и
обеспечивающие их тактико-технические характеристики, в первую очередь временные и надежностные параметры работы АПК.
Целью данной диссертационной работы является исследование новых способов организации РИУС для АПК и создание моделей для оценки временных характеристик РИУС АПК, имеющих предложенную структурную и функциональную организацию, а также применение разработанных метода и средств при создания реальной РИУС АПК и их апробация в условиях натурных испытаний.
Основными задачами, решаемыми в диссертационной работе, являются:
- анализ требований к РИУС, предъявляемых АПК и существующих
разработок в данной области;
- системный анализ структурной и функциональной организации
РИУС, предназначенных для работы в составе АПК, с учетом решений,
применяемых в смежных областях.
создание аналитической модели РИУС АПК, позволяющей рассчитывать ее временные характеристики;
разработка имитационной модели РИУС АПК как средства, позволяющего детально исследовать временные характеристики систем данного класса и верифицировать аналитические модели;
- разработка методики выбора элементов структурной и
функциональной организации РИУС и применения результатов
аналитического и имитационного моделирования для оценки временных
характеристик РИУС АПК;
- апробация разработанных моделей и методики в процессе
проектирования реальной РИУС АПК при оценке вариантов ее структуры
и алгоритма функционирования и проведение натурных экспериментов на
макете реальной РИУС АПК, анализ погрешностей аналитической и
имитационной моделей систем;
Научная новизна работы:
- Применение методов системного анализа структурной и
функциональной организации в области исследования и построения РИУС
АПК.
- Полученный в результате исследования способ организации РИУС,
основанный на представлении системы в виде многоуровневой
иерархической сети, обмен информацией в которой происходит с
постоянным опросом узлов нижележащих уровней и накоплением
информации в вышележащих узлах сети.
Аналитические и имитационные модели РИУС, отвечающих предложенному в работе способу организации и позволяющих проводить оценку временных параметров РИУС АПК.
Методика выбора элементов структурной и функциональной организации РИУС и применения результатов аналитического и имитационного моделирования для оценки временных характеристик РИУС АПК.
Методы исследования. Исследования проводились с применением аппарата дискретной математики, теории передачи информации, методов имитационного моделирования и статистического анализа.
На защиту выносится:
Полученный в результате исследования способ организации РИУС, основанный на представлении системы в виде многоуровневой иерархической сети, обмен информацией в которой происходит с постоянным опросом узлов нижележащих уровней и накоплением информации в вышележащих узлах сети.
Аналитическая и имитационная модели РИУС АПК.
- Методика выбора элементов структурной и функциональной
организации РИУС и применения результатов аналитического и
имитационного моделирования для оценки временных характеристик
РИУС АПК.
- Результаты системного анализа, моделирования и разработки РИУС АПК нового поколения «Автоматизированный комплекс полигонного оборудования с использованием радиосвязи (АКПО-Р)».
Практическая ценность полученных результатов. На базе предложенных автором способа организации РИУС АПК, его моделей, а также методики выбора и оценки элементов структурной и функциональной организации был создан действующий прототип РИУС, вошедшей в состав АПК нового поколения. Этот АПК, названный Автоматизированным Комплексом Полигонного Оборудования с использованием Радиосвязи - АКПО-Р, имеет тактико-технические характеристики, отвечающие требованиям полигонных комплексов нового поколения.
Внедрение результатов исследований. Разработанный с участием автора аппаратно-программный комплекс прошёл этап опытно-конструкторской разработки и был внедрён в опытную эксплуатацию.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на следующих конференциях:
-
XV международная научно-техническая конференция «Информационные средства и технологии», Москва, 2007.
-
V научно-техническая конференция «Перспективы развития технических средств обучения для подготовки войск (сил), органов управления тактического звена Сухопутных и Воздушно-десантных войск, береговых войск ВМФ на период до 2020 года», Тула, 2010.
Публикации по теме. Основное содержание диссертации отражено в четырех научных работах, из них одна в ведущем журнале, рекомендованном ВАК РФ, одном отчете по ОКР, одной заявке на патент.
Структура и объём работы. Результаты работы изложены на 125 страницах текста, содержащего 16 таблиц, 24 рисунков. Список использованных источников включает 66 наименований. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы.
