ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2016 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,493
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,389
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,732
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,364
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,303
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 5022
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 355
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 499
Десятилетний индекс Хирша: 11
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год: 304
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 11

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2016 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

2
Ожидается:
16 Марта 2018

Основы разработки и создания интегрированных учебно-тренажерных комплексов для оснащения центров подготовки специалистов по управлению динамическими объектами

Basics of development and creation of integrated educational and training complexes for equipping dynamic objects management training centers
Статья опубликована в выпуске журнала № 3 за 2013 год. [ на стр. 3-10 ][ 26.08.2013 ]
Аннотация:Рассматриваются задачи разработки и создания интегрированных учебной и тренажерной баз на основе перспективных технологий, виртуализации и центров обработки данных для интеграции единого комплекса, создания информационного полигона для проведения тренировок и занятий, осуществления непрерывного процесса подготовки специалистов по управлению динамическими объектами. Множество разработанных поколений тренажеров, имею-щих различные пользовательские и программные интерфейсы,территориально расположенные в разных помещени-ях и зданиях учебного центра, довольно трудно контролировать, как и осуществлять управление при все возрастаю-щей сложности задач подготовки специалистов. При этом актуальными задачами являются проектирование и одно-кратная разработка такой системы или комплекса, который может быть неоднократно модернизирован и использован как изделие двойного или тройного назначения, к примеру, для начальной подготовки и ознакомления обучаемых, тренажерной подготовки специалистов и восстановления навыков с использованием руководства обучением или записанных ранее занятий. Синтез передовых информационных технологий, многолетнего опыта разработки космических тренажеров и актуальных задач подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов позволит создать теоретические, а потом и практические основы проектирования технических средств подготовки специалистов нового поколения.
Abstract:The article describes design and development of integrated training and simulator framework based on advanced technologies, virtualization and datacenter for united set integration, creation of range information system for dynam-ic objects management trainings. It is quite difficult tocontrol a lot of developed simulators generations that have various us-er and program interfaces, located in different rooms and buildings of training center. Besides, the complexity of specialists training is increasing. The relevant objective is designand single-shot development of such system or complex, which can be repeatedly upgraded and used as a product of double or triple purpose. For example, for initial preparation and acquaintance of trainees, training of specialists and restoration of skills using educational management or lessons written down earlier. Synthesis of advanced information technologies, developing space simulators experience and relevant objectives oftraining manned spacecraft crews will allow creating theoretical and practical basis for new generation design of training technical equipment.
Авторы: Шукшунов В.Е. (secretct@gmail.com) - Центр тренажеростроения и подготовки персонала, г. Москва, г. Москва, Россия, доктор технических наук, Янюшкин В.В. (vadim21185@rambler.ru) - Донской филиал Центра тренажеростроения, г. Новочеркасск, г. Новочеркасск, Россия, кандидат технических наук
Ключевые слова: учебнаяи тренажерная базы., виртуализация ресурсов, hyper-v, vmware vsphere, центр обработки данных, технические средства подготовки космонавтов, тренажер
Keywords: training and study base, virtualization of re-sources, hyper-v, vmware vsphere, data-processing centre, cosmonaut training technical means, simulator
Количество просмотров: 6862
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (13.63Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.39Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Новые системные решения при организации процесса обучения специалистов обусловливаются современными тенденциями проектирования сложных распределенных систем и тренажеров. Немаловажной задачей является модернизация существующих учебной и тренажерной баз с учетом применения передовых программных и технических средств. Крупнейшими пользователями специализированных тренажеров являются учебные центры по подготовке космонавтов, гражданских и военных моряков, пилотов воздушных судов.

Главной задачей, решаемой с помощью российских космических тренажеров, является подготовка космонавтов для полетов на российских пилотируемых космических аппаратах (ПКА) и Российском сегменте Международной космической станции (РС МКС). Данная задача успешно решается с применением широкого спектра учебной и тренажерной баз, технических средств подготовки космонавтов (ТСПК). Множество ТСПК, разработанных в разное время, используют различные технологии обмена данными, системы виртуальной реальности (СВР), конструктивы пультов контроля и управления (ПКУ), поэтому в настоящее время находятся на разных ступенях эволюции поколений тренажеров [1].

Наличие множества задач накладывает свою специфику на разработку единой программы непрерывного обучения космонавтов, которая должна быть совмещена с имеющимися учебной и тренажерной базами. Такое единство позволит расширить методические возможности ТСПК, повысить качество подготовки космонавтов к полетам на существующих и перспективных ПКА за счет введения новых форм и методов обучения, контроля знаний, расширения имеющихся наборов виртуальных экспериментов, проводимых на борту РС МКС, создания новых возможностей управления моделями ПКА и систем РС МКС, повышающих степень адекватности реальным объектам.

В действительности компоненты учебной и тренажерной баз мало интегрированы между собой в единую информационную систему, поэтому особенно актуальными задачами являются проектирование и внедрение единого учебно-тренажер­ного комплекса. На смену экстенсивному пути развития по наращиванию объемов данных и вычислительных мощностей комплекса учебной и тренажерной баз, а также разобщенным локальным решениям должна прийти новая идеология построения систем, которая позволит решить следующие задачи:

–      удовлетворение потребности в хранении и обработке больших объемов данных учебно-мето­дического материала, БД тренажеров, вспомогательных систем, систем хранения архива фото- и видеоматериалов при сокращении затрат на закупку новых средств технической базы и ее размещение в условиях ограниченных площадей;

–      обеспечение единства и непрерывности процесса обучения и подготовки специалистов как на существующих специализированных тренажерах, комплексе тренажеров РС МКС, функционально-моделирующих стендах (ФМС), так и на новых ФМС и тренажерах перспективных ПКА;

–      обеспечение процесса перехода в используемых тренажерах и ФМС к приближению тренировочного процесса управления полетом РС МКС, в основе которого лежат задачи специалистов центра управления полетами (ЦУП) и главной оперативной группы управления (ГОГУ);

–      организация в общей сети элементов доступа к единому информационному пространству и выделенным ресурсам для осуществления удаленного мониторинга, контроля состояния и управления, в том числе с применением беспроводных мобильных устройств.

Технологии и стандарты для решения задач разработки, проектирования и развития учебно-тренажерной базы. Некоторые вопросы проектирования тренажеров нового поколения, в том числе интеграция различных функциональных возможностей и используемых технологий во множество архитектур, были рассмотрены в [2].

Для комплексного решения задач разработки, проектирования и развития учебно-тренажерной базы необходимо использовать прорывные инновационные технологии, охватывающие масштабные области: от новых подходов в организации серверных технологий и центров обработки данных (ЦОД) до всеобщей мобильности и организации защищенного сетевого доступа (рис. 1), а именно:

–      создание современного ЦОД, способного обеспечить непрерывную и эффективную работу и с корпоративными ресурсами, и с комплексом учебных и тренажерных средств;

–      применение технологий виртуализации, обеспечивающих выделение необходимого количества ресурсов для функционирования компонент тренажерной и учебной баз;

–      переход с клиент-серверной на сервис-ори­ентированную архитектуру в разработке и развитии ПО тренажеров и систем обучения с применением облачных технологий в рамках организации, что позволит обеспечить всех пользователей набором универсальных интерфейсов с необходимой функциональностью;

–      обеспечение всеобщей мобильности и возможности запуска сервисов и корпоративных приложений на персональных планшетах и мобильных компьютерах, а также внедрения в качестве ПКУ сенсорных мониторов.

В основе используемых технологий должна лежать виртуализация ресурсов сервера, что в ряде случаев может дать следующие положительные результаты:

–      сокращение затрат на работу и обслуживание физических серверов за счет увеличения использования оборудования (можно уменьшить количество оборудования, необходимого для выполнения моделирования и хранения информации);

–      повышение эффективности разработки и тестирования за счет уменьшения времени на установку оборудования, ПО и воспроизведение среды тестирования (использование новых программных сред и систем в ТСПК);

–      повышение доступности и надежности сервера без использования такого количества физических компьютеров, которое потребовалось бы в отказоустойчивой конфигурации, использующей только физические компьютеры.

Для развертывания подобной системы необходимо использование специализированных операционных систем, таких как VMware vSphere, Microsoft Hyper-V, вспомогательного ПО System Center 2012–Virtual Machine Manager (VMM) и технологий виртуализации приложений.

VMware vSphere – это платформа виртуализации, включающая службы инфраструктуры, котоПодпись:  Рис. 1. Технический и программный облик учебно-тренажерной базырые преобразуют оборудование в общую вычислительную платформу, и службы приложений, с помощью которых можно добиться максимального уровня доступности, безопасности и масштабируемости [3]. Основные службы обеспечивают возможности надежной виртуализации, сокращения расходов для хранилищ, визуализацию, контроль и масштабируемость для сетей виртуальных машин [4]. Операционная система vSphere помогает превратить существующие ЦОД в частные облака, обеспечивающие более эффективное и экономичное управление существующими при- ложениями, а также способствующие формиро- ванию гибких тренажеров и их ресурсов, пре- доставляемых по требованию. Внедрение vSphere в качестве платформы частного облака позволит применять новые методы организации вычислительного процесса, создавать набор гибких и эффективных методов предоставления интерфейсов доступа для управления.

Другая система, Hyper-V, предоставляет программную инфраструктуру и основные средства управления, которые можно использовать для создания виртуализованной среды сервера и управления ею [5]. Hyper-V представляет собой виртуальную среду, работающую непосредственно на аппаратном уровне, без обменов с операционной системой компьютера; архитектура Hyper-V состоит из гипервизора микроядра, родительских и дочерних разделов [6]. Гостевые виртуальные машины запускаются из дочерних разделов Hyper-V. Дочерние разделы поддерживают два типа виртуальных машин: в первую группу входят машины с системами Windows Server 2003, Windows Vista, Server 2008 и Linux (поддерживающими Xen); во вторую – с системами Windows NT, Windows 2000 и Linux (без поддержки технологии Xen, например SUSE Linux Server Enterprise 10).

Комплекс программ System Center 2012–VMM является решением для управления виртуализованным ЦОД, позволяющим настраивать и контролировать узлы виртуальных машин, сеть и ресурсы хранения с целью создания и развертывания виртуальных машин и служб в частных облаках [7]. Решения для управления облачными сервисами и ЦОД System Center 2012 предоставляют общий набор инструментов для управления частными и общедоступными облачными приложениями и службами.

Технология виртуализации приложений App-V позволяет сделать приложения доступными для компьютеров конечных пользователей без необходимости установки на них приложений. Это стало возможным благодаря процессу, называемому виртуализацией приложений, при котором каждое приложение может работать в собственной автономной виртуальной среде на клиентском компьютере [8].

Подпись:  
Рис. 2. Единый комплекс учебной и тренажерной баз
Анализ и использование данного ПО для работы с аппаратной составляющей ЦОД обеспечит применение таких методик, как моделирование служб, конфигурация служб и управление на основе образов виртуальных машин для функционирования единого комплекса учебной и тренажерной составляющих с набором различных потребителей ресурсов. На рисунке 2 представлен единый комплекс учебной и тренажерной баз, где центральной частью является программное и аппаратное обеспечение конфигурируемого ЦОД, предоставляющего необходимые ресурсы набору клиентов.

Предложенные технологии и ПО по созданию единого информационного пространства и общесистемной архитектуры тренажеров позволят решить актуальные задачи подготовки всего спектра специалистов в каждой определенной отрасли на существующих и перспективных средствах, объединить потоки данных и ресурсы всех имеющихся средств, интегрировать территориально удаленные тренажеры и комплексы, обеспечить аппаратными и программными средствами высокую надежность вычислительного процесса.

Трансформация и переход к новым технологиям в учебной и тренажерной базах. На первых этапах для решения поставленных задач модернизации и развития необходимо выбрать набор тренажеров и систем ПО (БД, систем хранения и обучения) для пилотного внедрения предлагаемых решений с последующей разработкой специализированного интегрирующего ПО. Следующим этапом станет создание технического комплекса ЦОД для размещения интегрированных пользовательских и информационных сервисов учебной и тренажерной баз с виртуализацией и выделением необходимых ресурсов.

В целом данное решение предполагает постепенный переход от клиент-серверной парадигмы взаимодействия приложений к сервис-ориентиро­ванной архитектуре (рис. 3), при котором можно управлять не только инфраструктурой центра данных или виртуальными машинами, но и жизненным циклом приложения или службы.

Подпись:  
Рис. 3. Иллюстрация направления развития архитектур обмена данными
На рисунке 3 в процентном соотношении показана доля информации (результатов моделирования, обращения к БД и системам хранения), циркулирующей по каналам связи системы, при этом основные обмены осуществляются в рамках ЦОД – 75 %, в то же время с 95 до 25 % снижаются нагрузки и на каналы связи при доставке данных пользователям [9]. Таким образом, подобное решение даст преимущества при разработке и наращивании новых систем, оптимальном распределении производительности без простоев, позволит быстро и менее ресурсоемко интегрировать новые приложения учебной и тренажерной баз, а также модернизировать существующие.

Подпись:  Рис. 4. Пилотное внедрение в рамках модернизации и развития комплекса тренажеровНапример, современный комплекс тренажеров РС МКС обладает существенными недостатками, такими как относительная разобщенность технологий разработки, наличие множества локальных тренажеров, отсутствие взаимосвязи с другими тренажерами и объектами. Предлагаемое решение позволит интегрировать работу персонала, связать с новыми задачами, возможностями других комплексов, получить качественно новые режимы проведения занятий. Предлагается ввести интегрирующий комплекс с набором единых интерфейсов доступа, который обеспечит возможности работы с ресурсами тренажеров удаленным клиентам для контроля и наблюдения за проведением тренировок (рис. 4).

Подпись:  Рис. 5. Принцип интеграции и формирования единого информационного пространстваВажной задачей, связанной с разработкой теоретических основ проектирования тренажеров и систем обучения операторов управлению сложными динамическими объектами, является определение архитектурного и структурного построения ТСПК. Она решается на первых этапах при проектировании новых систем, но в случае модернизации и развития учебной и тренажерной баз разработчики сталкиваются с набором уже существующих локальных решений и комплексных тренажеров, поэтому должны рассматриваться варианты интеграции набора автономно функционирующих тренажеров и создания единого интегрированного тренажерного комплекса (рис. 5). Существующая структура тренажерной базы учебных центров подготовки специалистов, сочетающая в себе как локальные тренажеры, так и единые тренажерные комплексы, требует модернизации с введением в каждый тренажер шлюзов обмена с информационным пространством, что и станет связующим звеном в объединении автономных тренажеров между собой и с другими комплексами ТСПК. В структуру тренажеров вводится дополнительное ПО в виде специализированных шлюзов приема и отсылки данных, которые позволят осуществлять обмены с использованием универсального набора интерфейсов информационно-моделирующей среды. Единая информационная среда содержит в себе интегрированные БД, наборы модельного мира каждого тренажера и каналы связи между всеми составными частями тренажеров, функционально-моделирую­щих стендов и систем обучения.

Единый интегрированный тренажерный комплекс, формируемый из типовых программно-аппаратных модулей, существующих тренажеров, имеющих стандартный интерфейс, можно представить в виде набора шести взаимосвязанных функциональных уровней. Уровень 1 – единое информационное пространство учебной и тренажерной баз – содержит БД, наполнение систем хранения, объекты модельного мира, циркулирующие в системе. Уровень 2 – программное и аппаратное обеспечение единого ЦОД организации – содержит набор физических серверов с процессорными и дисковыми мощностями для моделирования, хранения и обеспечения доступа, виртуализации ресурсов на основе распространенных программных средств. Уровень 3 – набор универсальных интерфейсов для обеспечения доступа и управления – содержит разработанные типовые интерфейсы доступа к ресурсам, системам обу- чения, построенные с применением сервис-ориен­тированной технологии. Уровень 4 – набор кор- поративных клиентов в рамках организации (внутренняя инфраструктура) – содержит подсистемы контроля виртуализированных ресурсов, работы тренажеров, наблюдения и администрирования всего комплекса. Уровень 5 – набор интегрированных клиентов в рамках организации (инфраструктура организации) – содержит рабочие места операторов и инструкторов, обучающихся на ФМС и СВР. Уровень 6 – интеграция с внешними клиентами и организациями (сетевая инфраструктура Internet) – содержит набор удаленных пользователей информационных ресурсов, сайтов и БД организации. При такой организации системы информация до потребителя циркулирует от уровня 1 до уровня 5 или 6, обеспечивая оптимизацию потоков данных между потребителями, надежность информации и логическое разделение процесса моделирования и хранения ресурсов.

В таблице показана реальная практическая ценность внедрения предлагаемых решений в учебной и тренажерной базах типового центра подготовки специалистов, приведен анализ состояния существующих показателей надежности использования вычислительных ресурсов и мощностей и состояния после частичного или полного внедрения программных и технический решений. Наибольшее значение имеют показатели интегрированности, надежности вычислительных мощностей и хранимой информации, а также качественно нового подхода к совместному использованию дорогостоящих вычислительных ресурсов.

В процессе разработки и создания интегрированной учебной и тренажерной баз на основе перспективных технологий актуальным является применение распределения физических ресурсов между отдельными задачами и функциями тре- нажеров. Создание современного ЦОД для интеграции существующих и перспективных систем позволит решить актуальные проблемы осуществления непрерывного процесса подготовки специалистов по управлению динамическими объектами. Показанная практическая ценность и эффективность предлагаемых подходов по снижению рисков выхода из строя оборудования, уменьшению стоимости используемых вычислительных мощностей в целом повышают оперативность и готовность комплекса учебно-тренажерной базы, гибкость конфигурирования систем и надежность, которая должна быть обеспечена при подготовке широкого спектра специалистов.

Литература

1.     Шукшунов В.Е., Циблиев В.В., Потоцкий С.И. Тренажерные комплексы и тренажеры. Технологии разработки и опыт эксплуатации. М.: Машиностроение, 2005. 384 с.

2.     Шукшунов В.Е., Янюшкин В.В. Проектирование тренажерно-моделирующих комплексов нового поколения // Программные продукты и системы. 2012. № 4. С. 192–200.

3.     Кусек К., Ван Ной В., Дэниел А. Администрирование VMware vSphere 5. Для профессионалов. СПб: Питер, 2013. 384 с.

4.     Михеев М.О. Администрирование VMware vSphere 5. М.: ДМК Пресс, 2012. 504 с.

5.     Обзор Hyper-V. URL: http://technet.microsoft.com/ru-ru/library/cc770901.aspx (дата обращения: 14.02.2013).

6.     Расскажите подробнее о Hyper-V. URL: http://vds.data-xata.com/faq/hyperv.html (дата обращения: 14.02.2013).

7.     System Center Virtual Machine Manager (SCVMM) 2012. URL: http://www.microsoft.com/ru-ru/server-cloud/system-center/ virtual-machine-manager-2012.aspx (дата обращения: 18.02.2013).

8.     Обзор системы Application Virtualization. URL: http://technet.microsoft.com/library/ee958112.aspx (дата обраще­ния: 18.02.2013).

9.     Dude, where's my business logic? URL: http://www.code­project.com/Articles/10746/Dude-where-s-my-business-logic (дата обращения: 2.04.2013).

References

1.     Shukshunov V.E., Tsibliev V.V., Potocky S.I., Trenazher­nye kompleksy i trenazhery. Tekhnologii razrabotki i opyt eksplu­atatsii [Training complexes and simulators. Design technique and field experience], Moscow, Mashinostroenie, 2005.

2.     Shukshunov V.E., Yanyushkin V.V., Programmnye produkty i sistemy [Software and Systems], 2012, no. 4, pp. 192–200.

3.     Kusek Ch., Van Noy V., Daniel A., VMware vSphere 5 Administration Instant Reference, Sybex, 2nd edition, 2011.

4.     Mikheev M.O., Administrirovanie VMware vSphere 5 [Administration of VMware vSphere 5], Moscow, DMK Press, 2012.

5.     Obzor Hyper-V [Review of Hyper-V], available at: http://technet.microsoft.com/ru-ru/library/cc770901.aspx (accessed 14 February 2013).

6.     Rasskazhite podrobnee o Hyper-V [amplify on Hyper-V], available at: http://vds.data-xata.com/faq/hyperv.html (accessed 14 February 2013).

7.     System Center Virtual Machine Manager (SCVMM) 2012, available at: http://www.microsoft.com/ru-ru/server-cloud/system-center/virtual-machine-manager-2012.aspx (accessed 18 February 2013).

8.     Obzor sistemy Application Virtualization [Review of Application Virtualization system], available at: http://technet.micro­soft.com/library/ee958112.aspx (accessed 18 February 2013).

9.     Dude, where's my business logic? available at: http://www. codeproject.com/Articles/10746/Dude-where-s-my-business-logic (accessed 2 April 2013).


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=3550
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (13.63Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.39Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 3 за 2013 год. [ на стр. 3-10 ]

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: