Software & Systems

Концепция разработки перспективных радиолокационных станций (РЛС) основана на двух новейших технологиях – высокой заводской готовности (ВЗГ) и открытой архитектуры.

При разработке РЛС ВЗГ используются конструктивные и аппаратурные решения, позволяющие из унифицированного набора структурных узлов формировать радиолокаторы с тактико-техническими характеристиками, соответствующими оперативно-тактическим требованиям по месту дислокации.

Обработка радиолокационной информации об обнаруженных целях, их распознавание (классификация), сопровождение и выдача данных о воздушно-космической обстановке в РЛС ВЗГ осуществляются автоматически в соответствии с программно-реализованными боевыми алгоритмами, практически без участия человека. На высоком технологическом и программно-алгоритмическом уровнях в этих станциях также решаются вопросы управления энергоресурсами, контроля функционирования и технического состояния РЛС.

Вместе с тем информационная поддержка эксплуатации РЛС ВЗГ осуществляется неавтоматизированным способом. Должностные лица, эксплуатирующие РЛС, вынуждены вручную выполнять набор статистических данных о результатах функционирования станции и устройств, входящих в ее состав, вручную вести для этого десятки документов установленной формы, делать расчет оценок надежности, запаса ресурса комплексов, устройств и элементов замены, решать другие задачи информационной поддержки эксплуатации РЛС.

Для устранения несоответствия между степенью автоматизации управления боевым функционированием РЛС ВЗГ, управления ее энергоресурсами, контроля функционирования и технического состояния и степенью автоматизации управления процессами информационной поддержки эксплуатации станции в НИИ «Центрпрограммсистем» (г. Тверь) разрабатывается специальный программный комплекс (ПК) автоматизированной системы поддержки эксплуатации (АСИПЭ).

Программный комплекс должен обеспечить решение следующих основных задач:

-     формирование и ведение БД компонентов РЛС ВЗГ и элементов ЗИП;

-     информационная поддержка лиц боевого расчета КП РЛС;

-     выполнение расчетов характеристик надежности и запаса ресурса основных устройств станции;

-     ведение учета наличия, расхода и движения элементов ЗИП, определение потребности и прогнозирование состава ЗИП по результатам эксплуатации РЛС за определенный период;

-     автоматизация документооборота по информационной поддержке РЛС ВЗГ.

Важнейшее значение для автоматизации процесса информационной поддержки эксплуатации РЛС ВЗГ имеет разработка программы решения задачи расчета характеристик надежности основных устройств станции. Расчет осуществляется в соответствии с методикой, разработанной на основе РД 50-690-89 и учитывающей конструктивные особенности и условия штатной эксплуатации РЛС ВЗГ. При этом в качестве объектов сбора статистики (ОСС) выбираются составные части аппаратуры РЛС, являющиеся функционально-законченными устройствами и входящие в структурную схему надежности РЛС ВЗГ в качестве ее нерезервированных элементов.

Оценка показателей надежности ОСС проводится по экспериментальным данным об их отказах, наработках между отказами и времени восстановления и заключается в получении точечных и интервальных оценок наработки на отказ (То) и среднего времени восстановления (Тв).

Полученные оценки показателей надежности ОСС используются:

−    для реализации расчетно-экспериментального метода (РЭМ) оценки надежности РЛС ВЗГ в целом и принятия решения по ее результатам о необходимости разработки мероприятий по повышению надежности и определению их характера;

−    для оценки эффективности доработок РЛС, проведенных с целью повышения ее надежности;

−    при решении вопросов, связанных с предъявлением рекламаций из-за несоответствия РЛС требованиям по надежности и т.д.

Конструктивные особенности РЛС ВЗГ и условия ее штатной эксплуатации обусловливают использование для организации наблюдений и сбора информации о характеристиках безотказности аппаратуры плана испытаний [NMT], а о характеристиках ремонтопригодности – плана испытаний [NMr], для которых исходными данными для оценки соответствующих характеристик надежности служат:

-     выборочные значения наработки между отказами t1,t2,...,td;

-     выборочные значения времени восстановления tв1,tв2,...,tвd;

-     продолжительность наблюдений Т;

-     объем выборки N (для плана [NMT] – количество устройств ОСС одного наименования в составе РЛС ВЗГ, для плана [NMr] – количество проведенных ремонтов на объекте эксплуатации в течение фиксированного периода наблюдений;

-     предельная относительная ошибка ε, характеризующая точность оценки;

-     доверительная вероятность q, характеризующая достоверность оценки.

Для экспериментальной оценки показателей надежности используется параметрический метод в предположении, что время безотказной работы и время восстановления аппаратуры распределены по экспоненциальному закону. При этом для плана [NMT] применяются следующие формулы:

·     для вычисления точечной оценки средней наработки на отказ: , где  – точечная оценка параметра потока отказов;

·     для вычисления точечной оценки параметра потока отказов: , где d – количество учитываемых отказов;

·     для вычисления верхней доверительной границы средней наработки на отказ: , где  – нижняя доверительная граница параметра потока отказов;

·     для вычисления нижней доверительной границы параметра потока отказов: , где  – функция c2-распределения;

·     для вычисления нижней доверительной границы средней наработки на отказ: , где  – верхняя доверительная граница параметра потока отказов;

·     для вычисления верхней доверительной границы параметра потока отказов: ;

·     для проверки точности полученных оценок средней наработки на отказ: , где  – относительная ошибка средней наработки на отказ.

Если полученное значение  больше тре- буемого , для обеспечения точности оценок необходимо продолжить сбор статистической информации.

Для вычисления оценок среднего времени восстановления по плану [NMr] в формулах вместо параметра потока отказов (λ) используется параметр потока восстановлений (μ), а для точечной оценки и оценок доверительных границ этого параметра используются следующие выражения:

-     для вычисления точечной оценки среднего времени восстановления: , где  – точечная оценка параметра потока восстановлений;

-     для вычисления точечной оценки параметра потока восстановлений: , где r – общее количество неисправностей;

-     для вычисления верхней доверительной границы среднего времени восстановления: , где  – нижняя доверительная граница параметра потока восстановлений;

-     для вычисления нижней доверительной границы параметра потока восстановлений:

, ;

-     для вычисления нижней доверительной границы среднего времени восстановления: , где  – верхняя доверительная граница параметра потока восстановлений;

-     для вычисления верхней доверительной границы параметра потока восстановлений:

, ;

-     для проверки точности полученных оценок среднего времени восстановления: , где  – относительная ошибка среднего времени восстановления.

Если полученное значение  больше требуемого , для обеспечения точности оценок необходимо продолжить сбор статистической информации.

Одной из основных программ АСИПЭ является программа расчета запаса ресурса основных устройств станции.

Запас ресурса для составной части РЛС ВЗГ рассчитывается в следующем порядке:

а) расчет запаса ресурса j-го элемента замены k-й составной части РЛС ВЗГ на время Т: Rjk(sp)=Rнjk–Rjk, где Rjk(sp) – запас ресурса j-го элемента замены k-й составной части на время Т; Rjk – израсходованный ресурс j-го элемента замены k-й составной части на время Т; Rнjk –назначенный ресурс j-го элемента замены k-й составной части.

б) расчет израсходованного ресурса j-го элемента замены k-й составной части РЛС ВЗГ: Rjk=Σ[rjk], где Rjk – израсходованный ресурс j-го элемента замены k-й составной части от первого включения; rjk – расход ресурса j-го элемента замены k-й составной части от включения до расчетного времени;

в) расчет ресурса j-го элемента замены k-й составной части РЛС ВЗГ за период от последнего расчета ресурса до нового расчета: rjk=(Т-t), где Т – расчетное время расхода ресурса составной части; t – время последнего расчета ресурса составной части, Т≥t.

Расчет запаса ресурса РЛС ВЗГ определяется в следующем порядке:

а) расчет запаса ресурса РЛС: Rrls(sp)=Rн–Rи, где Rrls(sp) – запас ресурса на время Т; Rи – израсходованный ресурс на время Т; Rн – назначенный ресурс.

б) расчет израсходованного ресурса РЛС ВЗГ: Rи=Σ[rrls];

в) расчет ресурса РЛС ВЗГ за период от последнего расчета ресурса до нового расчета: rrls=(Т-t), где rrls – расход ресурса за период от последнего расчета ресурса до расчетного времени; Т – расчетное время расхода ресурса; t – время последнего расчета ресурса, Т≥t.

Рассмотрим особенности разработки программного обеспечения автоматизированной системы информационной поддержки эксплуатации РЛС ВЗГ.

По действующим нормативно-техническим документам ПК АСИПЭ разрабатывается с применением программных средств базовых информационных защищенных компьютерных технологий: ОС Мобильной системы Вооруженных сил 3.0, СУБД «Линтер-ВС» 6.0, ПК «Офис» 1.0.

Поскольку специальное программное обеспечение должно разрабатываться на инструментальных средствах, прошедших сертификацию, при разработке ПК АСИПЭ используются программное средство «Конструктор» для языка С++, базирующееся на межплатформенной библиотеке Qt 3.3, и встроенные в общее программное обеспечение средства разработки компилятор gcc и процедурный язык PL/pgSQL. В технологических целях применяются командная оболочка bash, интерпретаторы perl, awk, sed, утилиты grep, tar, gzip, rpm и т.п.

ПК АСИПЭ разрабатывается в архитектуре клиент–сервер. При этом на сервере БД хранится и во многих случаях обрабатывается, а также выдается по запросам необходимая информация, а на функциональных АРМ формируются запросы к БД и обрабатываются возвращаемые по ним данные. Такая архитектура позволяет получать эффективные по соотношению цена–производительность решения стоящих перед ПК задач обработки информации, допускающих функциональное расширение и адаптацию к изменяющимся требованиям, в том числе возможный последующий переход на трехзвенную архитектуру, Web-технологии.

Основным информационным ядром ПК является БД, состоящая из взаимосвязанных по информации и управлению объектов (типов данных, последовательностей, таблиц, представлений, ограничений, индексов, хранимых процедур, триггеров и правил), предназначенных для хранения и обработки информации, необходимой для выполнения функций назначения комплекса. Принципами построения такой БД прежде всего являются: максимально комплексное отражение структуры предметной области в структуре БД, при которой иерархия объектов предметной области отражается в иерархию таблиц БД, отношения между объектами – в ссылки между таблицами, свойства и характеристики объектов – в поля таблиц; унифицированное хранение и обработка стандартизованной информации, прежде всего словарной, классификационной и нормативно-справочной; расширение метабазы от словаря БД (системных таблиц) до пользовательского уровня (прикладных таблиц) для поддержки унифицированных структур и механизмов.

Программный аспект БД реализуется специально разрабатываемыми хранимыми процедурами, в том числе возвращающими курсоры функциями, и заключается не только в реализации механизмов разделения доступа к данным и поддержания их целостности, но и в предоставлении общих унифицированных сервисов работы с данными наподобие прикладного программного интерфейса между сервером БД и обращающимися к БД клиентскими приложениями, а также в реализации в той или иной мере общей бизнес-логики приложений.

Хранимые процедуры предоставления унифицированных сервисов работы с данными и реализации бизнес-логики приложений составляют серверную часть специального программного обеспечения.

При такой архитектуре клиентским ядром специального программного обеспечения являются динамическая библиотека общих классов и построенный на шаблонах каркас приложения, обеспечивающие унификацию разработки, настройки и эксплуатации как внутри приложений, так и между ними.

Основным назначением динамической библиотеки является управление объектами взаимодействия с общим программным обеспечением и сервисами БД, предоставляемыми для работы с данными, и формирования унифицированного пользовательского интерфейса. Каркас приложения базируется на шаблонах главного меню и основных форм пользовательского интерфейса и реализует свою функциональность обращениями к динамической библиотеке общих классов.

Базовая функция автоматизации повседневной деятельности должностных лиц – формирование документов в среде «Офис» 1.0 – реализуется путем предварительного создания шаблонов документов и последующей генерацией документов по их шаблонам посредством соответствующих обращений к динамической библиотеке общих классов. Шаблоны документов создаются в той же среде, для которой генерируются документы, что гарантирует идентичность формы документа его шаблону, с простановкой и спецификацией в шаблоне анкеров данных, обеспечивающих заполнение элементов формы документа привязанной к ним информацией из БД или внешних файлов.

Для документов со структурой, не примитивно зависящей от заполняющей их информации (например, не включение/исключение абзаца, а формирование шапки и количества столбцов таблицы), предварительно создаются меташаблоны документов, по которым в процессе генерации документов динамически формируются их шаблоны.

В процессе развития и реализации описанной технологии разработаны программы ПК АСИПЭ «Формирование и ведение БД компонентов РЛС ВЗГ и ЗИП», «Ведение учета наличия и расхода ЗИП для РЛС ВЗГ».

Особенностями их разработки являются:

-     размещение метаинформации не в прикладных таблицах метабазы, а в системных таблицах комментариев словаря БД;

-     использование для создания пользовательского интерфейса дизайнера Qt наряду с классом SQLForm динамической библиотеки общих классов;

-     использование класса OfficeDoc этой же библиотеки для генерации документов по их шаблонам в среде программного средства «Текст» из состава ПК «Офис» 1.0.

Дальнейшее развитие технологии разработки ПК АСИПЭ от архитектуры клиент–сервер к трехзвенной архитектуре обусловливается прежде всего необходимостью обеспечения Интернет-сервисов при удаленном доступе.

Трехзвенная архитектура предполагает наличие клиентского приложения («тонкий клиент»), подключенного к серверу приложений, который, в свою очередь, подключен к серверу БД. Клиентское приложение является интерфейсом пользователя, по требованиям безопасности не имеющим прямых связей с БД, не нагруженным бизнес-логикой для масштабируемости и не хранящим состояния приложения для надежности, выполняющим несложные операции с вводимыми и загруженными из БД данными. Основная часть бизнес-логики выполняется сервером приложений, а на сервере БД хранятся данные и поддерживается их целостность. При значительном перенесении бизнес-логики в хранимые процедуры БД функции сервера приложений сводятся к программному интерфейсу между двумя другими компонентами архитектуры. Ценой более высоких сложности разработки и администрирования, стоимости серверного оборудования и каналов связи между серверами достигаются более легкая переконфигурируемость, высокие масштабируемость, надежность и безопасность, низкие стоимость клиентского оборудования и требования к каналам связи между ними и сервером приложений.

В качестве основы трехзвенной архитектуры выбран шаблон «модель–представление–контроллер», позволяющий разделить данные, отображение информации и обработку действий пользователя на три отдельных компонента. По сути модель содержит данные, которые выдает представлению, и реагирует на запросы контроллера, изменяя свое состояние. Представление отвечает за пользовательский интерфейс. Контроллер интерпретирует действия пользователя и информирует модель и представление о необходимости соответствующих изменений состояния модели и пользовательского интерфейса. Представление и контроллер зависят от модели, а она от них не зависит, что позволяет строить модель независимо и создавать для нее различные представления, например, для любого клиентского оборудования. Если разделение компонентов представления и контроллера на клиентское приложение и сервер приложений очевидно, то реализация модели на серверах приложений и БД может существенно отличаться в зависимости от решений разработчика и используемых средств разработки.

Программы гипертекстовой обработки данных «Сервер ГОД» и «Клиент ГОД» из числа разрешенных к поставке средств базовых информационных защищенных компьютерных технологий выбраны в качестве технологической платформы, лежащей в основе Web-технологий гипертекстовой обработки данных. Программа «Сервер ГОД» является типичным Web-сервером и предназначена для организации доступа клиентов к гипертекстовым данным, расположенным на сервере, по сети с использованием сетевых сокетов в соответствии с протоколом IP с поддержкой основных методов протокола http, а также формирования этих гипертекстовых данных начиная с CGI-интерфейса и заканчивая программами, написанными на языках php и Java.

Программа «Клиент ГОД» как типичный Web-браузер имеет графический пользовательский интерфейс и предназначена для работы с гипертекстовыми документами, реализованными на языке html с использованием языка JavaScript, содержащими текст и ссылки на графическую и мультимедийную информацию, размещенными как в локальной файловой системе, так и в сети посредством стандартных протоколов ftp и http.

К основным средствам разработки специального программного обеспечения в этой технологии добавляются программа «Средство разработки ГОД» и комплекс программ «Средство разработки JAVA-ГОД» из состава базовых информационных защищенных компьютерных технологий.

Литература

РД 50-690-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным. – М.: Госкомитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1990.