Программные продукты и системы

Опыт пилотируемых полетов показал необ- ходимость и эффективность постоянной мето- дической, технологической и информационной поддержки деятельности членов экипажей.

В существующей системе методического обеспечения основным средством отображения информации является бортовая и оперативная до- кументация – комплект инструкций, регламен- тирующих действия экипажей по управлению служебными системами и целевыми нагрузками. Бортовая документация разработана с использованием специальных приемов представления информации, основная цель и назначение которых в том, чтобы максимально сжато выразить смысл в тексте бортовых инструкций [1].

Для формирования бортовой документации используются средства, которые позволяют компоновать методический материал, применяя стандартизованные обозначения и условные символы, схемы, рисунки, таблицы, фотографии, экранные форматы с поясняющими надписями и ссылками.

Существующая система информационного обеспечения деятельности экипажа показала свою эффективность и надежность. Это в значительной степени определяется тем, что создаваемая документация является хорошо структурированной, полной и достаточной.

При разработке таких инструкций ставятся следующие задачи:

-      получение и обработка исходных данных, предоставляемых проектными и кураторскими подразделениями;

-      разработка инструкций на основе исходных данных;

-      согласование и отработка бортовой документации на стендах и тренажерах;

-      корректировка документации по результатам отработки и согласования;

-      подготовка летных версий документации;

-      корректировка документации по результатам летных испытаний и эксплуатации.

Для их решения в рамках разработки многофункциональной информационной системы (МИС) необходимо предусмотреть создание наземного комплекса, который должен функционально обеспечить разработку и сопровождение инструкций в электронном виде.

Оператор системы при разработке электронных процедур использует программный комплекс с полным набором инструментов. Для оптими- зации работы исходные данные, получаемые в электронном виде (фото, видео, 3D), должны импортироваться в систему, после чего оператор производит их корректировку и интегрирует в тело инструкций.

Бортовая документация Международной космической станции (МКС) – это около 30 книг толщиной 3 см каждая, которые все время меняются. Инструкция для космонавта может выглядеть так:

-      выполнить три действия из книги 1-й на странице пять;

-      перейти в книгу 8-ю и сделать четыре пункта;

-      потом опять вернуться в книгу 1-ю.

Из-за сложности действий навигации по документации возникают ошибки, уходит много времени.

Целью создания МИС поддержки деятельности экипажа является решение задачи методического обеспечения действий экипажа на основе создания программно-технического комплекса, обеспечивающего формирование, поддержку в актуальном состоянии и использование на борту МКС электронных версий бортовой документации в удобном для пользователя формате. Для этого всю бортовую документацию необходимо сформировать в виде структурированного электронного руководства, обеспечивающего предоставление методической и технологической информации конкретному пользователю в нужные место и время. В качестве сценария функционирования комплекса целесообразно использовать информацию бортового детального плана полета.

В составе МИС должны быть созданы два комплекса: наземный и бортовой (см. рис. 1).

Наземный комплекс обеспечивает поддержку в актуальном состоянии версий инструкций бортовых процедур и их взаимосвязей, оперативную разработку и корректировку переменной информации для бортовых процедур, управление обменом информацией с бортовым комплексом МИС и синхронизацию данных в бортовом и наземном комплексах, интегрированность в информационные системы корпорации.

Наземный комплекс разрабатывается, исходя из технологии оперативного формирования актуального документа по принципу единого источ- ника на основе использования корпоративных систем Windchill и Arbortext, с учетом информационного взаимодействия с информационными системами предприятия заказчика.

Бортовой комплекс должен обеспечивать хранение на борту МКС электронной бортовой документации, быстрый поиск необходимой инфор- мации на базе использования связей процедур с бортовым планом полета и между собой, а также отображение информации экипажу с учетом ранее выполненных и выполняемых в текущий момент времени операций.

В результате создания и внедрения МИС поддержки деятельности экипажа должны быть реализованы следующие задачи:

-      повышение качества, полноты, надежности и удобства использования методического обеспечения экипажей космических станций и транспортных кораблей на основе предоставления в электронном виде информационных данных, необходимых для безошибочного и безопасного выполнения заданной программы полета с использованием программно-технических средств;

-      повышение оперативности доступа к любому фрагменту бортовой документации (описанию процедуры) за счет использования гипертекстовых ссылок и наличия связей с детальным планом полета;

-      совершенствование процесса поддержания в актуальном состоянии всего массива бортовой документации с использованием информационной системы корпорации;

-      идентичность электронных версий бортовой документации и планов полета в бортовой и наземной частях МИС.

Для обеспечения выполнения указанных задач необходимо создать средства, позволяющие формировать, хранить в БД и отображать структурно упорядоченную информацию, обеспечивающую информационную поддержку работы членов экипажа на всех этапах полета.

При создании МИС поддержки деятельности экипажа должны быть реализованы следующие основные принципы:

-      технические, методические, информационные и общесистемные программные средства всех серверных и клиентских комплексов должны быть однотипны и совместимы, то есть унифицированы;

-      МИС должна иметь функционально-мо­дульную структуру с возможностью разработки и дополнения или замены отдельных модулей с целью расширения функциональных возможностей.

МИС должна быть открытой системой. Необходимо предусматривать возможность наращивания системы с учетом перспектив развития МКС (дооснащение станции новыми модулями, увеличение количества и типов грузовых и пилотируемых кораблей, продление срока эксплуатации, увеличение численного состава экипажа МКС). На основе проводимых разработок, исходя из требования открытости системы и функциональных требований, предложен программно-технический комплекс МИС (см. рис. 2).

Создаваемый комплекс обеспечивает разработку, сопровождение и управление многоуровневой электронной бортовой документацией, автоматическое внесение переменной информации в бортовые процедуры, быстрый поиск информации на базе использования связей процедур с бортовым планом полета и между собой, связь с фотобазой и системой инвентаризации, выполнение логических задач для принятия решений.

При создании нового программного комплекса разработки бортовых процедур необходимо осуществлять фрагментацию материала и формирование гиперсвязей, обеспечивающих возможность такой компоновки материала, чтобы, во-первых, осуществить его привязку к детальному плану полета, во-вторых, компактно, понятно и полно представить нужную в текущий момент информацию, и в-третьих, при выполнении комплексной полетной операции объединить материалы из разных разделов бортовой документации и радиограмм.

Решения, принимаемые в процессе создания МИС, должны обеспечивать корректное представление бортовой документации, идентичность и одновременность проведения всех изменений в наземном и бортовом комплексах, в частности, при введении новых систем и режимов работы оборудования, изменении методики проведения экспериментов и медицинских обследований, при реализации предложений экипажа и специалистов, исправлении ошибок и т.д.

Построение структуры БД полетных процедур требует обеспечения основных принципов организации хранилищ:

-      проблемно-предметная ориентация; данные объединяются в категории и хранятся в соответствии с областями, которые они описывают;

-      целостность данных; изменение одних объектов автоматически влечет соответствующее изменение других связанных с ними объектов.

Средства структурирования и хранения всего массива бортовой документации должны обеспечивать возможность использования информации различного характера (тексты, рисунки, схемы, таблицы, графики, звуковые, видеофайлы и файлы с флэш-анимацией, упакованные в SWF или FLV форматы и т.д.), в том числе сформированные программным комплексом формирования и использования электронных версий бортовых полетных процедур, а также переносимые из внешних источников.

Программный комплекс разработки бортовых процедур строится по принципу конструктора: из кирпичиков набирается требуемая конфигурация. В качестве кирпичиков могут использоваться элементарные действия, любые операции и стадии выполняемой полетной процедуры.

В МИС реализуются требования по разработке бортовой документации в виде последовательностей выполнения процедур (в соответствии со стандартами бортовой документации SSP-50253), предназначенных для выполнения отдельных операций, по обеспечению связей процедур с бортовым планом полета и между собой, по решению логических задач для обеспечения принятия решений экипажем и непрерывному сопровождению бортового комплекса МИС наземным контуром управления.

Бортовая документация МКС (ODF) представляет собой совокупность процедур (в данном документе процедур ODF) и справочной информации. Процедура ODF – это совокупность инструкций, используемых для решения определенных задач специально подготовленным персоналом, например операторами ЦУП и экипажем на борту, а также бортовым ПО, исполняющим процедуры. Решение указанных задач необходимо для управления работой и технического обслуживания систем станции, оборудования полезной нагрузки и пристыкованных космических аппаратов как в штатных, так и в нештатных условиях.

Стандартизация формата процедур, используемых международным экипажем на борту МКС, необходима в целях достижения согласованности, так как экипаж переходит из модуля в модуль и от одного вида деятельности к другому. Здесь рассматриваются стандарты на разработку процедур ODF, которые должны соблюдаться всеми участниками программы.

Дерево операций является основным системообразующим элементом, к узлам которого привязывается вся информация. В целях стандартизации описания, выделения состава типовых модулей и организации информационных связей в системе предлагается ввести следующую структуру классов объектов.

Элементарным объектом является действие – любая одиночная операция, зафиксированная в бортовой документации.

Следующим модулем, в котором агрегируется совокупность действий одного уровня, последовательно реализуемых в рамках выполняемой процедуры, является шаг соответствующего уровня, иначе говоря, шаг – это неделимый (законченный) набор элементарных действий.

Более крупным образованием может быть процедура – совокупность действий и шагов.

Реализация указанных принципов построения системы должна обеспечить, с одной стороны, более удобное первичное формирование бортовой документации, с другой – ее более удобное использование экипажем на борту МКС за счет выборки и предоставления пользователю самой необходимой в текущий момент оперативной информации.

Основные функциональные задачи МИС:

-      автоматизация процессов формирования и ведения распределенного информационного хранилища электронных гипертекстовых версий бортовой документации и справочных материалов;

-      предоставление эффективных и удобных средств поиска необходимых данных в хранилище и решения логических задач для оперативного принятия решений;

-      удобный интерфейс экипажа с системой;

-      разработка и корректировка информационных данных в части бортовой документации и оперативных данных (радиограмм) в максимально удобной для экипажа форме;

-      внесение оперативной (изменяющейся) информации в бортовые процедуры;

-      обмен данными с базой хранения архивной документации Ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия»;

-      обмен данными со специалистами главной оперативной группы управления (ГОГУ).

В состав МИС входят наземный и бортовой комплексы.

Наземный комплекс обеспечивает разработку бортовых процедур и их взаимосвязей, оперативную разработку переменной информации для бортовых процедур, управление обменом информа- цией с бортовым комплексом и синхронизацию данных в бортовом и наземном комплексах, обеспечение взаимодействия с информационной системой корпорации.

Специализированный стенд подготовки и отработки бортовых процедур включает четыре комплекса:

-      комплекс разработки бортовой документации по служебным системам РС МКС, транспортного пилотируемого корабля (ТПК), транспортного грузового корабля (ТГК);

-      комплекс разработки и корректировки бортовых процедур по целевым нагрузкам и медицинскому обеспечению;

-      комплекс разработки и корректировки бортовых процедур по внекорабельной деятельности (ВКД), техническому обслуживанию и ремонту;

-      комплекс для оперативной разработки процедур (радиограмм) и сопровождения в полете.

В целях отработки информационных средств сопровождения деятельности экипажа в состав каждого комплекса специализированного стенда дополнительно включены наборы планшетных компьютеров с операционной системой Windows, с операционной системой iOS (iPad new), а также компьютер с операционной системой MacOS (Apple iMac 21,5″), маршрутизатор с беспроводным доступом.

Все автоматизированные рабочие места комплексов стенда имеют доступ к локальной вычислительной сети (ЛВС) предприятия и ЛВС ГОГУ. Все программные средства, задействованные в работе МИС, совместимы с программными средствами ЛВС ГОГУ и РКК «Энергия».

Бортовой комплекс обеспечивает управление многоуровневым хранилищем электронной бортовой документации, быстрый поиск информации на базе использования связей процедур с бортовым планом полета и между собой, в перспективе – связь с фотобазой и системой инвентаризации, выполнение логических задач для принятия решений.

В состав наземной части МИС входят следующие модули:

-      хранилище данных (структурированная БД полетных процедур);

-      программный комплекс разработки бортовых процедур, включающий инструментальный блок, редактор инструкций, редактор интерфейса пользователя;

-      система оперативной корректировки бортовой документации;

-      система интерфейса пользователей (система отображения информации на терминалах пользователей);

-      система поддержки принятия решений (наземный модуль);

-      система обмена информацией с внешними комплексами.

В составе системы обмена информацией с внешними комплексами предусматривается создание модулей обмена информацией между наземным и бортовым комплексами, взаимодействия с группами ГОГУ, связи с автоматизированной системой планирования РС МКС, а также связи с другими информационными системами.

При выполнении функций архивирования данных, версионирования и поиска информации необходимо реализовать следующее:

-      поддержку процедур согласования, утверждения, хранения и передачи в архив электронной бортовой документации, используя действующую информационную систему предприятия;

-      организацию удобного администрирования при использовании единого интерфейса;

-      создание и сохранение критериев выбора объектов, подлежащих архивированию при помощи специального мастера;

-      архивирование и восстановление информации, связанной с бортовой документацией;

-      поддержку различных данных: файлов, документов, узлов, представлений и т.д.;

-      составление расписания архивирования данных;

-      учет связи данных с информацией из различных систем и исключение конфликтов при архивировании;

-      организацию интуитивно понятного интерфейса при поиске и восстановлении данных.

Поиск информации производится по множеству критериев (описанию документов) как среди актуальных документов, так и в архиве.

Программный комплекс разработки бортовых процедур обеспечивает возможность в короткое время интегрировать в единый документ различные информационные фрагменты, в частности, объединять заранее подготовленную типовую часть планируемой процедуры с текущими данными, уточняющими порядок выполнения, параметры настройки и другие сведения, необходимые для выполнения операции [2].

Программный комплекс разработки бортовых процедур обеспечивает удобный интерфейс пользователя и ориентирован на пользователя ПК со знаниями MS Windows, MS Office, не имеющего специальной подготовки в области программирования. Интерфейс комплекса включает набор инструментов, позволяющий производить форматирование текстового и графического материала при разработке и корректировке электронной бортовой документации. В пользовательском интерфейсе комплекса предусмотрены наборы символов, шрифтов, таблиц и шаблонов, использующихся при разработке существующей бортовой документации с учетом стандартов ODF.

Модуль интерфейса пользователя (МИП) обеспечивает интерактивное информационное взаимодействие оператора при работе с электронной версией бортовой документации в соответствии с ГОСТ Р 50.1.029-2001.

Необходимо предусмотреть следующие режимы взаимодействия оператора и информационного комплекса в рамках МИП: произвольный просмотр (ознакомление), интерактивная работа в процессе выполнения полетной операции, воспроизведение документированной сессии.

Информация в хранилище МИП структурирована по разделам (библиотека, книги, процедуры, действия). Для их воспроизведения МИП строится в многооконном варианте с распределением информации по типам окон с реализуемыми функциями (см. рис. 3).

В окне Библиотека воспроизводится дерево структуры бортовых документов; фокус дерева устанавливается на выбранный оператором раздел, обеспечивая контроль содержимого этого раздела.

Окно Оглавление отображает содержание выбранной бортовой инструкции и ее внутренней структуры.

В окне Процедура выводится информация о выполняемых действиях в соответствии с текстом бортовой инструкции.

Отображение справочной информации (справки, сообщения, комментарии, видеосюжеты, графика) производится с учетом возможности реализации режимов обязательной справки, фокуса-справки, запроса. Обязательная справка автоматически выводится в отдельном справочном поле в зависимости от ситуации и выполняемого действия. Фокус-справка выводится при наведении курсора на конкретную позицию; выход из фокус-справки осуществляется автоматически при снятии курсора с информационной позиции.

Окно Мультимедиа обеспечивает сопровождение текстового содержания набором необходимых медиа-элементов, которые выводятся с использованием виртуальных органов навигации. Виртуальные органы управления МИП позволяют осуществлять следующее:

-      работу с каталогами в перечисленных окнах;

-      связь МИП с бортовым детальным планом полета;

-      доступ к архиву вспомогательной информации;

-      выбор логических решений Да–Нет;

-      подтверждение выполнения операции;

-      регулировку громкости дикторских комментариев;

-      управление встроенными приложениями.

Программными средствами МИП реализована функция переключения с русскоязычных на соответствующие англоязычные процедуры и наоборот. Интерфейс системы реализован на русском языке.

Система оперативной корректировки бортовой документации обеспечивает автоматическое внесение переменной информации в бортовые процедуры, сформированные на базе программного комплекса разработки бортовых процедур. При этом базовые процедуры, которые хранятся в БД, не изменяются.

В процессе разработки оперативной документации происходят автоматическая регистрация документа в системе, выдача и присвоение ему порядкового номера, наименования, даты создания и даты вступления и окончания действия. Возможность выдачи ошибочных индивидуальных атрибутов при регистрации оперативных данных в условиях многопользовательского режима исключена.

Обеспечена связь между системами МИС и АСП. В системе интерфейса бортового плана полета АСП предусмотрены средства для отображения информации об используемых версиях электронной бортовой документации.

Программные средства МИС обеспечивают возможность обработки получаемых запросов от модуля БДПП системы АСП и выдачи соответствующих форматов для представления сформированной информации членам экипажа.

Созданная с использованием изложенных принципов и решений МИС позволяет достичь поставленных целей и обеспечить гибкую и своевременную поддержку запланированной согласованной деятельности членов экипажей и наземных групп сопровождения полета.

Литература

1.     Соловьев В.А., Лысенко Л.Н., Любинский В.E. Управление космическими полетами: учеб. пособие: в 2 ч.; [под общ. ред. Л.Н. Лысенко]. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.

2.     Лотов В., Моругин А., Перенков С. Интерактивные электронные технические руководства для персонала АЭС: опыт создания, перспективы развития // CLUB 3D: Инновационное проектирование. 2011. № 4.

References

1.     Solovyov V.A., Lysenko L.N., Lyubinsky V.E., Upravle­nie kosmicheskimi poletami [Spaceflights control], Part 1, Moscow, BMSTU, 2009.

2.     Lotov V., Morugin A., Perenkov S., CLUB 3D: Innovatsi­onnoe proektirovanie [Club 3D. Innovative ingineering design], 2011, no. 4.