Software & Systems

Одним из перспективных направлений в обеспечении повышения качества проектирования, производства и эксплуатации изделий различного назначения является применение информационных систем и технологий для поддержки соответствующих процессов (так называемых ИПИ-, или CALS-технологий) [1]. Это направление наиболее актуально развивается применительно к сложным наукоемким изделиям повышенной степени ответственности, к которым относятся, например, пространственно-распределенные системы (ПРС), составные части которых (подсистемы, компоненты) должны функционировать в различных внешних условиях (природных, климатических, техногенных, эксплуатационных): системы охранной сигнализации (периметровые с различным количеством рубежей обнаружения, внутри помещений, комплексные); системы сбора и обработки данных в системах контроля и управления различными технологическими процессами (в энергетике, промышленности); системы мониторинга состояния объектов строительства, АЭС, промышленных предприятий, других потенциально опасных объектов.

Жизненный цикл (ЖЦ) продукции определяется соответствующими стандартами и нормативными документами.

В данной работе рассматривается применение CALS-технологии для решения ряда задач ЖЦ ПРС с возможностью реализации обратной связи от эксплуатационных данных к процессу формирования требований к новым проектам и модернизации существующих ПРС, а именно:

1) сопровождение БД комплектующих, используемых для производства ПРС;

2) регистрация проектных данных (идентификационные данные объекта автоматизации, состав объекта, условия эксплуатации и требования к проекту ПРС);

3) автоматический выбор комплектующих для создания ПРС, соответствующих заданным условиям эксплуатации и требованиям к качеству проектных решений;

4) автоматизированное формирование комплекта проектной и эксплуатационной документации на машинных носителях (с использованием средств мультимедиа, что обеспечивает улучшение пользовательских свойств продукции при освоении и техническом обслуживании);

5) сопровождение процессов производства, транспортировки и хранения (регистрация в БД идентификационных и количественных данных);

6) регистрация работ по монтажу и вводу в эксплуатацию;

7) сбор и статистическая обработка данных о результатах эксплуатации ПРС;

8) сопровождение базы знаний ЖЦ изделий, позволяющей формировать варианты рекомендаций по оптимизации процессов эксплуатации и модернизации изделий (процесс не является обязательным, однако его реализация соответствует современным тенденциям развития интеллектуальных компьютерных систем и технологий).

Программный комплекс поддержки ЖЦ ПРС должен включать средства для сопровождения БД комплектующих и проектов ПРС, для формирования и выбора многовариантных проектных решений; средства визуализации проектных решений с привязкой к местности, в качестве которых может использоваться ПО геоинформационных систем (ГИС) [2]; прикладное ПО для решения задач формирования электронной эксплуатационной документации (ЭЭД), сбора и обработки эксплуатационных данных. Так, модули программного комплекса выполняют следующие функции.

Модуль ГИС отображает отсканированные планы местности; формирует векторные изображения планов объектов автоматизации, объектов контроля и мониторинга состояния, охраняемых объектов и т.п.; формирует векторные изображения моделей компонентов проектируемых систем, которые должны отображаться на топографических планах; отображает модели проектов ПРС.

Модуль сопровождения БД комплектующих осуществляет ввод и редактирование данных о комплектующих; отображает условные графические обозначения, фотографии и прочие мультимедийные данные о комплектующих.

Модуль формирования проектных данных регистрирует данные; отбирает комплектующие для реализации проекта ПРС на основе их характеристик, требований к ПРС и условий эксплуатации; редактирует перечень комплектующих с учетом экспертных знаний и дополнительных неформализованных условий; решает (возможно, вариативно) задачи назначения компонентов ПРС.

Для реализации обратной связи в рамках ЖЦ системы необходимо наличие модуля сбора и обработки эксплуатационных данных, а также средств регистрации экспертных данных и формирования на их основе проектов рекомендаций по технологии эксплуатации и модернизации ПРС. За взаимодействие модулей программного комплекса отвечает программа-монитор, которая обеспечивает управление программными модулями (вызов, передача управления) и контроль их работоспособности (см. рис.).

Состав справочных данных о комплектующих для ПРС зависит от ряда факторов: назначения, конструктивного исполнения, наличия модификаций, способа электропитания и др. В частности, для систем охранной сигнализации данные о комплектующих включают данные о поставщиках и производителях, характеристики условий эксплуатации, базовые характеристики периметровых средств обнаружения (СО), данные о составе базовых изделий и модификациях, характеристики центральных систем сбора информации (типы, способы подключения, топология соединений, отображение информации, управление режимами, состав), данные о различных типах СО для помещений, данные о материалах рам, дверей и типах стекол, характеристики источников питания, силовых и сигнальных кабелей.

Задача сопровождения БД комплектующих достаточно очевидна, поэтому не требует детального рассмотрения. Должна быть обеспечена возможность работы с комплектом ЭЭД в диалоговом режиме, что может быть достигнуто за счет использования современных web-технологий (HTML, XML, CSS, Javascript).

Основная задача модуля формирования проектных данных заключается в обеспечении повышения производительности труда специалистов и качества проектов за счет автоматического формирования допустимых вариантов проектных решений, выбора наиболее предпочтительных на основе вычисленных оценок значений показателей качества проекта и автоматического формирования проектных документов. Обобщенный алгоритм формирования проектных данных ПРС включает в себя следующие процедуры.

1. Подготовка топографических планов территории, на которой должны размещаться компоненты ПРС (сканированные и/или векторные изображения, обрабатываемые с использованием ПО ГИС).

2. Ввод в БД проекта общих данных по проекту, данных по участкам территории (при этом используются справочные данные об условиях эксплуатации компонентов, характеристиках внешней среды и т.п.); задание степени важности показателей, характеризующих качество проекта.

3. Отбор компонентов ПРС для каждого участка территории по условиям применения, которые в формализованном виде сводятся к проверке равенств, неравенств, альтернативных значений заданных показателей.

4. Автоматическое формирование вариантов размещения компонентов по участкам плана местности; выбор предпочтительного варианта по выбранным критериям (с учетом надежности, стоимости, эксплуатационных затрат, номенклатуры компонентов ПРС или по интегральному показателю).

5. Формирование размещения компонентов ПРС по участкам плана местности для выбранного варианта (с графическим представлением).

6. Формирование данных о компонентах ПРС для подготовки спецификации проекта.

7. Отбор систем сбора и обработки информации по условиям применения; выбор предпочтительного варианта этого отбора по выбранным критериям и формирование данных об отборе для подготовки спецификации.

8. Выбор источников питания для ПРС; формирование данных об источниках питания для подготовки спецификации.

9. Выбор силовых и сигнальных кабелей для ПРС; формирование данных о кабелях для подготовки спецификации проекта.

10. Формирование спецификации проекта ПРС.

Проектирование ПРС, удовлетворяющих возрастающим требованиям заказчиков (R), связано с выбором технических решений, наиболее со- ответствующих заданным требованиям по определенным критериям (минимальные затраты на создание и эксплуатацию ПРС, максимальная надежность ПРС и др.). Решение подобных задач предусматривает формирование альтернативных проектов ПРС, их анализ и выбор наиболее предпочтительного для заданных условий варианта, что существенно увеличивает сроки и трудоемкость проектных работ при отсутствии средств информационной и программной поддержки.

Для автоматического выбора одного или нескольких вариантов проекта используются частные или обобщенные показатели, включающие k частных нормированных показателей [3], , где ai – весовой коэффициент, 0£ai£A, ; величина A обычно равна 1, 10 или 100; второе из приведенных условий может не использоваться (по усмотрению ЛПР);  – нормированный частный показатель,  или ; могут использоваться и другие варианты нормирования, k – количество частных показателей в составе интегрального показателя.

В приведенном варианте наиболее предпочтительному проектному решению будет соответствовать наибольшее значение F. Использование обобщенного показателя в процессе автоматизированного проектирования позволяет достаточно просто отобрать ряд предпочтительных вариантов проектных решений для последующего анализа и выбора специалистами.

Для формирования вариантов размещения компонентов ПРС по зонам (участкам) эксплуатации решается задача о назначении с учетом ограничений на установку компонентов на каждом участке [4]. В результате может получиться несколько сотен вариантов проекта, из которых отбирается заданное количество лучших по каждому частному и обобщенному показателям для неформализованного анализа специалистами. Формализация процессов принятия решений позволяет повысить производительность труда разработчиков и сократить трудоемкость проектных работ при одновременном повышении качества принятия проектных решений.

Интеллектуальная подсистема сопровождения процесса эксплуатации ПРС должна содержать БД, в которой накапливаются значения показателей, характеризующих процесс эксплуатации ПРС. Например, для систем охранной сигнализации следует регистрировать сведения по каждому факту попытки проникновения на охраняемый объект (или ложного срабатывания размещенного СО): тип сработавшего СО, время поиска нарушителя, характеристики окружающей среды (время суток, года, наличие дождя, температура окружающей среды и т.д.), разновидность нарушителя (животное, человек, ложное срабатывание, другие причины), число нарушений и нарушителей, направление перемещения нарушителя, материальные затраты на устранение последствий незаконного проникновения на охраняемый объект.

Накапливаемые данные могут использоваться для модернизации ПРС (частичная замена или изменение состава компонентов), а также для формирования математических моделей, которые с определенной вероятностью позволяют прогнозировать «поведение ПРС» и формировать рекомендации по необходимым ресурсам и технологии технического обслуживания для обеспечения требуемого уровня надежности и эффективности.

В качестве показателя эффективности применения ПРС можно использовать среднее (или суммарное) значение величины эксплуатационных расходов M(S) при выполнении ограничений на значения показателей надежности; например, значение наработки на отказ T0 должно быть не менее допустимой величины: M(S)®min; T0³T0, доп.

Решение этой задачи может выполняться структурными и параметрическими методами, содержание этих методов тесно связано со свойствами создаваемой ПРС.

Создание полномасштабной автоматизированной системы сопровождения ЖЦ ПРС позволит обеспечить повышение качества проектирования, включая подготовку электронной эксплуатационной документации, накопление и использование статистических данных для совершенствования систем и технологии их применения.

Литература

1.     Дмитров В.И., Норенков И.П., Павлов В.В. К проекту Федеральной программы «Развитие CALS-технологий в России» // Информационные технологии. 1998. № 4. С. 2–11.

2.     Арбузов В.А., Пикулин В.В. Разработка САПР охранной сигнализации с использованием технологии геоинформационных систем // Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: сб. матер. III Всерос. науч.-технич. конф. Пенза: ПГТА, 2005. С. 93–95.

3.     Системный анализ в управлении / В.С. Анфилатов, А.А. Емельянов, А.А. Кукушкин. М.: Финансы и статистика, 2006.

4.     Веселовский А.М., Пикулин В.В. Анализ обобщенной процедуры решения задачи о назначении при наличии конструктивных ограничений. Вестн. Воронеж. ГТУ. 2011. Т. 7. № 3. С. 126–131.