Автореферат МЕТОДИ ТА ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ РОЗРОБКИ КОМПОНЕНТНИХ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ СТРУКТУР ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЖИВУЧОСТІ БОРТОВИХ ІНФОРМАЦІЙНО-УПРАВЛЯЮЧИХ СИСТЕМ

Автореферат - МЕТОДИ ТА ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ РОЗРОБКИ КОМПОНЕНТНИХ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ СТРУКТУР ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЖИВУЧОСТІ БОРТОВИХ ІНФОРМАЦІЙНО-УПРАВЛЯЮЧИХ СИСТЕМ

Загрузка...

Актуальность темы исследования Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

БОРОДАВКА Наталія Павлівна

УДК 629.735.33.05.017.1+658.012.011.56

МЕТОДИ ТА ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ РОЗРОБКИ
КОМПОНЕНТНИХ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ СТРУКТУР
ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЖИВУЧОСТІ

БОРТОВИХ ІНФОРМАЦІЙНО-УПРАВЛЯЮЧИХ СИСТЕМ

05.13.06 – автоматизовані системи управління та
прогресивні інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Харків – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аерокосмічному університеті імені М.Є. Жуковського
“Харківський авіаційний інститут”, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: | заслужений винахідник України,

доктор технічних наук, професор

Харченко Вячеслав Сергійович,

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут",
завідуючий кафедрою комп’ютерних систем і мереж.

Офіційні опоненти: |

- заслужений винахідник України,

доктор технічних наук, професор

Краснобаєв Віктор Анатолійович,

Харківський національний технічний університет

сільського господарства ім. Петра Василенка,

професор кафедри автоматизації та комп‘ютерних

технологій;

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Фесенко Герман Вікторович,

Університет цивільного захисту України, м. Харків,

доцент кафедри організації забезпечення цивільного

захисту в надзвичайних ситуаціях.

Провідна установа: |

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”,

кафедра спеціалізованих комп’ютерних систем,

Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться “ 22 ” червня 2007 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.01 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17, радіотехнічний корпус, ауд. 232.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут".

Автореферат розісланий “ 8 ” травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ___________ М. О. Латкін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Бортові інформаційно-управляючі системи (БІУС) літальних апаратів (ЛА) призначені для виконання свого основного функціонального призначення і для здійснення інформаційного обміну з іншими бортовими системами. Забезпечення інформаційної взаємодії бортових систем може бути основною функцією БІУС. Прикладом розвиненої бортової інформаційної мережі є| інформаційна мережа літака АН-70, що об'єднує системи контролю двигунів, підготовки відбору і кондиціонування повітря, протиобмерзання та інші системи літака. Їх інформаційна взаємодія забезпечується спеціально призначеною системою управління загальнолітаковим обладнанням. Фізично БІУС є складний програмно-апаратний пристрій управління (ПУ) або сукупність таких взаємодіючих пристроїв. З точки зору системної організації ЛА БІУС є підсистемою тих бортових систем, в управлінні якими вона бере участь, і ЛА в цілому|. В більшості випадків БІУС| є|з'являються,являються| системами категорій “Істотна|суттєва|” і “Критична”, до надійності функціонування яких пред'являються високі вимоги. Категорії прийняті Авіаційним Регістром|реєстром| Міждержавного Авіаційного Комітету для використання при кваліфікації бортових цифрових систем.

Враховуючи викладене, актуальною науково-технічною задачею є розробка методів та елементів інформаційної технології оцінки та забезпечення живучості бортових інформаційно-управляючих систем з використанням компонентної функціональної структури.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких викладені у дисертації, проводилися в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” у рамках роботи “Розробка науково-методичних основ й інформаційних технологій оцінки та забезпечення відмовостійкості та безпеки комп'ютеризованих систем аерокосмічних комплексів, інших комплексів критичного застосування” (№ Г503-42/2003, ДР № U003502, 2005), а також у рамках робіт по створенню комплексної системи кондиціювання повітря (ДР № 0198U000805, 1999 р.) для літака АН-140 та електротеплової системи протиобмерзання планера (ЕТ СПО), системи підготовки повітря (СПП), системи кондиціювання повітря (СКП, 0198U005496, 2001 р.) для літака АН-70 в НТ СКБ “ПОЛІСВІТ” філія ДНВП “Об’єднання Комунар” відповідно до постанови Кабінету Міністрів України № 53 від 05.02.94 р. і приказу Міністра машинобудування воєнно-промислового комплексу та конверсії України № 577 від 19.04.94 р. “Про заходи по розвитку авіаційної промисловості”.

Роль автора у цих проектах, де дисертант був безпосереднім виконавцем, полягає у розробці методів для підвищення живучості систем та оцінці живучості і формуванні КФС вказаних БІУС.

1. Провести аналіз методів та засобів забезпечення живучості БІУС.

2. Розробити метод аналізу живучості, моделей функціонування та кількісних оцінок живучості БІУС.

3. Розробити метод розподілу функцій задач по компонентах БІУС разом з формуванням вихідних даних, на яких будуть проводитися дослідження, та порівняльних оцінок елементів КФС.

4. Розробити елементи ІТ підтримки створення живучих БІУС з використанням КФС.

5. Впровадити на практиці результати досліджень при створенні БІУС для авіаційних систем.

Об’єкт досліджень – процесс розробки бортових інформаційно-управляючих систем літальних апаратів.

Предмет досліджень – методи та інформаційна технологія розробки живучих бортових інформаційно-управляючих систем.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше розроблено метод розподілу функцій задач по компонентах бортових інформаційно-управляючих систем за критерієм живучості, що, на відміну від існуючих, базується на оцінці критичності наслідків відмов, що дозволяє зменшити міру деградації системи.

2. Удосконалено метод аналізу живучості бортових інформаційно-управляю-чих систем за рахунок запропонованих детермінованих оцінок, враховуючих множину працездатних станів та багатофункціональність системи, який дозволяє сумісно з ймовірностними оцінками підвисити повноту аналізу живучості.

3. Дістали подальший розвиток моделі функціонування систем, які використовуються для аналізу живучості, на основі мереж Петрі з кольоровими фішками та дугами, що дозволяє у деяких випадках спростити процес моделювання при розрахунку показників живучості.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що на основі запропонованих моделей та методів розроблено інженерні методики та алгоритми, які дозволяють формувати, аналізувати та відбирати КФС відповідно до заданих вимог на ранніх етапах проектування БІУС – узгодження технічного завдання (ТЗ) та ескізного проектування. Їх використання підвищить якість розробки БІУС (щодо їх живучості та безпеки) та зменшить, у ряді випадків, кількість елементів, що використовуються, масо-габаритні показники, показники енергоспоживання.

Одержанню такого ж ефекту буде сприяти створення та використання системи автоматичного проектування (САПР) на основі запропонованих елементів та архітектури інформаційної технології підтримки визначення КФС живучих БІУС.

Розроблені методи аналізу живучості і розподілу функцій задач по компонентах БІУС та їх елементи було використано при розробці БІУС ЕТ СПО, СПП, СКП літака АН-70 АНТК ім. О.К. Антонова (акт впровадження від 21.12.2006 р.) і БІУС СПП, СКП літаків ТУ-214, ТУ-334 ВАТ НВО “Наука”, Росія, м. Москва (акт впровадження від 24.01.2007 р.), а також в навчальному процесі Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” (акт впровадження від 23.02.2007).

Достовірність одержаних результатів. Достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, наведених у дисертації, підтверджується:

- коректністю прийнятих припущень, що базувались на аналізі реальних проектів і використовувались при розробці методів аналізу живучості та розподілу функцій задач по компонентах БІУС;

- співпадінням результатів оцінки живучості БІУС при використанні різних методів моделювання;

- результатами практичного впровадження розроблених методів при проектуванні та експлуатації БІУС літаків.

- у роботі [2] – введена|запроваджена| комплексна оцінка живучості БІУС|, запропоновані два види мереж Петрі для імітаційного моделювання функціонування БІУС| – власна і уніфікована;

Апробація результатів дисертації. Результати наукових досліджень доповідались і обговорювались на засіданнях міжгалузевого науково-технічного семінару “Критичні комп’ютерні технології та системи” (кафедра комп'ютерних систем і мереж Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”), а також на конференціях: “Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні” (м. Харків, 2004 р.); “Гарантоздатні (надійні та безпечні) системи, сервіси та технології” (м. Полтава, 2006 р.); “Синтез, обробка та відображення інформаційних моделей (Інфосинтез)” (м. Харків, 2007 р.).

Публикації. За результатами роботи опубліковано 6 друкованих праць. З них п’ять статей в спеціалізованих наукових виданнях, які включено до Переліку ВАК України, і одна теза доповідей у збірнику наукових праць конференції.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація має вступ, п’ять розділів, висновки та додаток. Повний обсяг дисертації складає 179 сторінки, у тому числі: 35 рисунків на 11 окремих сторінках, 37 таблиць на 10 окремих сторінках, список зі 123 використаних літературних джерел на 11 сторінках, додаток на 4 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі викладаютьсявикладаються результати аналізу проблематики забезпечення живучості БІУС| і формулюється задача|задач| дослідження.

На підставі аналізу сучасного розуміння терміну “живучість” стосовно технічних систем і з урахуванням|з врахуванням| існуючої неоднозначності щодо його змісту конкретизовано поняття живучості БІУС| для проведення дисертаційного дослідження. Живучість БІУС| розглядається|розглядується| як ії властивість |зберігати при виникненні відмов обмежену (часткову) працездатність і забезпечувати безпеку в процесі функціонування незалежно від причин, що викликали|спричинили| ці відмови.

Проаналізовано підходи до надання|надання| бортовим системам властивості відмовостійкості і сумішні проблеми. Їх аналіз показав, що введення|вступ| надмірності в БІУС|, що є|з'являється,являється| єдиним засобом забезпечення відмовостійкості, і, отже, живучості системи, не завжди можливо. Причинами цього є|з'являються,являються| або вимоги і обмеження, що пред'являються БІУС щодо масо-габаритних та енергетичних характеристик, або принципова неможливість практичної реалізації резервованих систем|розв'язання,вирішення,розв'язування|.

Описано структурну організацію БІУС|, що включає (рис. 1): структуру апаратних засобів (компоненти С1, С2, С3 і фізичні зв'язки між ними); структуру задач|задач| (t1, t2, t3); КФС|, що буду-

Рис. 1. Структурна організація БІУС

Проаналізовані відомі моделі і оцінки, що використовуються для аналізу живучості систем, з точки зору їх будування, формування та використання.

Основний зміст розділу опубліковано в роботах [5, 6].

Функціонування БІУС| представляється прийманням, формуванням і видачею даних. Живучість БІУС| визначається здатністю|здібністю| системи забезпечувати при виникненні відмов наявність даних, що характеризують її працездатність і безпеку функціонування (контрольованих даних).

Для моделювання функціонування БІУС| представляється як сукупність даних, компонентів, що приймають, формують і видають дані, і каналів зв'язку, передаючих дані. Відповідно, отримання|здобуття| даних залежить від:

- працездатності компоненту, що формує дані, і всіх впливаючих компонентів;

- працездатності каналу зв'язку, по якому видаються дані компонентом, і всіх каналів зв'язку, по яких передаються впливаючі дані;

- правильності формування даних.

Результати моделювання характеризують отримання|здобуття| контрольованих даних.

Для аналізу живучості БІУС| використовуються аналітичні детерміновані, аналітичні ймовірнісні та імітаційні моделі. Сумісне використання як детермінованих, так і ймовірнісних |оцінок дозволяє об'єктивніше оцінити живучість БІУС|. Детерміновані моделі визначають факт отримання|здобуття| даних, а ймовірнісні - ймовірність|ймовірність| їх отримання|здобуття| залежно від працездатності тв ймовірності|ймовірності| безвідмовної роботи компонентів, каналів зв'язку і правильності формування даних. Імітаційні моделі використовуються із-за складності та трудомісткості побудови|шикування|, у ряді випадків, аналітичних моделей.

У процесі розробки методу розподілу функцій задач|задач| по компонентах БІУС|

Допущення, прийняті при розробці методу розподілу функцій:

- для всіх компонентів зв'язок одного компоненту з|із| іншим здійснюється безпосередньо, без задіювання третіх компонентів;

- примання і видача даних одним компонентом при зв'язку з|із| іншим компонентом здійснюється по одному загальному|спільному| каналу зв'язку;

- виключається можливість|спроможність| неправильної передачі даних між об'єднаними|з'єднаними| функціями;

- факт та ймовірність|ймовірність| неправильного формування даних (дефекти проектування) не залежать від їх об'єднання;

- ймовірність|ймовірність| відмови для кожного компоненту однакова, не залежить від виконуваного їм об'єднання і має експоненціальний закон розподілу – відмови незалежні і їх інтенсивність постійна.

Основний зміст розділу опубліковано в роботах [1-3, 6].

Розроблено єдине формалізоване представлення КФС| БІУС|, на основі якого будуються моделі функціонування БІУС| різних типів для аналізу живучості БІУС|. Воно відображає|відбиває| елементи БІУС, що моделюються,| та їх взаємозв'язки - приналежність даних і каналів зв'язку компонентам і залежність даних від інших даних, компонентів і каналів зв'язку.

Розроблено|споруджені| аналітичні детерміновані, аналітичні ймовірнісні і імітаційні моделі отримання|здобуття| даних.

Рис. 2. Загальний вид уніфікованої мережі Петрі

Детермінована оцінка Dt:

де - кількість станів працездатності БІУС|;

- кількість попадань у кожний із станів працездатності ;

- кількісна характеристика стану :

- повністю працездатний стан;

- частково працездатні стани;

- повністю непрацездатний безпечний стан;

- критичний стан;

- кількість відмов, що враховуються.

Як ймовірнісна оцінки живучості БІУС| використовується показник . Він визначає ймовірність того, що БІУС| не потрапить|попаде| в критичний стан.

Комплексна оцінка DP є скалярне чисельне значення, що враховує і детерміновану, і ймовірнісну оцінки живучості БІУС|:

де, , характеризують міру|міру| обліку|урахування| оцінок і відповідно; ,.

Визначена послідовність аналізу живучості системи, включаючи процес вибору КФС на сформованій| множині|розглядуються||, використовуваних оцінках живучості БІУС|, їх пріоритетності і допустимих значеннях.

Основний зміст розділу опубліковано в роботах [2, 3, 5, 6].

- множини|безліч| співпадають|збігаються|: ; ; - позначення відповідних функцій;

- множини|безліч| перетинаються: ; ; ;

- множини|безліч| не перетинаються: ; ; .

Об'єднання характеризується наявністю взаємозв'язків між множинами,| яким належать об'єднані|з'єднані| функції.

Для порівняння варіантів об'єднань функцій з|із| повністю розподіленою КФС| використовується комплексна якісна оцінка - комбінація якісних значень детермінованої і ймовірнісної оцінок об'єднання.

Таблиця 1

Значення детермінованої оцінки наслідків|результатів| об'єднання функцій

Чисельне значення | Якісне значення

< 1 | живучість гірша

= 1 | живучість не гірша

Таблиця 2

Значення ймовірнісної оцінки наслідків|результатів| об'єднання функцій

Чисельне значення | Якісне значення

> | живучість гірша

= | живучість не гірша

< | живучість краща

Дослідження проведені на множині структур системи з трьох задач, що містить|утримує| всі поєднання залежностей задач|задач| - задачі|задачі| незалежні, одна задача|задача| впливає на іншу, задачі|задачі| впливають одна на одну (рис. 3). Проаналізовано повну|цілковиту| множину об'єднань для кожної структури задач|задач|. Для кожного об'єднання кількісні значення ймовірнісних оцінок визначалися при для тривалості функціонування 1 година, 10 годин, 1 доба, 1 тиждень, 1 місяць, 1 рік, 3 роки, 5 років, 7 років, 10 років, 15 років, 20 років, 25 років, 30 років. Для визначення якісних значень ймовірнісних оцінок використовувалися значення .

Рис. 3. Структури задач, що використовуються для отримання даних

Повна|цілковита| множина об'єднань сформована прямим перебором всіх поєднань функцій. Одержано|отримано| 43 варіанти об'єднань, що утворюють п’ять груп G1 – G5 по поєднанню значень і співвідношень і (рис. 4).

Рис.4. Графічне представлення груп, якісне значення і
графіки змінення і обєднань груп

Правила формування КФС|:

- для кожної функції визначаються наслідки|результати| її невиконання і критичність відповідного стану БІУС|;

- формуються множини функцій по наслідках|результатах|;

- функції об'єднуються за такими принципами:

2) функції різних рівнів можуть об'єднуватися, якщо не погіршується детермінована оцінка об'єднання (інакше погіршується живучість БІУС|);

3) об'єднання функцій одного рівня формуються з урахуванням|з врахуванням| пріоритетності оцінок наслідків|результатів| об'єднань і результатів проведеного дослідження; пріоритети цих оцінок для різних рівнів можуть бути різні.

Основний зміст розділу опубліковано у роботі [3].

Основний зміст розділу опубліковано у роботі [4].

Рис.5. Взаємодія інформаційних потоків, процесів і ІЗ ІТ підтримки визначення КФС БІУС

Рис.6. Архітектура інструментальних засобів ІТ підтримки визначення КФС БІУС

ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача розробки методів та елементів інформаційної технології оцінки та забезпечення живучості бортових інформаційно-управляючих систем з використанням компонентної функціональної структури.

2. Вперше розроблено метод розподілу функцій задач по компонентах БІУС за критерієм живучості, який, на відміну від існуючих, базується на оцінці критичності наслідків відмов, що дозволяє зменшити міру деградації системи.

3. Удосконалено метод аналізу живучості БІУС за рахунок запропонованих детермінованих оцінок, враховуючих множину працездатних станів та багатофункціональність системи, що дозволяє сумісно з ймовірностними оцінками підвисити повноту аналізу живучості.

4. Дістали подальший розвиток моделі функціонування систем, які використовуються для аналізу живучості, на основі мереж Петрі з кольоровими фішками та дугами, що дозволяє у деяких випадках спростити процес моделювання при розрахунку показників живучості.

5. Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що на основі запропонованих моделей та методів розроблено інженерні методики та алгоритми, які утворюють ядро прикладної інформаційної технології та дозволяють формувати, аналізувати та відбирати КФС відповідно до заданих вимог на ранніх етапах проектування БІУС – узгодження ТЗ та ескізного проектування. Використання цих результатів підвищує якість розробки (щодо живучості та безпеки БІУС) та зменшує, у ряді випадків, кількість елементів, що використовуються, масо-габаритні показники, показники енерговживання. Створення та використання САПР на основі запропонованих елементів та архітектури інформаційної технології підтримки визначення КФС живучих БІУС буде сприяти такому ж ефекту.

6. Результати, отримані у роботі, було використано при розробці БІУС ЕТ СПО, СПП і СКП літаків АН-70, ТУ-214, ТУ-334. Аналіз живучості і вибір запропонованих КФС у БІУС ЕТ СПО та використання правил формування КФС у БІУС СПП і СКП підвищили живучість БІУС та відповідних систем літаків на 10-30% (порівняно з найгіршими варіантами та з врахуванням можливих послідовностей відмов) завдяки створенню оптимальної багаторівневої схеми парирування відмов, що допускає поступову деградацію функціонування.

7. Подальшим розвитком проведених робот є:

- аналіз живучості БІУС у термінах теорії мереж Петрі;

- удосконалення методу розподілу функцій задач по компонентах БІУС щодо його повної формалізації;

- створення інтегрованої САПР на основі запропонованих елементів ІТ підтримки визначення КФС.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бородавка Н.П., Харченко В.С. Моделирование и анализ живучести бортовых информационно-управляющих систем по неизбыточной функциональной структуре // Радиоэлектроника и информатика. - 2005. - № 2. - С. 89-95.

2. Харченко В.С., Бородавка Н.П. Использование сетей Петри при проведении анализа живучести бортовых информационно-управляющих систем // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. - 2006. - № 6. - С. 55-60.

3. Бородавка Н.П. Формування функціональних структур живучих бортових інформаційно-керуючих систем // Системи озброєння і військова техніка. - 2006. - № 3. - С. 19-29.

4. Харченко В.С., Бородавка Н.П. Информационная технология поддержки определения компонентных функциональных структур живучих бортовых информационно-управляющих систем // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. – Харків: Харківський університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, 2007. - Вип. № 1. - С. 82-86.

5. Харченко В.С., Бородавка Н.П. Формализованное представление номинальной функциональной структуры для анализа живучести бортовых информационно-управляющих систем // Моделювання та інформаційні технології. – К.: Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова, 2004. - Вип. № 26. - С. 206-212.

6. Бородавка Н.П. Использование номинальной функциональной структуры для повышения живучести бортовых информационно-управляющих систем // Міжнародна науково-технічна конференція “Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні” (ІКТМ’2004). – Харків: Нац. аерокосмічний ун-т “Харк. авіац. ін-т”, 2004. - С. 267.

АНОТАЦІЯ

Бородавка Н. П. Методи та інформаційна технологія розробки компонентних функціональних структур для забезпечення живучості бортових інформаційно-управляючих систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, Харків, 2007.

Дисертація присвячена розробці та вдосконаленню методів та елементів інформаційної технології забезпечення живучості бортових інформаційно-управляючих систем (БІУС). Запропоновано використовувати компонентну функціональну структуру (КФС) системи як додатковий засіб забезпечення живучості, що зменшує наслідки відмов і попереджує введення надмірності. КФС базується на розподілі функцій задач між компонентами. Розроблено методи аналізу живучості та розподілу функцій задач по компонентам БІУС. Метод аналізу живучості базується на моделюванні функціонування БІУС та отриманні вихідних даних, що характеризують ії працездатність та безпеку. Метод розподілу функцій задач по компонентам БІУС базується на оцінці наслідків об'єднання функцій задач БІУС. Запропоновані методи було використано на етапах ескізного проектування при розробці БІУС літаків.

Ключові слова: бортова інформаційно-управляюча система, живучість, компонентна функціональна структура.

АННОТАЦИЯ

Бородавка Н. П. Методы и информационная технология разработки компонентных функциональных структур для обеспечения живучести бортовых информационно-управляющих систем. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “Харьковский авиационный институт”, Харьков, 2007.

Диссертация посвящена разработке и усовершенствованию методов и элементов информационной технологии обеспечения живучести бортовых информационно-управляющих систем (БИУС).

Свойство живучести системы, допускающее деградацию функционирования, обеспечивается, прежде всего, приданием системе свойства отказоустойчивости. Отказоустойчивость, в свою очередь, реализуется введением избыточности. Результаты проведенного анализа решений по реализации отказоустойчивости показали, что в ряде случаев для бортовых систем введение избыточности затруднено, т.к. нарушает предъявляемые к таким системам требования.

Современные БИУС являются распределенными и многозадачными, что позволяет выделить в их организации компонентную функциональную структуру (КФС), являющуюся результатом распределения функций выполняемых системой задач по компонентам. В ряде случаев КФС может быть использована как средство, предваряющее и тем самым дополняющее введение избыточности. В таких КФС функции распределяются по компонентам так, чтобы минимизировать последствия отказов и тем самым повысить живучесть системы.

Проведенный анализ позволил сформулировать общую научно-техническую задачу исследования - разработка методов и элементов информационной технологии оценки и обеспечения живучести БИУС с использованием КФС.

Метод анализа живучести БИУС основан на моделировании функционирования БИУС для получения выходных данных, характеризующих работоспособность и безопасность БИУС. В рамках разработки этого метода:

- построены аналитические детерминированные, аналитические вероятностные и имитационные модели получения данных, учитывающие работоспособность физических составляющих системы (компонентов и каналов связи) и правильность формирования отдельных данных;

- разработаны цветные сети Петри для построения имитационных моделей функционирования БИУС и правила их выполнения;

- введены количественные оценки живучести, численные значения которых определяются по результатам моделирования функционирования БИУС и отражают уровень работоспособности БИУС;

- определена последовательность анализа живучести системы, включая процесс выбора КФС, основанный на множестве рассматриваемых КФС, используемых оценках живучести БИУС, их приоритетности и допустимых значениях.

Метод распределения функций задач по компонентам БИУС базируется на оценке последствий объединения функций задач БИУС (выполнения их одним компонентом). Введены детерминированная, вероятностная и комплексная оценки последствий объединений. Описаны и обоснованы получение и систематизация исходных данных, на основании которых определяются правила формирования КФС. Метод не зависит от закона распределения вероятности отказов, что позволяет применять его с различными законами распределения. Проведены исследования для КФС неизбыточных и избыточных БИУС, т.к. наличие резервных функций в избыточных БИУС делает возможным введение дополнительных оценок для сравнения вариантов объединений функций. Сформулированы правила и определен порядок формирования КФС живучих БИУС.

Определена общая концепция ИТ поддержки определения КФС БИУС и рассмотрены ключевые составляющие ИТ, имеющие непосредственное отношение к определению КФС - информационные потоки, их преобразование, математические и программные средства. Разработаны элементы информационной технологии поддержки определения КФС БИУС - схема взаимодействия информационных потоков, процессов и инструментальных средств и архитектура инструментальных средств, соответствующие логике разработанных методов анализа живучести и распределения функций задач по компонентам БИУС.

Практическая значение полученных результатов состоит в том, что они позволяют осуществлять направленное формирование КФС живучих БИУС, анализ живучести БИУС и отбор решений на ранних этапах проектирования. Это повышает качество разработки и уменьшает финансовые и временные затраты на разработку и возможную последующую доработку БИУС, а в ряде случаев уменьшает количество используемых элементов, массо-габаритные показатели, энергопотребление. Создание САПР на основе предложенных элементов ИТ будет способствовать повышению качества разработки и сокращению затрат всех видов (стоимостных, временных, ресурсных) на разработку и модификацию БИУС.

Разработанные методы были использованы на этапах эскизного проектирования при разработке БИУС самолетов.

Ключевые слова: бортовая информационно-управляющая система, живучесть, компонентная функциональная структура.

ABSTRACT

Borodavka N. P. Methods and information technology for the developing component functional structures of survivable onboard information and control systems. – Manuscript.

Thesis on competition of scientific degree of Candidate of Technical Sciences by specialty 05.13.06 – Automatized control systems and advanced information technologies. – National Aerospace University “Kharkov Aviation Institute”, Kharkov, 2007.

Thesis is dedicated to development and perfection of methods and information technology elements to provide survivability of onboard information and control systems (OICS). The analysis of OICS fault-tolerance realization was implemented. Using its results it is proposed to use the OICS component functional structure (CFS) as a supplementary technique for the survivability providing. It forestalls introduction of redundancy. CFS is function distribution between system components. The method of survivability analysis and the method of function distribution were developed. The method of survivability analysis is based on the OICS operating modeling and getting output date. The latter characterize both of OICS capacity for work and safety. The method of function distribution is based on evaluation of consequences of the OICS function uniting. The developed methods were used at early stages of OICS development for planes.

Keywords: onboard information and control system, survivability, component functional structure.

Відповідальний за випуск Латкін М.О.

Підписано до друку 7.05.2007

Умовн.-друк. арк. 1,0. Тираж 100 прим.

Замовлення № 237

Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського “

Харківський авіаційний інститут”

61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17

http://www.khai.edu

Видавничий центр “ХАІ”

61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17

izdat@khai.edu

��
��...

Наступні 7 робіт по вашій темі:

▪ НАУКОВІ ЗАСАДИ ПРОФЕСІЙНОГО ЗАСВОЄННЯ ЛІНГВОДИДАКТИЧНОЇ ТЕРМІНОЛОГІЇ СТУДЕНТАМИ ФІЛОЛОГІЧНИХ ФАКУЛЬТЕТІВ - Автореферат - 30 Стр.
▪ ПОВНОТА СПИСКУ АТРИБУТИВНИХ СИСТЕМНИХ ПАРАМЕТРІВ - Автореферат - 18 Стр.
▪ ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ТА ЕФЕКТИВНІСТЬ ОНОВЛЕННЯ АКТИВНОЇ ЧАСТИНИ ОСНОВНИХ ВИРОБНИЧИХ ФОНДІВ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ - Автореферат - 32 Стр.
▪ ХІМІЯ 1-ХЛОРО-1,2,4-БЕНЗОТІАДІАЗИНІВ - Автореферат - 17 Стр.
▪ Мовностилістичні особливості створення портрета персонажа в іспанській художній літературі XIX-XX століть - Автореферат - 31 Стр.
▪ ТВОРЧІСТЬ БГАРАТІ МУХЕРДЖІ У КОНТЕКСТІ АМЕРИКАНСЬКОГО МУЛЬТИКУЛЬТУРАЛІЗМУ - Автореферат - 29 Стр.
▪ Стан нейро-імунНо-ендокринноп регуляцiї у хворих на ювенільний ревматоїдний артрит на санаторно-курортному етапі реабілітації - Автореферат - 27 Стр.