Многомашинный комплекс имитационного моделирования навигационного эхолота

Вывод. Предложенный акустико-эмиссионный метод свободных колебаний позволяет определять местоположение, размеры и форму дефектов на этапах производства и эксплуатации, не проводя перегрузочные испытания конструкций.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ермолов И.П., Алёшин Н.П., Потапов А.И. Акустические методы контроля. -М.: Высшая школа, 1991. - 281с.

2. Грешников А.В., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272с.

3. Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов (РД 03-131-97).

4. Гостехнадзор России, 1997.

5. Попов А.В. Критерий Пирсона в задаче оценки технического состояния при акустикоэмиссионном контроле качества // Методы менеджмента качества. 2000. №5. С.33-35.

6. Попов А.В. О «разладке» в задаче исследования акустико-эмиссионных потоков // Методы менеджмента качества. 2001. №2. С.32-33.

7. Расщепляев Ю.С., Попов А.В. Метод инвариантов в задаче исследования потоков акустической эмиссии // Дефектоскопия. 2000. №10. С. 79-82.

8. Расщепляев Ю.С., Попов А.В. К вопросу исследования динамики акустико-эмиссионных процессов в задачах неразрушающего контроля методами теории случайных потоков // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2000. № 3. С. 24-27.

9. Расщепляев Ю.С., Попов А.В. Оценка степени опасности дефектов на основе инвариантов при акустико-эмиссионном неразрушающем контроле // Контроль. Диагностика. 2001. № 3(33). С.29-32.

10. Попов А.В. Оценка опасности дефектов конструкций по данным бесконтактного акустикоэмиссионного неразрушающего контроля // Автометрия. 2001. № 1. С. 84-87.

В.Е. Золотовский, А.О. Пьявченко, П.В. Савельев, В.В. Пустовалов,

Д.А. Беспалов

МНОГОМАШИННЫЙ КОМПЛЕКС ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАВИГАЦИОННОГО ЭХОЛОТА

В статье рассмотрены принципы построения и результаты выполненной авторами работы по созданию многомашинного комплекса имитационного моделирования корабельного навигационного эхолота (КНЭЛ). Разработка многомашинного комплекса имитационного моделирования проводилась с целью создания проекта функционального программного обеспечения структурных компонентов КНЭЛ и отработки основных протоколов взаимодействия между ними.

Электронные комплексы, которые разрабатываются в наши дни, представляют собой весьма сложные и дорогостоящие устройства. В частности, к ним смело можно отнести корабельные навигационные эхолоты, имеющие, как правило, распределенную структуру: гидроакустическая антенна совместно с генератором и эхолотным усилителем размещаются на днище и в трюме судна, а сам обрабатывающий блок и блок отображения навигационной информации - на капитанском мостике судна. В зависимости от тоннажа судна максимальное расстояние между блоками КНЭЛ может достигать нескольких сотен метров. Отсюда высокие требования к надежности используемых каналов связи между блоками (приборами) из состава КНЭЛ, а также комплексный характер задачи проектирования КНЭЛ. Требования по сокращению сроков создания аппаратнопрограммных средств КНЭЛ, в особенности, его программного обеспечения определили

актуальность разработки многомашинного комплекса имитационного моделирования корабельного навигационного эхолота.

Создание такого комплекса подразумевает выполнение требований адекватности его структуры структуре реального комплекса, реализацию принципов иерархического управления, переносимости разрабатываемого ПО с платформы ПЭВМ на реальную аппаратуру КНЭЛ, применения в различном сочетании методов аналитического и имитационного, а также, полунатурного моделирования; протоколирование результатов проводимых экспериментов. Кроме того, при разработке комплекса необходимо обеспечить поддержку реальных протоколов обмена данными между структурными единицами, соблюдение требуемых временных интервалов, а также хранение и обработку информации в форматах разрабатываемого устройства.

В результате анализа принципов построения функционального ПО КНЭЛ была синтезирована структура моделирующего комплекса (см. рисунок 1).

Комплекс состоит из четырех персональных ЭВМ, каждая из которых соответствует определенному устройству, входящему в состав навигационного эхолота:

ПП - прибор управления гидроакустической антенной;

УДОНИ - устройство документирования навигационной информации;

ВБОИ - видеоблок отображения рельефа донной поверхности, служебной информации, а также окон меню оператора;

ГМОИ - главный модуль отображения информации, представляющий собою устройство управления комплексом, приема данных от прибора ПП, от таких бортовых корабельных систем, как приемник GPS и приемник лага (на структуре не показаны), а также обмена командами и данными с устройством УДОНИ.

Для приближения к реальным каналам передачи данных между вычислительными машинами были задействованы последовательный интерфейс RS232, а также параллельный интерфейс Centronics. Причем, центральной рабочей станцией является имитатор прибора ГМОИ. К нему посредством последовательного интерфейса RS-232 через порты COM1 и COM2 подключаются имитаторы приборов ПП и УДОНИ. ПЭВМ, моделирующая функционирование ВБОИ, подключается к имитатору ГМОИ по параллельному интерфейсу Centronics.

Имитация взаимодействия с приемным трактом гидроакустической антенны организована следующим образом. На ПЭВМ, моделирующую функционирование прибора ПП, возложена также задача построения зашумленной модели рельефа дна с последующим сохранением полученных отсчетов на жесткий диск компьютера. В результате, построенная модель донного рельефа представляется в виде массива числовых значений напряжений, распределенных по времени в файле на жестком диске ПЭВМ. При этом пользователь имеет возможность выбрать необходимый рельеф для проведения дальнейших экспериментов. После выбора файла модели рельефа дна запускается программа имитатора ПП, которая выполняет фильтрацию входного потока данных (замеров - дискрет), определяет дистанцию до дна на заданном временном промежутке и формирует регулярные посылки полученных результатов в ГМОИ моделирующего комплекса.

Целью фильтрации является отсечение помех в принятом эхо-сигнале, а также определение достоверной дискреты на заданном временном интервале. Селекция осуществляется по амплитуде и по длительности сигнала. Выявленный достоверный сигнал используется для вычисления глубины. Сформированное значение глубины отправляется по интерфейсу RS232 в ГМОИ в виде пакета стандарта NMEA. Данный стандарт является общепринятым для судовых навигационных систем. Процесс выполняется на ПЭВМ циклически с частотой повтора два или три раза в секунду в зависимости от режима работы модели.

Рис. 1. Структура многомашинного комплекса имитационного моделирования

Программная модель прибора ГМОИ осуществляет диагностику остальных составляющих имитатора навигационного эхолота, реализует прием данных от ПП, УДО-НИ, от имитатора GPS и лага, от оператора, анализирует полученные данные, формирует информационные и служебные пакеты, осуществляет управление отображаемой информацией и поддерживает систему пользовательского меню.

Основная программа эмулятора ГМОИ осуществляет следующие действия:

- настройка перехвата прерываний (от СОМ порта и системного таймера);

- организация основного функционального цикла с опросом клавиатуры (программная эмуляция аналогичной функции главного модуля ОИ);

- организация хранения и модификации системных переменных;

- организация формирования командных посылок и потоков данных между моделирующими ПЭВМ;

Пользователь имеет возможность управлять функционированием имитационной модели КНЭЛ при помощи стандартной клавиатуры персонального компьютера. При этом, как и в реальной аппаратуре обработка нажатых клавиш осуществляется в модели ГМОИ, а отображение результатов на мониторе ВБОИ.

Задача, выполняемая ВБОИ - это подготовка графической информации, запись ее в видеопамять - отображение. Видеопамять состоит из двух страниц: активной и отображаемой. В пределах активной страницы реализуется построение кадра изображения. После того, как кадр полностью сформируется, активная страница становится отображаемой, а отображаемая - активной. Т акой подход позволяет добиться стабильного черно-белого изображения на экране монитора моделирующей ПВМ.

В рабочем режиме на экране демонстрируется линия донного рельефа, а также служебная навигационная информация о районе плавания, о текущем времени суток и

текущей дате, имеется табло предупреждения о развитии опасной ситуации в процессе плавания (см. рисунок 2,а). Для организации интерактивного взаимодействия пользователя с ПО КНЭЛ предусмотрена система меню, а также, при необходимости, окно воспроизведения ранее записанных навигационных данных о пройденном пути за последние несколько часов. Разработанная система поиска позволяет быстро отыскать в сохраненной в УДОНИ базе данных требуемый фрагмент пройденного пути последующим его воспроизведением на экране видеомонитора ВБОИ (см. рисунок 2,б). При этом пользователь может выбрать масштаб и скорость воспроизведения. Кадр основного режима работы НЭЛ остается на экране видеомонитора, а окно воспроизведения просто накладывается на него. В результате получаем эффект изменения информации сразу в нескольких кадрах, что позволяет просматривать навигационную информацию о пройденном пути и одновременно быть в курсе о текущем положении дел.

ОСНОВНОЙ РЕЖИМ РЕЖИМ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

19. ОЭ. ИЗ Долгот* Вмротя Попншхо Илино С 14:20:29 120*35'О 150*13'N 1.0м 2.Ом 1488 тж

дались звука 0"

Диапазон глубин

Отсная глубина

Скюость звука 16

Поправка

Диагностика

Начальные установки

Тип протокола связи 20

Воспгаизведение

Зб

44.9м Xs 40

МЫ» № в л/

L9. ОЭ. 03 Долгот Широта Поправка Опасно С L4:23:14 120*55'О 150*15'N 1.0и 2.Он 1488 тж

Закрыть воспроизведение 0“

Изменить скорость

Прокрутить назад

to.03.03 Поправка Опаоно 1:10 1б

L4i 02 і 48 1.0н 2.0Н

\. 1б

\ 2б

\л 25

36

43

30.9м

—В в В о—

42.9м ' 1 перепад 40 \ + 0.9м 1 Угол л ,

V **

ы ы » * й\/

а б

Рис. 2. Пример экранных форм

Программное обеспечение всего комплекса разработано для функционирования в реальном масштабе времени моделей приборов КНЭЛ под управлением операционной системы MS-DOS. Причем, программы моделирования приборов ПП и ВБОИ реализованы на языке ANSI С при помощи среды Borland C++ 3.11. Модели приборов УДОНИ и ГМОИ были созданы в среде Borland Pascal. Выбор указанных языков программирования высокого уровня был обусловлен требованиями переносимости ПО модели с платформы IBM-совместимой ПЭВМ на платформу реальной аппаратуры комплекса навигационного эхолота.

В результате выполненных работ были разработаны основные алгоритмы работы КНЭЛ в заданных режимах функционирования.

Выбраны и апробированы основные структуры данных, а также алгоритмы по их обработке, архивации и деархивации. Разработаны и отлажены канальные протоколы взаимодействия узлов КНЭЛ, ориентированные на поддержку основного и диагностического режима функционирования.

Произведена разработка и выполнена модульная отладка функционального ПО, а также программных имитаторов такой корабельной бортовой системы, как система спутниковой навигации GPS.

Все это позволяет указать на перспективу использования полученных результатов при разработке аппаратуры КНЭЛ, а в дальнейшем, для обучения персонала правилам работы с эхолотом. Следовательно, разработанный комплекс предполагается использовать в двух направлениях

- при построении учебно-тренировочных стендов командного состава плавсредств;

- при дальнейшей разработке аппаратно-программных средств КНЭЛ и их отладке путем постепенного преобразования имитационного комплекса в комплекс полуна-турного моделирования за счет подмены отдельных компонентов комплекса на реальные образцы приборов КНЭЛ.

Н.Б. Тушканов, О.С. Гриднева, С.П. Загайнова

НЕЙРОСЕМАНТИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДИАГНОСТИКИ КАЧЕСТВА

ЗНАНИЙ И ПОНИМАНИЯ

Одним из наиболее многообещающих направлений развития интеллектуальных систем контроля и диагностики качества знаний и уровня понимания, формируемых процессом научения, является их построение на основе психосемантических структур (моделей), используемых при создании экспертных, экспертно-обучающих и тренажных комплексов [1, 2]. Приведем основные особенности организации диагностических систем на основе психосемантического подхода.

1. Модели когнитивных структур личности отражают такие ее особенности, как качество знаний, опытность, профессиональность, степень обученности, характер понимания.

2. Путем выбора набора понятий-стимулов можно задать область семантического пространства, характеризующую знания и другие профессиональные навыки личности в конкретной проблемной области.

3. Для формирования моделей когнитивных структур целесообразно использование двух формальных механизмов - ассоциативные сети и семантические сети, поскольку именно ассоциирование и семантическое связывание на основе формальных грамматик наиболее полно характеризует структуры знаний и особенности понимания.

4. Для построения ассоциативных сетей естественным образом подходит метод оценки попарной близости понятий (отношение «далеко - близко») по некоторой шкале.

5. Для построения семантических сетей можно использовать модифицированный метод минимального контекста, сущность которого состоит из предъявления испытуемому (эксперту) триад понятий и извлечения из него информации об отношениях между ними на основе одной из формальных грамматик (например, грамматики Филмора). Причем одна триада может содержать не одно, а несколько различных отношений. Использование трех понятий позволяет выявить иерархические отношения и построить элементарные бинарные поддеревья, объединением которых можно сформировать сложные многоуровневые иерархические семантические структуры.

Эффективность психосемантических технологий во многом определяется качеством и разнообразием методов и средств обработки первичных данных (матриц, таблиц, графов, диаграмм). На рис. 1 показаны примеры представления моделей знаний субъекта на основе семантических и ассоциативных сетей.