Метод использования технологий информационной поддержки (САЬ8-технологий) при разработке сложной пожарной и спасательной техники

Пожарная техника

УДК 530.1+681.3

МЕТОД ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ (САЬ8-ТЕХНОЛОГИЙ) ПРИ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНОЙ ПОЖАРНОЙ И СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

И. Г. Малыгин, А. В. Смольников

Санкт-Петербургский институт Государственной противопожарной службы МЧС России

Предложен метод использования технологий информационной поддержки изделий (СА1_Э-технологий) при разработке сложной пожарной и спасательной техники. Рассматриваются возможности различных направлений в использовании интегрированных информационных технологий. Приведены примеры использования РОМ-программ для решения задачи модульного построения системы управления сложным пожарным и спасательным техническим комплексом.

Любой отказ сложной спасательной и пожарной техники может привести к непредсказуемым результатам спасательной операции. Проблема повышения качества сложной пожарной и спасательной техники связана с выполнением требований международных стандартов. Эти стандарты должны выполняться на всех этапах жизненного цикла сложной пожарной и спасательной техники (СПСТ), а именно при проектировании, производстве, эксплуатации и утилизации.

Интегрированные информационные технологии поддержки всех этапов жизненного цикла СПСТ получили название CALS-технологий (Continuous Acquisition and Life cycle Support). Использование этих информационных технологий по существу предполагает перестройку всего существующего процесса создания и эксплуатации сложной пожарной и спасательной техники. Переход на новые информационные технологии сопровождения всех этапов жизненного цикла сложной пожарной и спасательной техники должен быть начат с анализа и пересмотра существующих производственных процессов в проектных и конструкторских организациях, на промышленных предприятиях и в организациях, обеспечивающих эксплуатацию СПСТ. Рассматриваемые проблемы особенно актуальны для организаций, отвечающих за надежную работу сложной пожарной и спасательной техники в экстремальных условиях и при чрезвычайных ситуациях.

CALS-технологии в экстремальных условиях использования сложной пожарной и спасательной техники позволяют оперативно проводить ее ди-

агностику, а в случаях отказов быстро устанавливать соответствующие причины, локализовать и ликвидировать неисправности с использованием средств логистической поддержки СПСТ. Основным достоинством СЛЬБ-технологий является информационная интеграция, обеспечивающая обмен конструкторскими данными между проектировщиками и производственниками, эксплуатационными данными между производителями и пользователями СПСТ.

В данной статье рассматриваются возможности двух направлений в использовании интегрированных информационных технологий: первое относится к технологии управления данными о СПСТ; второе используется для создания интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР) для СПСТ.

Мероприятия по сокращению издержек производства и поддержки объектов СПСТ на всех этапах их жизненного цикла вызвали существенные преобразования в промышленности развитых в техническом отношении стран. Однако возможности СЛЬБ-технологий не ограничены использованием их только при построении изделий высокой сложности, но могут быть использованы и для прикладных задач, в частности связанных с разработкой, созданием и надежной эксплуатацией любых изделий СПСТ.

Проблемы, связанные с широкомасштабным использованием СЛЬБ-технологий, находятся в области использования специальных стандартов на большинстве этапов поддержки жизненного цикла изделий сложной пожарной и спасательной техни-

ки. В отечественной практике пока не внедрен единый стандарт на системы, связанные с CALS-технологиями, что затрудняет их комплексное использование, характерное для соответствующих зарубежных предприятий. Многие разработки, которые уже используются отечественными предприятиями, внедряющими CALS-технологии, полностью или частично не совместимы между собой. Это снижает возможности взаимодействия отдельных предприятий, участвующих в разработке СПСТ, и уменьшает конечный эффект от использования интегрированных информационных технологий.

Одним из вариантов решения проблемы внедрения CALS-технологий является объединение усилий в области разработки и внедрения систем, обеспечивающих совместимость различных программных сред.

Существуют специализированные стандарты для хранения и передачи данных, в том числе и при разработке объектов СПСТ. За основу форматов представления данных принято семейство языков, объединенных общими спецификациями SGML (Standartized General Markup Language). Производными от SGML являются общеизвестные языки разметки данных HTML и его развитие XML. Эти языки позволяют структурировано описать различные данные и отделить структуру информации от ее внешнего представления.

Существуют и специализированные форматы хранения данных об изделиях, учитывающие структуру изделий СПСТ, их взаимосвязи и характеристики.

Одним из стандартов, претендующих в последнее время на универсальность, является STEP. Его поддерживает программное обеспечение PDM-класса, которое используется при разработке практической части исследования.

Одной из задач, предшествующих широкому внедрению CALS-технологий, является задача систематизации опыта, накопленного организациями при разработке изделий СПСТ. Причем, на первое место здесь выступает не констатация достижений в области проектирования, конструирования, производства и опытной эксплуатации изделий, а систематизация этих достижений с позиций их совершенствования в новых экономических условиях.

В качестве примера рассмотрен класс сложной спасательной техники, используемой в экстремальных ситуациях, сопровождающих последствия пожара высокой сложности на судах. Это могут быть автономные или телеуправляемые роботы, используемые независимо друг от друга или совместно (в зависимости от конкретной обстановки).

Одним из способов ликвидации пожара на судах является затопление помещений, в которых возник пожар. При этом возможны ситуации, когда в затоп-

ленных помещениях остаются люди. Задачей спасательной техники является быстрая эвакуация людей из затопленных помещений, которая может быть решена с использованием специальных подводных аппаратов-роботов.

Непредсказуемость и слабая прогнозируемость ситуаций при проведении спасательных работ в подобных случаях, требует построения роботов рассматриваемого класса по модульному принципу. Это относится не только к аппаратуре, расположенной на борту робота и предназначенной для решения им целевых задач поиска, обнаружения и доставки спасаемого в безопасное место, ноик модульному построению самого робота, позволяющему в заданных пределах оперативно изменять его функциональные возможности как носителя целевой аппаратуры.

Если в организации-разработчике существовали образцы-прототипы робототехники модульного принципа построения, рассчитанные на выполнение конкретных функций, а экстремальная ситуация возникла за пределами диапазона ее применения, то целью использования CALS-технологий является системный анализ возможных вариантов реконфигурации робота-прототипа, чтобы с минимальными затратами создать его вариант, обеспечивающий выполнение тех же функций только в более широком диапазоне.

В качестве примера построения системы модульного типа была рассмотрена управляющая система подводного робота-спасателя, использующая цифровые обработчики информации.

Выбор систем модульного построения на базе комплектующих изделий таких производителей, как Octagon Systems и др., позволил сосредоточиться на задачах изучения, анализа возможностей и внедрения отдельных подсистем, используемых CALS-технологиями.

Разрабатываемые системы имеют модульную структуру, что ограничило детализацию комплекса уровнем отдельных комплектующих (процессорных плат, коммуникационных устройств, преобразователей информации и др.).

Как правило, фирмы-изготовители функциональных модулей для встраиваемых обработчиков информации имеют бумажные или электронные каталоги своей продукции в виде структурированных наборов данных об устройствах, пригодных для построения возможных вариантов разрабатываемого изделия. За основу фактической информации, используемой при комплектовании и последующем анализе комплекса, взяты каталоги фирмы Octagon Systems.

Одной из основных программных систем CALS-технологий была выбрана система управления данными об изделии (PDM-класса). Исследование за-

ключалось в поиске информации и обзоров программных продуктов, на основе которых делался вывод о перспективности использования конкретных программ для сопровождения средств СПСТ. В результате исследования доступных PDM-сис-тем были сделаны следующие выводы:

• на мировом рынке программного обеспечения существует небольшое количество систем класса PDM и EDM (управление электронной документацией и характеристиками изделий). В основном используются либо системы известных концернов-разработчиков (IBM, Unigra-phics, и т.п.), либо специализированные пакеты, например компании "Прикладная логистика";

• в основном эти системы предназначены для просмотра файлов различных форматов и могут использоваться автономно без установки пакетов, в которых эти файлы были созданы;

• программы PDM-класса имеют большое значение при внедрении CALS-технологий, так как позволяют обеспечить свободу работы с файлами различных источников без привязки к определенным форматам представления информации.

На практике необходимо установить программу PDM-класса на каждое рабочее место коллектива пользователей с тем, чтобы пользователи могли участвовать в обмене информацией различной формы представления изделия СПСТ: чертежами, изображениями, документацией, инструкциями по эксплуатации и т.п.

Из доступных PDM-систем для задачи сбора и представления разнородной информации с целью разработки модульных систем СПСТ была выбрана PDM-система PSS Step Suite версии 2.8 (разработчик — "Прикладная логистика"), обладающая следующими свойствами:

• возможность представления модулей, узлов и деталей изделия СПСТ в виде древовидной структуры, позволяющей производить просмотр и редактирование отдельных категорий и версий изделия;

• легкость интеграции данной PDM-системы с системами и специализированными программными средствами просмотра и редактирования разнородной информации об изделиях СПСТ с учетом возможностей изменения исходной информации;

• возможность работы нескольких разработчиков с использованием сетевых технологий и общей базы данных об изделиях СПСТ;

• легкость переноса информационных баз между различными рабочими станциями используемой сетевой структуры аппаратных средств разработчиков;

• относительная простота освоения возможностей PDM-системы и доступная документация по ее возможностям;

• возможности сравнения выбранных компонент комплекса СПСТ (однородных по функциональному назначению) для их анализа по требуемым характеристикам или их сочетаниям;

• возможность независимого задания унифицированных наименований характеристик изделия СПСТ, единиц их измерения, конкретных значений;

• поддержка стандарта STEP для хранения и передачи данных об изделии СПСТ, что позволяет интегрировать систему с другими разработками на базе общих стандартов;

• возможность поддержки электронной документации по изделиям сложной пожарной и спасательной техники, что позволяет каждому изделию поставить в соответствие набор файлов и присоединять к его описанию чертежи и другую информацию об изделии.

Таким образом, существует возможность хранить в едином пакете как подробную унифицированную информацию о характеристиках изделия СПСТ, так и иметь более полный комплект гипертекстовой и графической документации об изделиях данного класса.

Методики использования PDM-систем для модульного построения изделий сложной пожарной и спасательной техники находятся на первой ступени их формирования. Здесь делается попытка оценить возможности одной из разновидностей подобных систем с целью сокращения времени и других затрат на модульное построение систем управления изделием сложной пожарной и спасательной техники.

Уровень детализации компонент, используемых для модульного построения системы управления изделием СПСТ, выбирается исходя из возможностей доступа к источникам этих компонент и особенностей построения их каталогов фирмами-изготовителями. Какие-либо количественные ограничения в данном случае не существенны. Важным и необходимым условием эффективности дальнейшей работы с компонентами системы является их классификация по признакам или их комбинации, что уже на этапе предварительного анализа позволило бы отдать предпочтение одной из групп компонент в соответствии с конкретными требованиями, предъявляемыми к системе в целом.

Формулировка задачи модульного построения системы управления сложным пожарным и спасательным техническим комплексом должна быть по возможности конкретной и количественно определенной. Желательно знание таких технических характеристик пожарного и спасательного комплекса,

как вес, габариты, его быстродействие, точность, потребляемая энергия, надежность и стоимость.

Использование РБМ-программ для решения задачи модульного построения системы управления сложным пожарным и спасательным техническим комплексом может включать следующие этапы:

• выделение основных функциональных модулей системы управления и задание наборов их характеристик с использованием баз данных фирм-разработчиков соответствующих модулей;

• численное описание основных параметров выбранных функциональных модулей системы управления сложным техническим пожарным и спасательным комплексом (СТПСК) с указанием соответствующих единиц измерения определенных параметров;

• выбор программы построения интерактивного электронного руководства для разрабатываемой системы управления сложным техническим пожарным и спасательным комплексом, совместимой с используемой РБМ-системой;

• настройка баз данных, доступных используемой РБМ-системе, для получения доступа разработчиков к каталогам модулей, используемых для построения системы управления сложным техническим пожарным и спасательным комплексом;

• обоснование критерия в виде совокупности характеристик модуля, по которому с использованием РБМ-системы будет производиться поиск альтернативных вариантов компонент системы управления СТПСК в доступных базах данных;

• задание допустимых значений или диапазона их изменения для рассматриваемых характеристик и работа с набором модулей системы управления СТПСК, удовлетворяющим выбранному критерию;

• если найденные характеристики будут покрывать достаточно большой ряд модулей, то производится уточнение диапазонов требуемых значений для сокращения числа рассматриваемых вариантов модулей одного функционального назначения;

• если поставленная задача не выдала результатов, это свидетельствует о нечетко сформулированных требованиях к необходимым модулям или недостаточном объеме базы данных;

• анализ полученных промежуточных результатов в виде альтернативных наборов модулей, необходимых для построения системы управления сложным техническим пожарным и спасательным комплексом;

• сравнение полученных наборов модулей по выбранному признаку или их совокупности с использованием возможностей РБМ-системы;

• принятие решения о выборе конкретного набора функциональных модулей для построения системы управления СТПСК.

Полнота описания функциональных модулей зависит от того, являются ли они готовыми комплектующими изделиями разрабатываемой системы управления СТПСК или создаются разработчиками самостоятельно из доступных элементов.

В первом случае достаточно перечислить характеристики модуля, под которыми понимают наименования его основных функциональных узлов. Каждой такой характеристике ставится в соответствие ее количественное описание и единица размерности.

Во втором случае строится иерархия, раскрывающая последовательность построения каждого узла из элементов, а также разрабатываемого модуля из созданных узлов.

Структура разрабатываемой системы представляет собой иерархию, оформленную в виде дерева папок, содержащих информацию о модулях, их узлах и деталях, совокупность которых позволяет создать вариант системы управления сложным техническим пожарным и спасательным комплексом.

Средством для рационального выбора необходимого для системы управления набора модулей является механизм поиска PDM-программы. Программа содержит инструмент, который позволяет осуществлять детальный поиск по модулям и их характеристикам и сформировать любой сложный запрос для получения требуемого набора модулей с необходимыми характеристиками.

Сравнение по отдельным характеристикам позволяет провести предварительный анализ полученного варианта и сделать вывод о предпочтительности этого варианта решения задачи построения системы управления СТПСК перед другими. Чем выше степень детализации структуры разрабатываемого комплекса и чем больше характеристик модулей внесено в базу данных PDM-системы, тем точнее может быть произведен анализ возможных вариантов построения сложного технического пожарного и спасательного комплекса.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

• использование CALS-технологий и, в частности PDM-программ и программ для построения ИЭТР, позволяет значительно интенсифицировать процесс создания сложных технических пожарных и спасательных комплексов модульного типа;

• совокупность средств, объединенных понятием CALS-технологии, представляет собой интегрированную программную среду, позволяющую использовать информацию об изделии пожарной и спасательной техники от этапа его раз-

Экранная панель интерактивного электронного технического руководства изделия сложной пожарной и спасательной техники

работки до снятия с эксплуатации и утилизации, не зависимо от формы представления данной информации;

для повышения эффективности управления документацией, используемой при модульном построении системы управления сложным техническим пожарным и спасательным комплексом, необходимо перевести существующие каталоги комплектующих изделий в формат системы управления данными типа РБЫ-программ и воспользоваться их возможностями для поиска и построения возможных вариантов модульной целевой системы;

принятие решения о выборе окончательного варианта построения модульной системы управ-

ления сложным техническим пожарным и спасательным комплексом осуществляется разработчиком по результатам анализа вариантов, предоставленных поисковой системой РБЫ-программы и его личного опыта разработки аналогичных систем; • итоговый эффект использования РБЫ-про-грамм будет тем выше, чем больше необходимой информации поступит в базы данных на этапе целевого информационного наполнения используемой системы СЛЬБ-технологий. Пример экранной панели интерактивного электронного технического руководства изделия СПСТ представлен на рисунке.

ЛИТЕРАТУРА

1. NATOCALSHandbook.

2. Каталоги продукции компаний Octagon Systems, Altera.

Поступила в редакцию 27.01.04.