Управление разработкой бортового программного обеспечения

ботки сигналов, так как реализация значительно усложненного закона управления ИСН на аналоговых элементах станет затруднительной как в проектировании, так и в производстве. Структурные схемы выпускаемых промышленностью специализированных интегральных схем существенно отличаются от структуры устройства управления, реализующего оптимальный по быстродействию закон управления. Аппаратная реализация закона управления на подобных микросхемах вызовет применение большого количества внешних элементов, что повлечет за собой усложнение и снижение надежности устройства управления. Поэтому переход на микроэлектронную базу, к цифровой обработке сигналов является не-

обходимостью, что также повысит надежность СЭП и улучшит ее эксплуатационные характеристики.

Библиографический список

1. Пат. 2025764 РСФСР, МКИ4 G 05 F 1/56. Способ управления импульсным стабилизатором / Соустин Б. П., Иванчура В. И., Краснобаев Ю. В., Манаков А. В. Опубл. 30.12.94, Бюл. № 22.

2. Соустин, Б. П. Системы электропитания космических аппаратов / Б. П. Соустин, В. И. Иванчура, А. И. Чернышев, Ш. Н. Исляев. Новосибирск : ВО «Наука». Сиб. изд. фирма, 1994.

D. V. Kapulin

HIGH RELIABLE HIGH-SPEED VOLTAGE IMPULSE STABILIZER WITH INTEGRATOR IN REVERSE TIE CIRCUIT

The function of voltage impulse stabilizer decrease and increase types with reverse tie circuit integrator is considered. The researches for definition of interval for non-adjustment integral signal in dependence of various parameters power and control circuits are conducted.

ХЦК 62.506

А. А. Колташев

УПРАВЛЕНИЕ РАЗРАБОТКОЙ БОРТОВОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Рассматривается технология разработки бортового программного обеспечения (БПО) спутников связи и навигации в аспекте обеспечения эффективного управления работами, гарантирующего создание БПО в требуемые сроки, с требуемым качеством и в рамках заданныых ресурсов.

В ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева используется и развивается эффективная технология создания и сопровождения бортового программного обеспечения (БПО) спутников связи и навигации [1; 2].

Технология основывается на специальном архитектурном расслоении БПО, использовании при разработке и сопровождении БПО интегрированной среды разработки и верификации БПО и на специальных методах гарантирования качества, базирующихся на трех составляющих: качестве компонент БПО, качестве управления конфигурацией БПО, качестве верификации и подтверждения БПО [3].

С использованием этой технологии успешно в заданные сроки с требуемым качеством и в рамках заданных ресурсов создаются спутники связи и навигации, использующие в составе бортовых комплексов управления различные вычислительные платформы.

Многолетний опыт создания серии спутников, таких как ЭКСПРЕС-АМ и ГЛОНАСС-М, позволил выработать эффективную типовую структурную декомпозицию работ по конкретному проекту, представленную на рис. 1 [4].

На рис. 1 выделено три рабочих области: первая область представляет состав работ по созданию и сопро-

вождению инструментальных средств разработки БПО [3] - технологического комплекса производства программ БПО (ТКПП) и наземного отладочного комплекса БПО (НОК); вторая область представляет собственно работы по созданию БПО спутника с использованием средств ТКПП и НОК. В третьей области представлены работы по отработке и подтверждению ПО отдельных подсистем и БПО в целом на отработочных и летных изделиях подсистем спутника и спутника в целом.

Началом работ по созданию БПО нового спутника считается выпуск исходных данных на логику функционирования космического аппарата (ИЦ ЛФ КА). После этого головной отдел по разработке БПО совместно с отделами разработчиками ПО подсистем начинает работу по определению требований к БПО в целом, требований к ПО подсистем и по распределению ресурсов бортового комплекса управления между подсистемами. Цанная работа выполняется в рамках документа «Исходные данные на БПО» (ИЦ БПО). Работа выполняется одновременно с разработкой исходных данных на логику функционирования подсистем, но не может быть завершена до их выпуска. Разумеется, во всех случаях выпуска документов речь идет о выпуске редакции документа в том объеме, который не-

ИД ЛФ моделей разработаны

Разработка и АО моделей систем

КО моделей

1.1

Разработка ИД на моделИ бортовых систем I

Подготовка НОК для Подготовка НОК |

КО ПО БКУ

*?

для КО ПО систе

Разработка и отладка моделей БКУ

*

Сопровождение НОК

Создание БД ТМ и КУ в обеспечение КО ПО БКУ

*2

*>

і і і

! '

I Создание БД ТМ и КУ в | і (обеспечение КО ПО систем! *

Подготовка ТКПП для 1.2 разработки ПО БКУ

«ЯМИНЮС!

______________1-

Подготовка ТКП П для ПО систем

4*2

Подготовка ТКПП для сопровождения БПО

, -г

I Разработка и АО I + ПО систем I

Сопровождение ТКПП БПО

♦

2.1

ИД ЛФ систем разработаны

2.2

ИД ЛФ КА

разработаны

Разработка урныхлроектов ПО систем I

I

1-

II

КО ПО систем в режимах систем

КО ПО систем $ режимах КА і

Сопровождение ПО систем

2.3

’ Разработка ИД на БПО

*£±

М

і

і

і

.Л.

Разработка микропрограмм

+

т

КО БПО

I

*

+

Изготовление

*2^2

Подготовкак ЛИ

2.4

ИД ЛФ БКУ разработань

Разработка архитектурного проекта ПО БКУ

I

КО ПО БКУ для КО ПО систем

• КО ПО БКУ для' |

, КОБПОД

І 1

~г

Разработка и АО ПО 1 БКУ для КО БПО

і

2.5

і;

Разработка и АО ПО БКМ,

I

Разработка и АО ПОБКУ для КО ПО систем ^

Ф:1.

Сопровождение (40 БКУ

т

Отработка ПО БКУ на ЛОК

------і

Отработка ПО БКУ на изд1,08Б1

Отработка ПО | СОС на изд I

Отработка БПО на летном изделии

&

Рис. 1. Типовой график разработки БПО: 1 - рабочая область инструментальных средств: 1.1 - НОК; 1.2 - ТКПП;

2 - рабочая область ЖЦ БПО: 2.1 - компоненты ПО системы; 2.2 - архитектура ПО системы;

2.3 - архитектура БПО; 2.4 - архитектура ПО БКУ; 2.5 - компоненты ПО БКУ; 3 - рабочая область повреждения

обходим для продолжения работ и информация по которому достигла устойчивого состояния.

После выпуска первой редакции ИД на БПО работы переходят на уровень подсистем. Вначале выполняется архитектурное проектирование ПО подсистем в рамках документов архитектурного проекта на ПО подсистемы, затем выполняется детальное проектирование, программирование и автономное тестирование компонент подсистемы, определенных архитектурным проектом и, наконец, осуществляется системное тестирование ПО подсистемы в целом, сначала в режимах подсистемы, а затем в режимах КА.

Архитектурный проект ПО БКУ дополнительно выступает в качестве документа, интегрирующего БПО в целом.

Проектирование и программирование ПО подсистем осуществляется на базе возможностей, предоставляемых ПО БКУ, поэтому архитектурный проект на ПО БКУ в объеме, определяющем межсистемные интерфейсы, выпускается, как показано на графике, опережающим образом.

По этой же причине создание компонент ПО БКУ разбивается на два этапа: на первом - «Разработка и АО ПО БКУ для КО ПО систем» - создаются компоненты ПО БКУ, без которых невозможны сборка и системное тестирование ПО подсистем, т. е. среда программного функционирования и среда программного управления [3]; на втором - «Разработка и АО ПО БКУ для КО БПО» - компоненты, решающие задачи собственно БКУ, включая средства интегрального управления спутником.

После окончательного определения ЛФ КА и завершения этапов архитектурного проектирования всех подсистем на уровне изделия начинается разработка макропрограмм автономного управления КА, которая должна быть завершена к моменту начала работ по системному тестированию БПО в целом - этап «КО БПО».

Заканчивается деятельность во второй области графика изготовлением БПО, т. е. созданием Выпуска БПО [5], и передачей БПО в состав БКУ изделия.

Поскольку БПО относится к классу встроенного программного обеспечение, то его подтверждение методически осуществляется в рамках соответствующих подсистем и изделия в целом. В технологии создания КА в ОАО «ИСС» для отработки и подтверждения БПО выделено четыре отработочных изделия, работы на которых представлены на графике в его третьей области. При этом лабораторно-отработочный комплекс БКУ (ЛОК) возникает только при создании первого спутника, БКУ которого строится на новой вычислительной платформе. В этом случае требуется тщательная отработка взаимодействия новой общесистемной части ПО БКУ с новыми аппаратными средствами, поэтому во второй области вводится дополнительный этап - «Разработка и АО ПО БКУ для ЛОК», а в третьей - «Отработка ПО БКУ на ЛОК».

Следует отметить следующие зависимости работ второй и третьей области, существенно влияющие на график работ по конкретному проекту.

Во-первых, на отработку в составе изделия 1.08БКУ должно поступать ПО БКУ в объеме, созданном на этапе «Разработка и АО ПО БКУ для КО ПО систем», и только после завершения этапа «КО ПО БКУ для КО ПО сис-

тем». При этом этап «КО ПО БКУ для КО БПО» не может быть завершен до завершения отработки ПО БКУ на изделии 1.08БКУ

Во-вторых, этап «КО БПО» не может быть закончен, а изготовление БПО не может быть начато до отработки ПО СОС на отработочном изделии 01.ИМ.

Рассмотрим теперь зависимость второй области от первой.

На средствах ТКПП БПО осуществляется весь комплекс работ по созданию, автономному тестированию и сопровождению объектов БПО, а также управление этими работами. На средствах НОК осуществляется системное тестирование ПО подсистем и БПО в целом, или, другими словами, их комплексная отладка.

Подготовка ТКПП БПО для изделия, использующего в составе БКУ новую вычислительную платформу, предполагает, во-первых, работы по созданию и/или адаптации для этой платформы всех используемых систем программирования [3], а, во-вторых, поэтапную подготовку архивов объектов для этого проекта.

В случае если средства программирования уже реализованы в ТКПП БПО, его подготовка сводится к подготовке архивов.

Подготовка НОК БПО для изделия, использующего в составе БКУ новую вычислительную платформу, предполагает, во-первых, работы по созданию программной модели этой платформы, во-вторых, работы по созданию объектов конкретного изделия: архивов версий БПО, баз данных телеметрических параметров и команд управления, моделей аппаратуры БКУ и моделей поведения подсистем.

В случае если программная модель вычислительной платформы уже была реализована в НОК в рамках работ по предыдущим изделиям, подготовка НОК сводится к поэтапной подготовке объектов изделия: на первом этапе - объектов, необходимых для КО ПО БКУ в объеме, созданном на этапе «Разработка и АО ПО БКУ для КО ПО систем»; на втором - в объеме, необходимом для системного тестирования ПО подсистем и БПО в целом.

При этом комплексная отладка моделей поведения систем на НОК может быть начата не раньше завершения этапа «Подготовка НОК для КО ПО БКУ».

Следует отметить, что модели поведения систем являются частью НОКа только структурно, функционально они являются частью процедур системного тестирования ПО соответствующих подсистем и было бы более логично работы по их созданию рассматривать в рамках второй рабочей области и относить к прямым затратам на разработку БПО. Пересмотр в этом аспекте технологии разработки БПО и типового графика работ запланирован.

Несмотря на то, что представленный на рис. 1 типовой график разработки БПО выглядит как график, реализующий только каскадный подход, на самом деле, на его основе путем соответствующей декомпозиции реализуются и эволюционный, и итерационный подходы.

Для эффективной реализации рассмотренного типового графика работ в реальном производственном процессе разработана модель организационно-распорядительного документооборота, концепция которого представлена на рис. 2 [5; 6].

Суть концепции состоит в том, что типовой график работ покрывается иерархически упорядоченной системой Запросов-Отчетов (ЗАО), определяющих перечень и сроки всех работ. Декомпозиция осуществляется до уровня неразделяемой конкретной работы, выполняемой конкретным исполнителем, на которую выпускается Задание-Заключение (ЗАЗ). ЗАЗ определяет не только состав работы и сроки ее выполнения, но и создаваемый в рамках этой работы объект и затраченные на его создание ресурсы (измеряемые в человеко-часах). Таким образом, информация о состоянии совокупности ЗАЗ дает полную информацию о состоянии работ по соответствующему ЗАО.

Рис. 2. Модель организационно-распорядительного документооборота: ЗАО - запрос-отчет;

ЗАЗ - задание-заключение; ОПР - отчет о проблеме;

ОШП - ошибка в программе; ИТР - изменение требований;

АП - архитектурный проект; ИД - исходные данные

Вначале создается ЗАО на создание БПО в целом, объектом разработки в этом случае является Выпуск БПО, работами - создание ПО подсистем, КО БПО и изготовление БПО. На следующем уровне создаются ЗАО на создание ПО подсистем, конечным объектом разработки в этом случае выступают Сборки ПО подсистем, а работами - архитектурное проектирование, разработка и АО компонент, сборка ПО подсистем и КО подсистем на НОК и так далее до уровня неделимых работ, как, например, работа по разработке и АО конкретной компоненты, или работа по выполнению конкретной сборки ПО подсистемы, на которые оформляются ЗАЗы (рис. 2).

Все выявляемые в процессе работ несоответствия по объектам и работам, завершенным в рамках ранее выданных и закрытых ЗАО, парируются Отчетами о проблемах (ОПР), которые в общем случае либо порождают новый ЗАЗ непосредственно - в случае квалификации несоответствия как ошибки в ранее выполненной работе, либо через выпуск нового ЗАО - в случае изменения требований к ранее созданному объекту.

Модель построена на основе прототипов ее отдельных составляющих, успешно апробированных в рамках

работ по разработке ПО БКУ в более чем десяти проектах спутников, в том числе в проектах СЕСАТ, ЭКСПРЕССАМ и ГЛОНАСС-М.

Для ее поддержки был разработан и успешно апробирован в рамках проектов ЭКСПРЕС-АМ и ГЛОНАСС-М прототип системы управления электронным распорядительным документооборотом - система управления объектами, работами и проблемами - СОКРАТ [7; 8].

Для внедрения модели в процесс разработки БПО в полном объеме необходимо распорядительный документооборот сделать полностью электронным, т. е. обеспечить автоматизированную генерацию всех предусмотренных моделью распорядительных документов, обеспечить автоматическое передвижение электронной распорядительной документации между участниками разработки и архивами, автоматическое формирование и хранение истории документов и контроль их завершенности, а также автоматическое формирование статистической информации о ходе работ по проекту и использовании ресурсов на основе информации из этих документов.

Работы по этому направлению ведутся в рамках работ по совместному проекту НПО ПМ и ИСИ СО РАН в Новосибирске - проект АСПИД (Автоматизированная Система управления Проектами, Изделиями и Документами), направленных на создание высокоэффективной автоматизированной системы управления разработкой и долговременным сопровождением БПО спутников связи и навигации. Начало внедрение электронного документооборота в рамках этой системы запланировано на конец 2009 г.

Реализация этого проекта должна, в том числе, существенно облегчить решение проблем долговременного сопровождения БПО спутников связи и навигации, ставшей особенно актуальной, в связи с существенно возросшими сроками активного существования современных спутников.

Библиографический список

1. Колташев, А. А. Технология разработки и сопровождения мобильного программного обеспечения спутников связи /А. А. Колташев // Изв. вузов. Приборостроение. 2004. № 4.

2. Колташев, А. А. Технологические аспекты создания бортового программного обеспечения спутников связи / А. А. Колташев, А. Н. Антамошкин // Вестн. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева : сб. науч. тр. / под ред. проф. Г. П. Белякова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. Вып. 6.

3. Колташев, А. А. Эффективная технология управления циклом жизни бортового программного обеспечения спутников связи и навигации /А. А. Колташев // Авиа-космич. приборостроение. 2006. № 12.

4. Новиков, М. Ю. Разработка и подтверждение бортового программного обеспечения спутников связи и навигации / М. Ю. Новиков, П. М. Ерохов, А. А. Колта-шев, С. Г. Кочура, М. В. Тимисков, Н. Н. Шумаков // Навигационные спутниковые системы, их роль и значение в жизни современного человека : материалы Всерос. науч.-техн. конф. 10-14 октября 2007, г. Железногорск / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007.

5. Колташев, А. А. Технология разработки бортового программного обеспечения: управление работами и объектами / А. А. Колташев, А. Н. Антамошкин, О. С. Иноземцева, С. А. Краус // Вестн. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2008. № 1(18).

6. Колташев, А. А. Управление конфигурацией бортового программного обеспечения спутников / А. А. Кол-ташев, О. С. Иноземцева, С. А. Краус // Системный анализ, управление и навигация : тез. докл. 13-й междунар. науч. конф. М. : Изд-во МАИ-принт, 2008.

7. Программа управления работами и объектами программного проекта : свидетельство об офиц. регистр. программы для ЭВМ № 2006611230 (РФ) СОКРАТ-УР / Колташев А. А., Иноземцева О. С. Зарегистр. Роспатент 10.04.2006.

8. Программа управления проблемами программного проекта : свидетельство об офиц. регистр. программы для ЭВМ № 2006611287, СОКРАТ-УП. / Колташев А. А., Иноземцева О. С. Зарегистр. Роспатент 17.04.2006.

A. A. Koltashev

ON-BOARD SOFTWARE DEVELOPMENT MANAGEMENT

Technology of development of the on-board software of communication and navigation satellites, is considered in aspect of its efficient work breakdown structure and project management.

УЦК 62.501

А. В. Медведев

ТЕОРИЯ НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ. ОБЩИЙ ПОДХОД

С настоящей работы начинается цикл публикаций, посвященный новому разделу теории управления. Теория непараметрических систем управления ориентирована на меньший объем априорной информации, что и отличает ее от общепринятой теории управления, которая относится к классу параметрической. Принципиальное отличие состоит в том, что параметрическая теория предполагает этап выбора модели исследуемого процесса с точностью до вектора параметров, а непараметрическая - сведения о качественных свойствах характеристики процесса.

Теория - в виду практики. Девиз конгрессов IFAC

Теория автоматического управления предполагает выбор (определение) уравнения объекта с точностью до набора параметров. При этом существенное значение имеет априорная информация об исследуемом процессе. В фундаментальных монографиях А. А. Фельдбаума [1] и Я. З. Цыпкина [2] рассматриваются различные уровни априорной информации об исследуемом процессе при решении задач идентификации и управления. Методы классической и современной теории автоматического управления подробно рассмотрены в [3-7]. Основы применения теории случайных функций к задачам автоматического управления заложены в [8].

Уровни априорной информации. Под математической моделью объекта (процесса) обычно понимают его количественную формализацию. Математическая модель -это формальное описание процесса с помощью математических средств: дифференциальных, интегральных, ин-тегро-дифференциальных, разностных, алгебраических уравнений, а также неравенств, множеств и т. д. [3]. Крайне важным является ответ на вопрос: как выбрать оператор объекта, превращающий входные переменные, дей-

Опыт - единственный источник истины.

А. Пуанкаре

ствующие на него, в выходные. В некоторых случаях возможно использование фундаментальных законов, лежащих в основе функционирования физических, химических, биологических и других процессов, т. е. имеющих место для механических, электрических, электромагнитных, термодинамических, гидравлических, электрохимических, биофизических и других процессов. К сожалению, мы часто сталкиваемся с серьезными трудностями на этом пути, особенно при изучении технологических, социальных, экономических и многих других процессов, т. е. сталкиваемся с неполнотой информации об интересующем нас процессе. И степень нашего незнания может быть существенно различной. В этой связи Л. Брил-люэном было отмечено, что «всякая плодотворная гипотеза кладет начало удивительному извержению потока непредвиденных открытий», но с другой стороны «физические модели отличаются от мира так же, как географическая карта от поверхности Земли». Имеющийся опыт теории и практики решения задач идентификации убеждает, что априорная информация и ее использование при моделировании исследуемого процесса может оказать-