Cloud of Science. 2017. T. 4. № 3 http://cloudofscience.ru

480

Объектно-ориентированная модель перспективного учебно-тренировочного

средства

В. В. Белов*, Н. Н. Власов*,** *Рязанский государственный радиотехнический университет

390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1

**АО «НПК «КБМ» 140402, Московская обл., Коломна, Окский пр., 42

e-mail: vvbeloff@yandex.ru, z-elements@yandex.ru

Аннотация. В статье рассматривается объектно-ориентированная модель, созданная при проектировании учебно-тренировочного средства (ин-декс изделия 9Ф694-Э), предназначенного для подготовки экипажей пус-ковой установки 9П78-1-Э экспортного варианта оперативно-тактического ракетного комплекса (ОТРК) «Искандер-Э» (индекс изде-лия 9К720). Приведены фрагменты созданной модели. Сформулированы основные умения, получаемые обучаемым экипажем в процессе обуче-ния. Проектные решения, реализованные в 9Ф694-Э, в настоящее время продуктивно используются в разрабатываемом проекте тренажера ОТРК «Искандер-Э» в целом. Ключевые слова: учебно-тренировочные средства (УТС), особенности ком-плекса 9П78-1-Э, CASE-средства, модель тренажера 9Ф694-Э.

1. Введение

Целью настоящей статьи является рассмотрение объектно-ориентированной моде-ли тренажера 9Ф694-Э, созданного для подготовки экипажей пусковой установки 9П78-1-Э экспортного варианта комплекса «Искандер».

Комплекс разработан в Коломенском КБ Машиностроения (КБМ). Основные особенности ракетного комплекса «Искандер-Э» таковы [1]:

� высокоточное и эффективное огневое поражение различных типов це-лей в условиях активного применения противником средств противо-ракетной обороны;

� возможность скрытной подготовки, боевого дежурства и нанесения ра-кетных ударов;

� автоматический расчет и ввод полетного задания ракет средствами пусковой установки;

� высокая вероятность безотказного функционирования ракеты при под-готовке к пуску и в полете;

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Cloud of Science. 2017. Т. 4. № 3

481

� высокая тактическая маневренность благодаря высокой проходимости боевых машин, смонтированных на полноприводных шасси;

� стратегическая мобильность за счет транспортабельности машин ком-плекса всеми видами транспорта;

� автоматизация боевого управления ракетными подразделениями, опе-ративная обработка и доведение развединформации до соответствую-щих звеньев управления.

Ракетный комплекс «Искандер-Э» обеспечивает решение боевых задач во всех видах боевых действий сухопутных войск на различных театрах военных действий, в любое время суток, в условиях активного противодействия противником сред-ствами противоракетной обороны и радиоэлектронной борьбы.

В настоящее время для сокращения затрат на создание программно-информационных систем широко используются CASE-средства, обеспечивающие автоматизацию работ всех этапов конструирования системы. Важнейшей состав-ляющей CASE-средств являются механизмы моделирования, поддерживающие принятие решений на наиболее ответственных этапах создания системы — анализа, проектирования и программирования. Текстово-графические модели, формируемые с помощью CASE-средств, позволяют повысить качество проектных работ и одно-временно сократить общее время проектирования и последующей реализации при-нятых проектных решений.

2. Постановка задачи

В процессе разработки тренажера 9Ф694-Э была поставлена задача создания объ-ектно-ориентированной модели проектирования, которая позволила бы детально проработать все проектные решения и за счет этого обеспечить минимизацию по-тенциальных ошибок в решениях, принимаемых на этапе программирования, и в конечном счете сократить общее время создания тренажера.

Указанная задача была решена, и в данной статье описываются некоторые эле-менты созданной объектно-ориентированной модели тренажера 9Ф694-Э, позво-ляющего осуществлять обучение и поддерживать высокий уровень квалификации экипажей пусковой установки 9П78-1-Э экспортного варианта ОТРК «Искандер».

3. Создание объектно-ориентированной модели

Объектно-ориентированный подход был использован как наиболее продуктивный и широко используемый. Первый шаг построения объектно-ориентированной модели проектирования заключался в создании архитектуры программного обеспечения

В. В. Белов, Н. Н. Власов

Объектно-ориентированная модель перспективного учебно-тренировочного средства

482

тренажера — архитектура программ и данных является целевым результатом вы-полнения этапа предварительного (эскизного) проектирования.

На следующем этапе детального (рабочего) проектирования были созданы ал-горитмы работы элементов тренажера и определены структуры данных, полно ат-рибутивная модель проверена на соответствие четвертой нормальной форме.

Разработка архитектуры осуществлялась по типовой схеме (рис. 1), предпола-гающей определение [на основе цели (миссии) системы и функциональных требо-ваний к ней] элементов системы, функциональности этих элементов, связей между ними и их поведения.

Рисунок 1. Общая схема создания архитектуры системы

Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию, при этом статическая структура системы описывается в терминах классов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами классов.

Анализ опыта в области тренажеростроения [2–4] и сформированное множе-ство элементов модели позволили разработать обобщенную структуру взаимодей-ствия составных частей тренажера, показанную на рис. 2.

Рисунок 2. Структура взаимодействия составных частей тренажера 9П78-1-Э

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Cloud of Science. 2017. Т. 4. № 3

483

АСО и УПО (аппаратура средств обучения и управления процессом обучения) выполняет следующие функции:

� ввод и передача в аппаратуру ИИ (Имитатор изделия исходных данных на выполнение задачи;

� подготовка, формирование и передача данных в имитатор АБУС; � ввод и передача в аппаратуру ИИ имитируемых неисправностей в ходе

выполнения задачи; � прием от аппаратуры ИИ данных по работе номеров расчета, их обра-

ботка и вывод на интерфейс АСО и УПО, на рис. 3 показаны модули программного обеспечения АСОиУПО;

� формирование управляющих сигналов и передача их в аппаратуру ИИ на пошаговое выполнение задачи в режиме «Обучение»;

� формирование управляющих сигналов и передача их в аппаратуру ИИ на цикличное выполнение элементов задачи в режиме «Тренировка»;

� обработка полученных данных в ходе выполнения боевой задачи с це-лью формирования оценки каждому из номеров расчета и расчету в це-лом (режим «Контроль»);

� сохранение результатов тренировки в базе данных АСО и УПО и вывод их на печатающее устройство;

� организация обмена аудио-информацией между инструктором и номе-рами расчета;

� обработка полученных данных от ИИ о проведении самотестирования аппаратуры и вывод результатов через интерфейс АСО и УПО в режи-ме «Тест».

Программное обеспечение АСО и УПО состоит из двух частей: общеспеци-альное программное обеспечение (ОСПО) и специальное программное обеспече-ние (СПО).

В АСО и УПО одной из составных частей является база данных (БД), а также существуют различные модули интерфейса (ИФ).

ИИ 9П78-1-Э выполняет следующие функции: � прохождение режимов в соответствии с заданными циклограммами; � взаимодействие с блоками АПК (агрегат питания и кондиционирова-

ния), СЭС и СУГП (система электроснабжения и гидроприводы), ВП (выносной пульт), КПА (контрольно-пусковая аппаратура), КШМ (ко-мандно-штабная машина) и. др.

� организация обмена аудио-информацией между инструктором и номе-рами расчета;

В. В. Белов, Н. Н. Власов

Объектно-ориентированная модель перспективного учебно-тренировочного средства

484

� аккумулирование работы номеров расчета и дальнейшая отправка на АСО и УПО;

� проведение самотестирования аппаратуры аналогично штатной.

Рисунок 3. ИФ-интерфейс. Модули специального программного обеспечения подсистемы АСО и УПО

В качестве инструмента моделирования при разработке объектно-

ориентированной модели тренажера был выбран язык UML. Простота и доступность изобразительных средств UML позволили привлечь к

разработке модели тренажера сотрудников тематических отделов АО «НПК «КБМ», непосредственно занятых в разработке 9П78-1-Э. Возможность многоас-пектного рассмотрения создаваемого изделия, включая ролевое моделирование, позволяет осуществить на этапе проектирования детальную проработку вопросов, связанных с реализуемой функциональностью, используемыми структурами дан-ных, составом и поведением объектов, не перенося решение, по сути дела, проект-ных проблем на этап программирования.

Использование UML для представления функциональности, информационного обеспечения и поведения тренажера позволило сократить этап его проектирования и создания до одного года. Предыдущие аналогичные разработки с совмещением этапов проектирования и программирования занимали не менее трех лет.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Cloud of Science. 2017. Т. 4. № 3

485

В настоящей статье представлены только фрагменты UML-модели тренажера — диаграмма прецедентов и несколько диаграмм деятельности, демонстрирующих функ-циональность тренажера и динамику его важнейшей подсистемы АСО и УПО.

Функциональные требования, предъявляемые к тренажеру, показаны на диа-грамме прецедентов (рис. 4).

Рисунок 4. Диаграмма прецедентов подсистемы АСО и УПО тренажера 9Ф694-Э

На рис. 5 показана начальная поведенческая диаграмма, представляющая со-бой алгоритмическую реализацию базисного прецедента «Обучение экипажа изде-лия 9П78-1-Э на тренажере 9Ф694-Э». Эта диаграмма показывает порядок выпол-нения вспомогательных прецедентов при реализации базисного прецедента. Дея-тельность этой диаграммы одноименна прецедентам, представленным на диаграм-ме прецедентов.

Рисунок 5. Диаграмма деятельности для прецедента «Обучение экипажа изделия 9П78-1-Э на тренажере 9Ф694-Э»

В. В. Белов, Н. Н. Власов

Объектно-ориентированная модель перспективного учебно-тренировочного средства

486

Диаграмма алгоритмической реализации (декомпозиции) деятельности и одно-именного прецедента «Выполнение сеанса тренажа» представляет собой диаграмму деятельности, содержащую четыре разбиения (дорожки), именуемых исполнителя-ми деятельностей: «Инструктор», «Механик-водитель», «Оператор СТПН», «Начальник расчета». Диаграмма с разбиениями не показана в силу ее громоздко-сти, но на рис. 6 приведен ее «бездорожечный» вариант.

Действия, показанные на рис. 6 с заливкой, выполняются инструктором. Дея-тельность «Действия экипажа», показанная без заливки, выполняется экипажем пусковой машины.

Рисунок 6. Диаграмма деятельности для прецедента «Выполнение сеанса тренажа»

Экипаж пусковой машины состоит из трех человек: механик-водитель, опера-тор СТПН и начальник расчета. На рис. 7–9 показаны диаграммы, показывающие деятельность членов экипажа. Для этих целей созданы диаграммы последователь-ной декомпозиции, доведенные до уровня действий с очевидной программной реа-лизацией их имитации.

Термин «режим» в названиях действий и видов деятельности («Ожидание вы-полнения режима», «Ожидание окончания режима», «Проведение режима») озна-чает основную целевую деятельность — запуск ракеты.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Cloud of Science. 2017. Т. 4. № 3

487

Рисунок 7. Диаграмма деятельности «Работа механика водителя». АПК — агрегат питания и кондиционирования

Рисунок 8. Диаграмма деятельности «Работа оператора системы топопривязки и навигации». АОО — аппаратура обеспечения обогрева; СТПН — система топопривязки

и навигации; НАП — навигационная аппаратура потребителя

С каждым блоком, представленным на диаграммах первого уровня и их после-дующих декомпозициях, ассоциирован программный код, имитирующий работу соответствующих частей реальной пусковой машины.

В. В. Белов, Н. Н. Власов

Объектно-ориентированная модель перспективного учебно-тренировочного средства

488

Рисунок 9. Диаграмма деятельности «Работа начальника расчета». КПА — контрольно-пусковая аппаратура; СУГП — система управления гидроприводом

Итоговые умения, которые получают обучаемые в процессе прохождения кур-

са занятий: � Начальник расчета умеет:

� выполнять на изделии 9П78-1-Э задачи, определяемые функцио-нальными обязанностями;

� работать на пультах во всех рабочих режимах; � принимать доклады и докладывать о готовности к работе; � работать на средствах связи; � пользоваться рабочей и эксплуатационной документацией; � оформлять рабочие и эксплуатационные документы по результа-

там проведенных работ; � устранять неисправности рабочей аппаратуры; � контролировать работу расчета изделия 9П78-1-Э при эксплуата-

ции; � иметь начальные навыки (совершенствовать навыки):

� практической работы с аппаратурой и органами управления при подготовке и выполнении практических задач;

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Cloud of Science. 2017. Т. 4. № 3

489

� работы с рабочей и эксплуатационной документацией; � контроля и управления за работой расчета; � принятия решений и выполнения практических задач.

� Заместитель начальника расчета — оператор СТПН умеет: � практически выполнять на изделии 9П78-1-Э задачи, определяе-

мые установочной документацией; � пользоваться рабочей аппаратурой во всех рабочих режимах; � использовать эксплуатационную документацию; � устранять неисправности рабочей аппаратуры; � оформлять документацию по работе аппаратуры; � иметь начальные навыки (совершенствовать навыки):

� практической эксплуатации аппаратуры и органов управления во всех режимах работы;

� работы с рабочей и эксплуатационной документацией; � работы в составе расчета; � выполнения практических задач.

� Механик — водитель умеет: � практически выполнять на изделии 9П78-1 задачи, определяемые

установочной документацией; � включать, выключать, контролировать работу рабочей аппаратуры

и проводить ее техническое обслуживание; � развертывать изделие (в объеме возможностей тренажера) на месте

в соответствии с указаниями начальника расчета; � пользоваться эксплуатационной документацией; � иметь начальные навыки (совершенствовать навыки) практической

работы при подготовке и выполнении практических задач.

4. Заключение

Новизна и оригинальность идей настоящей статьи определяются тем, что в ней со-держится описание фрагментов объектно-ориентированной модели тренажера 9Ф694-Э, созданного впервые для основной компоненты (самоходной пусковой установки 9П78-1-Э) комплекса 9К720-Э, чрезвычайно важной отечественной си-стемы вооружений — оперативно-тактического ракетного комплекса «Искандер» (изделие 9К720-Э).

Представленная объектно-ориентированная модель разработана в соответствии с требованием обеспечения возможности имитации основных ситуаций, возника-ющих в условиях реальной эксплуатации пусковой установки 9П78-1-Э. Выполне-

В. В. Белов, Н. Н. Власов

Объектно-ориентированная модель перспективного учебно-тренировочного средства

490

ние указанного требования позволило разработать программное обеспечение, охва-тывающее наиболее широкий спектр профессиональных вопросов обучения и под-держания навыков экипажей на высоком профессиональном уровне.

Разработанная модель и созданное на ее основе программное обеспечение мо-гут служить прототипом при создании тренажеров пусковых установок иных вари-антов исполнения ОТРК «Искандер» и в настоящее время используются в реализа-ции проекта построения тренажера ОТРК «Искандер-Э» в целом.

Литература

[1] Искандер-Э (ОТРК) [Электронный ресурс] URL: http://www.kbm.ru/ru/production/ otrk/37.html

[2] Дозорцев В. М., Кнеллер Д. В. Технологические компьютерные тренажеры: все, что вы всегда хотели знать // Промышленные контроллеры и АСУ. 2004. № 12. С. 1–13.

[3] Дозорцев В. М. Современные компьютерные тренажеры для обучения операторов ТП: состояние и направления ближайшего развития // Автоматизация в промышленности. 2007. № 7. С. 30–36.

[4] Кашин В. М., Белов В. В., Власов Н. Н., Водиченков Д. А. Принципы построения учебно-тренировочных средств и опыт создания тренажера оперативно-тактического ракетного комплекса // Вестник РГРТУ. 2016. № 3. С. 94–104.

Авторы: Владимир Викторович Белов — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры вычислительной и прикладной математики, Рязанский государственный радиотехнический университет Николай Николаевич Власов — инженер-программист, АО «НПК «КБМ»; аспирант, Рязан-ский государственный радиотехнический университет

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Cloud of Science. 2017. Т. 4. № 3

491

Object Oriented Model of Prospectively Simulator Operational-Tactical Missile System

V. V. Belov*, N. N. Vlasov*,** *Ryazan State Radio Engineering University Gagarin str., 59/1, Ryazan, Russia, 390005

**JSC RPC KBM Okskiy pr., 42, Kolomna, Moskovskaya obl., Russia, 140402

e-mail: vvbeloff@yandex.ru, z-elements@yandex.ru

Abstract. The article discusses the object-oriented model, created by the design of the simulator (product index 9F694-E), intended for training of self-propelled launcher crew (product index 9P78-1-E) of operational-tactical mis-sile complex (OTMS) Iskander (internal corporate name Iskander-E tactical ballistic missile system"). Fragments of the created model is discussing in ar-ticle. The basic skills received by the trained crew in training process are for-mulated. The project decisions realized in 9F694-E productively are used now in the developed project of the OTMS exercise machine Iskander-E in general. Key words: training facilities (TCB), features of 9P78-1-E, CASE-tools, model of simulator 9F694-E.

References

[1] http://www.kbm.ru/ru/production/otrk/37.html

[2] Dozorcev V. M., Kneller D. V. (2004) Promyshlennyye kontrollery i ASU, 12:1–13. [In Rus]

[3] Dozorcev V. M. (2007) Avtomatizatsiya v promyshlennosti, 7:30–36. [In Rus]

[4] Kashin V. M., Belov V. V., Vlasov N. N., Vodichenkov D. A. (2016) Vestnik RSREU, 3:94–104. [In Rus]