Управление комплексами "ракета-старт"

     Автоматизированная система управления универсальным комплексом стенд-старт и стартовым комплексом должна была обеспечить с заданной надежностью реализацию не только заранее определенной задачи управления пуском, но и управление в условиях возникновения заблаговременно не предусмотренных ситуаций, а также уменьшение возможного ущерба при возникновении таких ситуаций.
     Помимо сложности объекта управления и протекающих в нем процессов, объемности задачи управления и жесткости требований по надежности ее реализации, проблемный характер процесса создания комплекса управления определялся еще одним важным обстоятельством - являясь в значительной мере оригинальными, объект и комплекс управления разрабатывались параллельно. При этом задача управления могла быть сформирована только на завершающем этапе создания комплекса управления. С другой стороны, комплекс управления должен был обеспечить реализацию не одной штатной, а целого ряда различных задач управления в ходе экспериментальной отработки этого объекта.
     Известная к настоящему времени технология разработки комплексов управления технологическими процессами не могла обеспечить в должной мере решения возникшей проблемы. В этих условиях было принято решение строить комплекс управления с несколькими уровнями. Каждая система нижнего уровня обеспечивает управление частью оборудования, которое является консервативным элементом, поскольку возможности его доработок после изготовления и номенклатура режимов его функционирования ограничены. В связи с этим содержание задачи управления таким оборудованием стало возможным формировать на ранних этапах его разработки. Средства его управления стали доступны традиционной технологии создания автоматизированной системы управления технологическими процессами.
     Системы управления нижнего уровня - абоненты автоматизированной системы управления стартового комплекса и автоматизированной системы управления комплекса стенд-старта - были созданы на основе общепринятой технологии с достаточно широким использованием средств вычислительной техники как в процессе разработки, так и непосредственно в контуре управления. Система верхнего уровня осуществляет цельное и взаимоувязанное управление подготовкой и пуском, заданием последовательности режимов системам нижнего уровня и выдачей команд непосредственно на исполнительные органы ракеты. Общее число (по номенклатуре) выдаваемых этой системой команд около 3000, а общее число контролируемых сигналов - 5000. Система включает в контур управления шесть операторов-технологов высшего уровня и высшее звено управления - технического руководителя подготовкой и пуском ракеты-носителя. Именно эта система обеспечивает выполнение задачи подготовки и пуска ракеты-носителя либо минимизацию ущерба при неблагоприятно складывающихся обстоятельствах. Задачи управления, реализуемые этой системой, подвержены принципиальным изменениям от испытания к испытанию и окончательно формировались за месяц-два до работы. Корректировки ее заканчивались непосредственно перед пуском. Известные в мировой практике технологии создания автоматизированной системы управления при прочих равных условиях (одинаковая сложность задачи управления, одинаковая надежность, помехоустойчивость при реализации задачи) требуют на формулирование задачи до двух лет, а на обеспечение аппаратурой и программой реализации задачи - 3-4 года.
     Возникшие при создании системы высшего уровня, проблемы потребовали найти оригинальный подход как в технологии разработки системы, так и в принципах ее построения. Поиск такого основывался на кардинальном пересмотре общепринятого прямого заимствования опыта использования универсальных вычислительных машин в вычислительных центрах для обеспечения организации их работы в контуре автоматизированной системы управления технологическими процессами.
     Практически одновременно с появлением массовых универсальных вычислительных машин в пятидесятые годы сформировалась точка зрения о перспективности их использования в контуре систем управления в качестве основного информационно-логического ядра. Однако до появления реальных систем с универсальными вычислительными машинами прошло более десяти лет в связи с недостаточным уровнем технологии производства вычислительной техники, не обеспечивающим необходимые показатели надежности и стоимости универсальных вычислительных машин, отсутствием реальной технологии внедрения универсальных вычислительных машин в контур управления, низким уровнем теоретической проработки и отсутствием опыта.
     До определенного этапа развития технологии производства были актуальны и поэтому достаточно интенсивно велись исследования, направленные на определение границы областей эффективного применения традиционных средств и универсальных вычислительных машин в контурах систем управления. При этом основным критерием выступали стоимость при равной надежности, либо надежность при равной стоимости. Аргументами, в которых решалась задача, обычно выступали показатели суммарной информативности системы по входам, показатели, в той или иной мере характеризующие структурную сложность алгоритма управления. С развитием технологии производства универсальных вычислительных машин отмеченная граница неуклонно сужала область целесообразного и эффективного применения традиционных средств. В то же время, присущие универсальным вычислительным машинам возможности стимулировали решение задач управления, которые было трудно реализуемы либо вообще недоступны традиционным средствам, но реализация которых была крайне эффективна.
     Указанный процесс эволюционно развивался вплоть до середины шестидесятых годов, до появления интегральной технологии, которая совершила революционный поворот в вычислительной технике, завершившийся в настоящее время появлением микромашин. Функциональные и эксплуатационные возможности этих устройств (архитектура, производительность, объем памяти и надежность, стоимость, экономичность, габариты с сохранением универсальности), по крайней мере, с технических позиций ограничили область целесообразности применения традиционных средств до простых либо узкоспециальных задач управления. К настоящему времени исследования, направленные на определенные границы целесообразного применения универсальных вычислительных машин в контуре управления, в подавляющем большинстве случаев неизбежно носят схоластический характер.
     Представившаяся область применения систем управления с позиций технологии их разработки характеризовалась громоздкостью задачи управления и сложностью организационной структуры, уникальностью создаваемого объекта и процесса управления, тяжестью последствий ошибочных технологических решений.
     Отмеченные особенности однозначно определили необходимость применения универсальных вычислительных машин как в контуре управления, так и в самом процессе создания автоматизированной системы управления, наложили на процесс создания автоматизированной системы управления универсального комплекса стенд-старт, автоматизированной системы управления стартового комплекса чрезвычайно высокие требования по производительности и безошибочности. Фактически потребовалась технология создания систем управления, в которой окончательную формулировку задачи управления допустимо осуществлять на завершающих стадиях, то есть непосредственно перед использованием системы. Однако внедрение вычислительной техники традиционным способом не обеспечивало необходимого результата.
     В условиях чрезвычайно интенсивного процесса развития технологии вычислительной техники наметилось очевидное отставание от требований дня - технологии ее использования вообще и технологии ее использования в контуре системы управления в частности. Стремление разработчиков систем управления преодолеть отставание на основе использования имеющегося опыта создания систем на традиционных средствах и опыта использования универсальных вычислительных машин при решении задач вычислительного характера не давали желаемого результата.
     Расширение возможностей универсальных вычислительных машин в части объема памяти, быстродействия, надежности, удобства сопряжения с объектом и пользователем дали возможность ставить задачи все большей размерности и сложности, с повышенной ответственностью за результат. Наметилось явное противоречие между принципиальной возможностью решения все более усложняющихся задач, с одной стороны, и трудностью реализации их решения с необходимой надежностью существующими коллективами разработчиков - с другой.
     Таким образом, сложились условия, в которых необходимо было переосмыслить опыт создания систем управления технологическим процессом. Именно сложность проблемы в целом и предопределила необходимость поиска новых подходов в ее решении с учетом особенности каждого класса систем, заставило с осторожностью относиться к накопленному опыту использования универсальных вычислительных машин при решении задач другого класса или к опыту создания систем аналогичного класса, но построенных на традиционных средствах.
     Основная проблема создания автоматизированной системы управления технической позиции была связана с необходимостью повышения производительности и надежности процесса разработки. При этом производительность оценивалась суммарной трудоемкостью, продолжительностью создания системы, трудоемкостью работ, производимых силами головного заказывающего предприятия, трудоемкостью работ отдельных предприятий-соразработчиков. Под надежностью процесса разработки понимаются степени достоверности принимаемых в процессе разработки решений.
     При принятом определении понятий производительности и надежности их оценки естественно взаимосвязаны. Причем оригинальный характер создаваемых автоматизированных систем управления технической позиции в значительной мере предопределяет ее свойство - чем выше надежность, тем выше производительность. Высокая относительная стоимость (трудозатраты доработок), которая является, в основном, следствием низкой надежности, позволяет полагать, что суммарные трудозатраты по созданию автоматизированной системы управления технической позиции тем выше, чем ниже производительность и надежность ее создания. При традиционном подходе непосредственно в обеспечение создания автоматизированной системы управления технической позиции с использованием универсальной вычислительной машины в контуре управления уже на начальном этапе разработки необходимо было:
     - определить совокупность задач управления, которые должны быть реализованы автоматизированными системами управления технической позиции, место человека в контуре автоматизированной системы управления технического комплекса, реализовать его сопряжения с аппаратной частью системы;
     - определить программное и информационное обеспечение решения непосредственно задач управления;
     - разработать программное и информационное обеспечение решения непосредственно задач управления;
     - разработать программное обеспечение организации обработки информации в универсальной вычислительной машине в процессе решения задач управления;
     - добиться устойчивости к сбоям универсальной вычислительной машины и надежности системы в целом;
     - определить структуру системы в целом и место вычислительных средств, сопряжение универсальной вычислительной машины с объектом управления, программное и аппаратное обеспечение разработки и планирования программ в процессе их создания.
     Считалось, что внедрение универсальной вычислительной машины в контур автоматизированной системы управления технической позиции породит, в основном, только трудности программного характера. Реально это далеко не так. Способ решения каждого класса задач кардинально зависит от способов решения остальных. Поэтому необходимо было не развитие частных методов решения каждого класса задач, а создание единой производительной и надежной технологии построения автоматизированной системы управления.
     В результате проведенных исследований и конструкторских проработок было выявлено, что такая технология для определенного класса задач управления может быть создана. Прежде всего было установлено, что возможные задачи управления технологическими процессами обладают рядом специфических свойств и за некоторым исключением могут быть классифицированы на небольшое число представительных классов. Для каждого из этих классов может быть предложен единый способ представления любой конкретной задачи в виде модели - закона управления, в котором есть информация только о задаче управления, но не о способе ее реализации. Поскольку правила функционирования всех моделей класса едины, то имеется возможность создать универсальный для каждого класса автомат, который, будучи укомплектован каким-то пригодным для него физическим воплощением закона управления, на основании текущего состояния датчиков объекта управления и смежных систем обеспечит выдачу необходимых команд.
     При разработке систем управления верхнего уровня автоматизированной системы управления стартовым комплексом и автоматизированной системы управления универсальным комплексом стенд-старт был выявлен представительный класс задач управления, разработаны правила создания конкретных задач управления - законов управления. С использованием универсальных вычислительных машин удалось достаточно просто обеспечить автоматическое производство носителей законов управления. На основании универсальной вычислительной машины с использованием современных традиционных методов был создан необходимый универсальный автомат.
     Разработанная технология представления задач управления базировалась на предложенном новом подходе в определении теории стратификации (иерархии описаний), структуры и номенклатуры разработчиков задачи управления, участвующих в управлении технологическим процессом операторов, решаемых ими задач и полномочий, распределения обязанностей между разработчиками задачи управления и разработчиками средств ее реализации.

Далее...