Исследования по созданию автоматизированной системы

on

I. Введение Массово-инерционные характеристики (МИХ) существенным образом влияют на летно-технические, экономические показатели и безопасность полета летательного аппарата (ЛА). Эти характеристики изменяются по этапам жизненного цикла (ЖЦ) изделия, при его модификациях от полета к полету каждого конкретного экземпляра и, естественно, на протяжении полета. Точное знание значения массы самолета и его основных компонентов необходимо на всех этапах его разработки: от стадии концептуального проектирования, когда выбирается компоновочная схема самолета, до стадии летных испытаний и сертификации, когда фиксируются значения массы и моменты инерции самолета, удовлетворяющие требованиям норм летной годности и обеспечивающие необходимые прочностные и динамические характеристики ЛА . Особое значение имеет осуществление комплекса мер по изделию на ранних этапах жизненного цикла при проектно-конструкторской разработке. Уже тогда должны быть представлены средства, обеспечивающие возможность автоматизированной работы с весовой информацией для всех участников технологических процессов. Основной задачей является создание автоматизированной системы, позволяющей в режиме реального времени управлять весом (массово-инерционными характеристиками) на всех этапах ЖЦ изделия. Масса каждого конкретного экземпляра самолета, находящегося в эксплуатации, — величина переменная. Величина взлетной массы пассажирского самолета определяется его комплектацией для данного полета: запасом топлива в зависимости от дальности полета по маршруту, компоновкой пассажирского салона, числом мест, занятых в рейсе, наличием и массой груза, величиной аэронавигационного запаса топлива (АНЗ) и т. д. Масса самолета изменяется в процессе полета при расходовании топлива и в зависимости от метеоусловий и режима полета. Для однозначного понимания терминологии в авиационной отрасли существует отраслевой стандарт ОСТ 1 00428-81 ?Весовые характеристики самолета. Термины и определения?. ОСТ включает в себя группы стандартизованных терминов, используемых на всех этапах ЖЦ изделия: -лимитная масса -максимальное значение массы изделия, установленное руководителем проекта для разработки данного изделия; -чертежная масса -значение массы, указанное в чертеже или спецификации; -фактическая масса -значение массы, полученное в результате взвешивания изготовленного изделия; -текущая масса -суммарное значение массы, состоящее из фактической массы изготовленных изделий, чертежной массы изделий, не изготовленных в производстве, и лимитной массы изделий, на которых не выпущены чертежи. В дополнение к приведенным обозначениям используются термины: -гарантированная масса; -проектная масса; -резерв массы; -технологическая масса; -функциональная масса. Обозначенные термины могут использоваться применительно к ЛА в целом, его агрегатам, готовым изделиям и комплектующим. Полная масса самолета включает постоянную и переменную составляющие. Постоянная часть неизменна для данного экземпляра самолета. Переменная часть зависит не только от расхода топлива в процессе полета, но меняется в каждом полетном задании. Задачей весового контроля является создание условий для выполнения весовой программы, прогнозирования окончательного веса изделия и выяснения необходимости принятия мер по облегчению конструкции и/или повышению ее надежности. Для выполнения указанной задачи в автоматизированной системе весового контроля (АСВК) должны осуществляться сбор, накопление, обработка, хранение и выдача весовой информации как в целом по изделию, так и по любой его части на всех этапах ЖЦ . АСВК является системообразующей основой CALS-систем и технологий , так как позволяет эффективно решать важную задачу управления весом изделия. С весом связаны конструкция, материалы, технологии всех предметных областей: научных, конструкторских, технологических, финансовых, управленческих, информационных, кадровых и др. В работе дан системный анализ основных связей и информационных потоков АСВК в свете CALS-технологий, ставятся и решаются основные задачи АСВК. В задачи обработки входят расчет и прогнозирование всей массово-инерционной информации, необходимой для расчета: веса, центровки, моментов инерции и главных осей инерции изделия и его любых частей. Указанные операции производятся на основании вводимых значений лимитного, чертежного, фактического весов, составляющих изделие частей. На основании ввода текущей информации АСВК производит формирование банка данных АСВК, а в дальнейшем, по мере поступления новых сведений, включаются данные об изменениях весовых характеристик, положений центров масс элементов, полученных в процессе доработки любых агрегатов изделия, -его модификацию и пополнение. По текущему состоянию банка данных комплекс программ АСВК производит расчет и выдачу информации о массово-инерционных характеристиках любого агрегата и изделия в целом. Информационное и программное обеспечение АСВК реализует процедуру замещения веса любых деталей и агрегатов изделия в следующей последовательности: лимитный вес > чертежный вес > фактический вес. В проблеме создания программно-технического комплекса АСВК следует выделить три основополагающих задачи : -разработка информационного хранилища весовой информации и вычислительных алгоритмов для работы с ним; -разработка интерактивной среды автоматизации деятельности пользователей; -разработка гетерогенной среды обеспечения межсистемного информационного взаимодействия. II. Математическаямодель задачивесовогоконтроля При формировании банка данных (БД) весовых характеристик в АСВК используется существующая практика декомпозиции изделия на агрегаты, системы и узлы (сборочные единицы). Предусматривается введение системы координат для описания элементов каждой сборочной единицы. Для основного изделия (сборочная единица уровня 0) устанавливаются общая система отсчета. Основное изделие декомпозируется с учетом весовой классификации на агрегаты и системы. Каждому агрегату назначаются локальные системы отсчета. Эти агрегаты и системы представляют собой крупные сборочные единицы уровня 1, состоящие из ряда деталей и более мелких единиц уровня 2 и т. д., для которых последовательно назначаются системы отчета следующего уровня (2, 3, 4). Количество уровней в каждом конкретном случае определяется весовым подразделением. Системы координат любой сборочной единицы привязываются (в конечном итоге только к первой) вышестоящей системе координат. В качестве основной принята левая прямоугольная система координат. Все сборочные единицы записываются в этой системе координат. Для сборочных единиц ?отраженного вида? независимо от их уровня система координат меняется на противоположную (правую). Это необходимо учитывать при записи углов поворота. Понятие симметричности сборочных единиц и деталей вводится относительно плоскости симметрии основного изделия по полету независимо от того, ?правые-левые? по чертежу они или нет. В АСВК приняты следующие обозначения (рассматриваются на примере плоскости симметрии): -?правая?, сборочная единица или деталь расположена только справа от плоскости симметрии; -?левая?, сборочная единица или деталь расположена только слева от плоскости симметрии; -?правая-левая?, сборочная единица или деталь расположена с любой стороны от плоскости симметрии, а на противоположной стороне симметрично расположена сборочная единица или деталь ?отраженного вида?. Сборочным единицам и деталям при необходимости присваивается признак симметрии: правый, левый, правыйлевый. Признак симметрии сборочной единицы распространяется на все входящие в нее сборочные единицы (вне зависимости от их уровня) и детали. Признак симметрии детали распространяется и на ее части (в случае членения детали на части). Для определения массово-инерционных и центровочных характеристик изделия с помощью АСВК информацию необходимо ввести на страницу портала. Данные должны обновляться на все выпущенные вновь чертежи и все последующие изменения. Информация вводится на каждую установленную для заполнения сборочную единицу. Для сборочных единиц ?отраженного вида?, устанавливаемых симметрично, в систему вносятся данные только об одном из двух симметричных элементов. В системе должны присутствовать : -идентификатор пользователя, осуществившего ввод в систему информации; -дата внесения или исправления (вносится автоматически); -номер чертежа изделия; -шифр-идентификатор изделия; -признак симметрии для сборочной единицы, детали; -параметры привязки к вышестоящей системе координат; -значения плоскостных углов. Последние задаются в случае, когда используемая система конструирования не позволяет получить соответствующую матрицу поворота (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Видыплоскостныхуглов угол между осями в плоскости ?xi и xi+1 H ? xi и xi+1 V ? yi и yi+1 V ? yi и yi+1 W ?zi и zi+1 H ? zi и zi+1 W H, V , W -горизонтальная фронталь ная профильнаяплоскостипроекции соответственно(рис 1), xi, yi, zi — осикоординатближайшейвышестоя щейсборочнойединицы Рис 1. Основныеплоскостипроектирования В БД содержатся текущие значения и динамика изменений массово-инерционных характеристик, полученные расчетным путем или введенные извне. В АСВК при проведении операций по вводу и контролю весовых характеристик используются правила, служащие основанием для проведения расчетов : лимитный вес берется из весовой сводки, чертежный вес -из чертежа сборки. Центровка и моменты инерции рассчитываются путем суммирования по всем деталям, составляющим сборку. Если используемая (автоматизированная) система конструирования не позволяет непосредственно получить матрицу перехода, то нижестоящая сборка по отношению к вышестоящей определяется шестью плоскостными углами и радиусомвектором начала координат нижестоящей сборки в системе координат вышестоящей. Шесть плоскостных углов позволяют оп еделить матрицу перехода от локальной системы координат к вышестоящей. Поскольку координатные системы ?вложены? одна в другую, матрица перехода от ?внутренней? системы координат равна произведению соответствующих матриц. Если начала систем координат совпадают, то матрица перехода от системы координат с ортонормированным базисом ( io, jo, ko) к системе координат с базисом ( i1, j1, k1) определяется девятью направляющими косинусами: cos ?l =….. a11 a12 a13 a21 a22 a23 a31 a32 a33….. , где i1 = a11 i0 + a12 j0 + a13 k0, j1 = a21 i0 + a22 j0 + a23 k0, k1 = a31 i0 + a32 j0 + a33 k0. Рис 2. Плоскостныеуглы?, ? , ? , ? , ?, ? Явные выражения элементов матрицы перехода через 6 плоскостных углов ?, ? , ? , ? , ?, ? (рис. 2), которые определяют положение ортов i1, j1, k1 системы xn, yn, zn относительно системы xn?1, yn?1, zn?1, могут быть получены из соотношений: tg ? = a12 a11 , tg ?= ? a13 a11 , a2 11 + a2 12 + a2 13 = 1, ?tg ? = a21 a22 , tg ? = a23 a22 , a2 21 + a2 22 + a2 23 = 1, ?tg ? = a32 a33 , tg ?= a31 a33 , a2 31 + a2 32 + a2 33 = 1. После чего матрица перехода от координатной системы сборки n-го уровня к координатной системе сборки n?1-го уровня примет вид cos ?l = =….. ?1 ?1 tg(? ) ??1 tg(?) ??2 tg(? ) ?2 ?2 tg(? ) ?3 tg(?) ??3 tg(? ) ?3 ….. , где ?1 = sign(90??|? |) 1 + tg2 ? + tg2 ? , ?2 = sign(90??|? |) 1 + tg2 ? + tg2 ? , ?3 = sign(90??|?|) 1 + tg2 ? + tg2 ? . В случае, если один или два плоскостных угла равны 90?, направляющие косинусы вычисляются по формулам: -если ?= ? = 90?, либо ?= 0 и ? = 90?, либо ?= 90?и ? = 0, тогда a11 = 0, a12 = sign(? ), a13 = ?sign(?); -если ? = ? = 90?, либо ? = 0 и ? = 90?, либо ? = 90?и ? = 0, тогда a22 = 0, a21 = ?sign(? ), a23 = sign(? ); -если ?= ? = 90?, либо ?= 0 и ? = 90?, либо ?= 90?и ? = 0, тогда a33 = 0, a31 = sign(?), a32 = ?sign(? ). Т а б л и ц а 2 Расслоениеналогическиеуровнивсистеме 1 Презентационный уровень Интерфейс системы, организованный на основе Web-технологий. Данный уровень системы представляет данные системы пользователю и обеспечивает оперативный ввод и изменение данных при наличии у пользователя определенных прав в системе. 2 Уровень логики предметной области Данный уровень содержит программные объекты и программный код, который реализуют логику работы системы. Компоненты выполняются на сервере с разделением общих ресурсов сервера. 3 Уровень данных Уровень хранения данных обеспечивает долговременное эффективное хранение данных системы. Уровень может включать в себя внутренние хранилища данных, внешние СУБД и компоненты для доступа к данным. Уровень предоставляет программный интерфейс для объектов уровня бизнес-логики. Программные средства данного уровня поддерживают работу на отдельном аппаратном устройстве, сервере. III. Программнаямодель автоматизированнойсистемы весовогоконтроля АСВК является централизованной информационной системой, представленной в виде корпоративного портала Microsoft Office Sharepoint Server. Портал представляет пользователям единую точку доступа к данным вычислительной сети. В системе производится выделение программных слоев -АСВК реализуется в рамках трехуровневой модели (табл. 2). Рис 3. Схематиповогорешения«мо дель-представление-контроллер Программная архитектура системы базируется на введенных выше слоях и представлена в виде типового решения ?модель-представление-контроллер? , что подразумевает выделение трех отдельных ролей (рис. 3). Модель -это объект, предоставляющий некоторую информацию о предметной области. У модели нет визуального интерфейса, она содержит в себе все данные и поведение, не связанные с интерфейсом. Представление отображает содержимое модели средствами графического интерфейса. Все изменения информации обрабатываются третьим ?участником? системы -контроллером. Контроллер получает входные данные от пользователя, выполняет операции над моделью и указывает представлению на необходимость соответствующего обновления. В этом плане графический интерфейс (GUI) рассматривается как совокупность представления и контроллера. Клиентское приложение АСВК, отвечающее за представление, взаимодействует с серверными программными объектами, реализующими логику системы; осуществляется отправка на веб-сервер запросов пользователя на просмотр, изменение и поиск данных. Для передачи информации используются стандартные Internet-протоколы передачи данных: HTTP, SOAP. Серверная часть системы принимает и обрабатывает запросы пользователей, генерирует ответы на запросы. Серверное программное обеспечение реализовано на основе веб-сервера Microsoft Internet Information Services под управлением продукта Microsoft Sharepoint Services . Обмен данными для сервисов портала, основанных на стандартных возможностях продукта Microsoft Sharepoint, обеспечивается механизмами самого продукта. Помимо этого, сервисы могут осуществлять взаимодействие с внутренним хранилищем данных на основе SQL-запросов с использованием объектов доступа к данным ADO или ADO.NET (рис. 4). Рис 4. Схемаобменаданнымимеждууровня мивсистеме В основе ядра Sharepoint используется концепция HTTP-модулей: все запросы перенаправляются в программный модуль, который на основе адресной строки и передаваемых параметров формирует соответствующий отклик системы. Технически в рамках технологии ASP.NET существует механизм интерфейса IHttpModule.