akciya

Распределенные имитационные системы

Для возможности объединения отдельных имитаторов в распределенную систему имитации в настоящий момент используются следующие стандарты и технологии:

  1. IEEE1516 (также заменяет HLA и DIS).
  2. OPC.
  3. CAPE-OPEN и другие "отраслевые" стандарты.

Наибольший интерес представляет стандарт IEEE 1516, т. к. он напрямую относится к имитаторам, направлен на построение систем распределенной имитации (протоколы, рекомендованные методы управления и обратной связи, системная архитектура и т.д).

Семейство программных технологий OPC (OLE for Process Control), предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами, также представляет значительный интерес, но только в том случае, если необходима интеграция с объектами автоматизации и технологическими процессами. Стандарт CAPE-OPEN используется для взаимодействия имитаторов, разработанных специально для химической промышленности.

В области стандартизации моделирования и имитации значительный вклад внес Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE).

Распределенное моделирование (имитация) - технология обмена данными между тренажерами по локальным или глобальным вычислительным сетям, которая позволяет обеспечить совместную работу отдельных имитаторов как одной управляемой системы моделирования или имитации. Концепция распределенного моделирования опирается на использовании высокоуровневой архитектуры (HLA). Практически стандарт IEEE 1516 определяет архитектуру путем использования единого API (программного интерфейса приложений). Отправными постулатами стандарта являются:

  1. Простые «монолитные» имитационные модели не могут удовлетворить потребности профессиональных пользователей.
  2. Все возможные сферы применения имитационного моделирования заранее неизвестны.
  3. Должны быть предусмотрены возможности произвольного комбинирования отдельных имитаторов в сложные имитационные системы.
  4. Архитектура распределенного моделирования должна быть максимально открыта для будущих технологий моделирования и имитации.

На данный IEEE 1516 является абсолютным стандартом для взаимодействия тренажеров и имитаторов в военных приложениях, что обусловлено жесткими требованиями совместимости с имитаторами, разрабатываемыми и используемыми Министерством обороны США и НАТО. В настоящее время IEEE 1516 находит все большее применение и в гражданской сфере, при разработке имитаторов для тренировки персонала сложных технических систем, в авиации, космонавтике, транспорте и т. д.

Семейство программных технологий OPC разрабатывалось с целью сокращения затрат на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. В начале 90-х у разработчиков промышленного программного обеспечения возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или с разными протоколами взаимодействия. OPC предоставляет разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс.

Для создания сложных имитационных систем можно комбинировать использование IEEE 1516 и OPC, получая возможность использования реального оборудования и SCADA-систем, что может быть достаточно полезным во многих задачах.

Обеспечение связи стандартов IEEE 1516 (являющегося базовым для имитаторов) и OPC (применяемого в SCADA-системах) может быть реализовано, как напрямую в имитаторе, так и посредством посредника (например, нами использовался пакет National Instruments LabView). LabView может поддерживать математические модели любой сложности, имеет встроенную поддержку OPC, может выступать в роли OPC-сервера, имеет эффективную поддержку взаимодействия с различными платами ввода вывода, что позволяет использовать необходимое оборудование напрямую, но не имеет, к сожалению, средств взаимодействия с IEEE 1516, что требует написания соответствующих программных компонентов.

В результате использования IEEE 1516 и OPC возможно создание относительно сложных распределенных систем имитации, включающих в себя множество имитаторов, реальное оборудование, SCADA-системы и т. д.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос сертификации имитатора или имитаторов относительно поддержки стандарта IEEE 1516. Сертифицируются как имитаторы (федераты в терминологии IEEE 1516), так и программные библиотеки, реализующие взаимодействие. Но целью данной сертификации не является выявление функциональных дефектов программы (только сертификация поддержки стандарта IEEE 1516).

Организации, способные провести сертификацию:

  1. США. The Department of Defense (DoD) Modeling and Simulation Coordination Office (M&S CO). Сайт: http://www.msco.mil/
  2. Франция. ONERA. (Office National d’Etudes et Recherches Aérospatiales) is the French national aerospace research center. Сайт: http://www.onera.fr
  3. Швеция. Pitch Technologies AB. Сайт: www.pitch.se
  4. Россия. Группа Джей Си. JC SYSTEMS INTEGRATION, Inc. (Представитель компании MÄK Technologies (www.mak.com)) Сайт: www.jcsi.ru, и т. д.

Схема распределенной системы имитации

Рисунок. Схема распределенной системы имитации

Реализация математической модели на LabView (интерфейс пользователя и фрагмент блок-диаграммы)

Реализация математической модели на LabView (интерфейс пользователя и фрагмент блок-диаграммы)

Рисунок. Реализация математической модели на LabView (интерфейс пользователя и фрагмент блок-диаграммы)



© Гаммер Максим Дмитриевич, 2012