Стенды отладки и испытания программ

Идея имитационного моделирования положена в основу создания комплексных имитационно-моделирующих испытательных стендов, используемых для отладки и испытания сложных систем управления в реальном масштабе времени.

Комплексный имитационно-моделирующий испытательный стенд (КИМИС) представляет собой совокупность средств испытываемой системы и их моделей, модели внешней среды и программ обработки результатов моделирования, функционально объединенных на основе испытываемого программного комплекса. Комплексные имитационно-моделирующие испытательные стенды используются при полигонных испытаниях сложных систем.

Общая идея создания КИМИС основана на том, что для испытания (исследования) ПС, реализованного непосредственно на управляющей ЭВМ, необходимо моделировать управляемый процесс и имитировать поступление в ЭВМ информации об этом процессе. Испытываемое ПС безразлично к непосредственным источникам информации. Важно лишь, чтобы вся информация была распределена по реальным физическим каналам ЭВМ и временным тактовым интервалам, а также соответствовала заданному (ожидаемому) диапазону условий внешней среды. Сопряжение моделей с реальными средствами системы необходимо для оценки результатов моделирования путем их сравнения с реальными данными. Использование в составе КИМИС непосредственно самого ПС, а не его модели, позволяет получить более достоверные результаты при моделировании и избежать больших дополнительных трудозатрат на разработку модели ПС.

Для создания КИМИС, помимо основной ЭВМ, на которой реализуется испытываемое ПС, используют ЭВМ примерно такой же производительности для реализации комплекса моделей соответствующего назначения. Первую ЭВМ (ВС) обычно называют технологической, вторую—инструментальной. Инструментальная ЭВМ и программное обеспечение образуют КИМИС. Такие КИМИС являются кроссовой системой (КРОСС-КИМИС). Моделируемые (имитируемые) на инструментальной ЭВМ данные передаются в технологическую ЭВМ, где и обрабатываются как реальные данные. Программное обеспечение КИМИС может быть реализовано и на технологической ЭВМ (Резидент-КИМИС). Но такой вариант используется сравнительно редко из-за дефицита памяти и производительности в технологических (управляющих) ЭВМ.

Автоматизированный технологический комплекс (АТК) состоит из элементов следующих типов: управляемый технологический агрегат (УТА), автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), датчики информации (ДИ) о состоянии управляемого процесса. На вход АТК поступает объект обработки (00), на выход—результат обработки (РО). Если прекратить доступ информации в ЭВМ от реальных физических объектов АТК, а вместо нее вводить адекватную ин формацию, имитируемую по КИМИС на инструментальной ЭВМ, то процесс функционирования ПО АСУ ТП будет адекватен реальному. Оператор УТА в принципе может участвовать в обеих режимах.

Программное обеспечение КИМИС в общем случае состоит из следующих подсистем: моделирования, анализа результатов испытания, регистрации событий (документирования), планирования и управления и базы данных (рис. 20). В состав подсистемы моделирования входят: модель заявок на обработку (МЗ), модель объекта обработки (МОО); модели датчиков информации (МДИ); имитатор помех (ИП); модель управляемого технологического агрегата (МТА).

Модель заявок имитирует поток заявок на обработку (например, поток слябов) исходя из плановых и производственных соображений.

В соответствии с заданным приоритетом или случайным образом выбирается 00, принимаемый на обслуживание, из совокупности 00, имитируемой МЗ, и его характеристики. Модели датчиков информации являются информационными моделями конкретных типов датчиков информации, используемых в системе управления АТК. Они имитируют выдачу текущих координат характеризующих состояние технологического процесса. Модель управляемого технологического агрегата (например, прокатного стана) имитирует управляемый технологический процесс (например, прокатки стали) с выдачей соответствующей информации об этом процессе. Имитатор помех в соответствии с заданными вероятностными характеристиками имитирует воздействие случайных факторов на элементы моделируемой системы и управляемый процесс. При этом используется датчик случайных чисел, позволяющий реализовать процедуру «розыгрыш».

Таким образом, подсистема моделирования, имитируя технологический процесс в управляемом агрегате, обеспечивает воспроизведение потока входной информации в управляющую ЭВМ, адекватного этому потоку в реальных условиях эксплуатации АТК.

Имитируемый поток входной информации подается' на вход испытываемого ПО АСУ и инициирует его функционирование, результатом которого является поток выходной (управляющей) информации, выдаваемый на УТА или его модель. Образуется замкнутый контур управления, адекватный контуру управления в реальном ДТК.

Основными компонентами подсистемы анализа результатов испытаний являются: программа выборки результатов преобразования входных данных, программы формирования эталонных значений для анализа правильности результатов, программа сравнения фактических результатов с эталонными и оценки их приемлемости (правильности).

Подсистема регистрации событий обеспечивает документирование хода испытаний и регистрацию всех тех характеристик, которые могут быть полезны как для определения значений показателей качества испытываемого ПС, так и для оценки эффективности и состояния самого процесса испытаний.

Подсистема планирования и управления на основе анализа состояния испытаний, полученных результатов, проверенных путей граф-схемы испытываемого ПС и поступающих заданий от программистов-испытателей осуществляет планирование экспериментов и подготовку соответствующих исходных данных для подсистемы моделирования. На эту же подсистему возлагается координация действий (инициализация) всех элементов КИМИС.

Достоинства КИМИС очевидны. Его использование позволяет осуществлять комплексную стыковку объектов испытываемой системы и проверку принципов управления задолго до создания всех элементов системы (элемент системы, разработка которого не завершена, заменяется моделью). Применение моделирования позволяет разнообразить условия испытания и сэкономить материальные ресурсы. Комплексные испытательные моделирующие стенды можно использовать не только для испытания программ, но и для отработки взаимодействия всех элементов системы.

Сопряжение реальных средств испытываемой системы с их моделями позволяет разнообразить условия испытания и провести полунатурные эксперименты. Можно, например, проверить работу автоматизируемого технологического агрегата, моделируя поведение объекта обработки или, наоборот, промоделировать работу технологического агрегата при работе с реальным объектом обработки. Такие вариации позволяют, с одной стороны, проверять адекватность моделей своим оригиналам и тем самым убеждаться в достоверности результатов статистических испытаний, а, с другой стороны, использовать КИМИС на самых ранних этапах разработки опытного образца ПС для выбора и апробации наилучших проектных решений.