Содержание к диссертации
1 Оглавление 2
2 Основные термины и понятия 5
3 Введение 7
3.1 Актуальность разработки 11
3.2 Цели и основные задачи разработки 13
3.3 На защиту выносится 15
ЗА Апробация работы 17
3.5 Личное участие 18
4 Объектно-ориентированный подход к моделированию 20
4.1 Классификация кодов по степени автоматизации 23
4.2 Классификация кодов по архитектуре базы данных модели 25
4.3 Концепции в реализации объектного подхода к моделированию 27
4.3.1 Традиционная концепция объектного подхода 27
4.3.2 Современная концепция 28
5 Обзор российских и мировых систем поддержки моделирования 30
5.1 Технология фирмы S3/GSE (США) 31
5.1.1 Структура Базы Данных 31
5.1.2 Иерархия системы 32
5.L3 Структура тренажерного программного обеспечения 33
5.2 Технология фирмы GPI/GSE (США) 35
5.2.1 Оболочка моделирования READS™ 35
5-2.2 Структура оболочки READS™ 36
5.23 Иерархия системы 37
5.3 Финская технология APROS 40
5.3.1 Моделирующая оболочка APROS 40
5.3.2 Структура оболочки APROS 42
5.4 Технология фирмы STN Atlas Elektronik GmgH (Германия) 44
5.4.1 Описание Технологии 44
5A2 Структура моделирующей оболочки 44
5.5 Технология Центра Тренажеров и Моделирования (ВНИИАЭС) 47
5,5Л Описание технологии 47
5.6 Технология ЭНИКО ТСО (МИФИ) - ЭНИКАД 49
5,6Л Оболочка моделирования ЭНИКАД 49
5.6.2 Структура ЭНИКАД 50
5.6.3 Разработка в ЭНИКАД 51
5.7 Технология Разработки Моделей и Тренажеров ТЕРМИТ (НИТИ)-. 54
5.7.1 Описание программного комплекса ТЕРМИТ 54
5.7.2 Структура комплекса ТЕРМИТ 56
5.8 Сравнительный анализ систем 58
6 Система SimPort как реализация современной концепции объектно- ориентированного подхода 62
6Л Краткое описание системы 62
6.2 История создания SimPort 64
6.3 Основные черты технологии SimPort 66
6.4 Обобщенная архитектура системы SimPort 69
6.5 Основные компоненты системы SimPort 71
6,5 Л Подсистема разграничения доступа (Login System) ,. 71
6.5,2 Сервер базы данных (Database Server) 73
6,53 Конструктор типов SimPort (Type Builder) 74
6.5.4 Конструктор задач SimPort (Task Builder) 80
6.5.5 Рабочий стол разработчика SimPort (Engineering Station — Instructor Station) 83
6.5.6 Подсистема представления данных моделирования (Data Presentation System) 88
6.5.7 Система исполнения SimPort задач реального времени (Real Time Executive) 89
6.5.8 Сервер доступа к данным SimPort (Data Manager) 91
6.5.9 Подсистема экспорта/импорта (Data Base Service) 92
6.6 Язык моделирования SimPort 94
6.7 Файловая структура SimPort 97
6.7.1 Файловая структура исполнительной части 97
6,7-2 Файловая структура базы данных 98
6.8 Разработка проекта в системе SimPort 98
6.9 Перспективы развития системы SimPort 10І
6.9Л Мировые тенденции развития 101
6.9.2 Пути дальнейшего развития системы SimPort 102
7 Прикладное наполнение SimPort 103
7Л Объектно-ориентированная версия тепло-гидравлического кода KOBRA 105
7Л.1 Базис физико-математической модели 106
7.2 Инструмент GAS NET 110
7.2.1 Базис физико-математической модели 110
13 Инструмент ELECTRO 112
7,3.1 Базис физико-математической модели 112
7.4 Инструмент LOGIC 114
7.5 Инструмент RELAY 115
7.6 Инструмент COMPONENT 116
7.7 Инструмент TURBINE 117
7.8 Инструмент TRANSMITTER 118
8 Внедрение системы SimPort 119
9 Заключение 122
10 Список используемых источ-ников 125
11 Список авторских прав 129
12 Приложение 1 130
13 Приложение 2 132
14 Приложение 3 133
Введение к работе
Предлагаемая диссертация посвящена концепции объектно-ориентированного подхода к разработке программного обеспечения для тренажеров, а также реализующей этот объектный подход системе поддержки моделирования SimPort. Эта технология может использоваться для создания моделирующих комплексов различного класса и назначения, в частности тренажерных систем для ядерных и тепловых энергоустановок. Моделирующие системы представляют собой комплексы технических средств и математического обеспечения. Наиболее сложными из них являются полномасштабные тренажеры. Их сложность объясняется, с одной стороны, использованием кроме средств вычислительной техники реальной аппаратуры управления, а с другой стороны, необходимостью реализации в реальном масштабе времени математических моделей и расчетных программ с десятками тысяч переменных.
Однако, достижения в области вычислительной техники и, прежде всего увеличение производительности компьютеров при резком сокращении их стоимости и размеров, существенное усовершенствование и удешевление системного программного обеспечения, а также прогресс в области математического описания сложных физических процессов, численных методов и их программной реализации привели к существенному расширению спектра использования моделирующих систем. Особенно это коснулось области ядерной энергетики.
Главной же предпосылкой, обеспечившей "прорыв" в создании современных моделирующих комплексов, являются достижения в области технологий математического моделирования и моделирующих систем.
Классификация моделирующих систем затруднена из-за не устоявшейся терминологии. Наиболее удачной представляется принятая в РНЦ «Курчатовский институт» [9] двухуровневая классификация, согласно которой на первом уровне моделирующие системы подразделяются в соответствии с типом пользователей, а на втором - в соответствии с целями их использования.
По типу пользователей можно выделить моделирующие комплексы, предназначенные:
• для эксплуатационного персонала и персонала регулирующих органов;
• для разработчиков энергетических установок (конструкторов и проектантов);
• для исследователей (аналитиков и инженерного персонала).
В зависимости от целей использования моделирующие системы для эксплуатационного персонала и персонала регулирующих органов можно разделить на те, которые используются для обучения, тренировок, разработки, проверки технических решений и эксплуатационных процедур, и те, которые используются в процессе управления реальными объектами или в критических ситуациях (предсказывающее моделирование или экспертные системы).
Моделирующие системы для разработчиков подразделяются на используемые для разработки основного оборудования и объектов в целом, предназначенные для синтеза алгоритмов управления, блокировок и защит разрабатываемых объектов и предназначенные для испытаний систем автоматического регулирования и управления реальными объектами.
Моделирующие системы для исследователей делятся на те, которые используются для аналитиков, основной задачей которых является оперативный поиск причин реальных аварийных ситуаций, а также поиск сценариев и исследование возможных последствий гипотетических запроектных, в том числе тяжелых, аварий, и те, которые предназначены для разработчиков математических моделей динамических процессов, происходящих в реальных или разрабатываемых объектах.
Задачу разработки любой крупной моделирующей системы для энергетических объектов можно подразделить на две подзадачи:
• разработка программного обеспечения (ПО);
• разработка технических средств (обязательная часть любого проекта
полномасштабного тренажера и опциональная для моделирующих систем других категорий).
Наибольший вклад в трудоехмкость создания моделирующих и тренажерных систем вносит необходимость разработки своего уникального или адаптация существующего программного обеспечения. Технологии разработки тренажерного программного обеспечения, принятые до настоящего времени в различных мировых тренажеростроительных фирмах, основываются на технологии структурного программирования. При этом необходимость уменьшения трудоемкости и унификации используемых моделей приводила к разработке вспомогательного (зачастую весьма специфического) инструментария для автоматизации процесса создания и отладки отдельных подсистем программного обеспечения тренажеров [7], Магистральным направлением при создании таких инструментов является разработка так называемых кодогенераторов [25], основной задачей которых является автоматизированная генерация исходных программных кодов, описывающих модель, и соответствующих баз данных переменных:
на основе данных, задаваемых с использованием некоторого графического интерфейса;
• посредством использования специализированных макроязыков, обеспечивающих более понятный и ориентированный на пользователя синтаксис описания модели в некоторой предметной области (например, описание логических выражений);
на основе структурированной информации, хранящейся в базах данных (Например, при эмуляции АСУ-ТП, для получения исполнительного кода используют так называемые конфигурационные файлы АСУ-ТП). Кроме того, до недавнего времени в тренажерах для решения внутренних задач использовалось весьма специфическое аппаратное обеспечение, зачастую сделанное на заказ в единственном экземпляре и поэтому весьма дорогостоящее.
Однако, в последнее время, в практике осуществления проектов наблюдаются существенные изменения в подходах и тенденциях. Они продиктованы, не только стремлением удешевить разработку и сократить ее сроки, но и желанием предоставить потребителю более качественный конечный продукт. Новый толчок, подобным тенденциям дало появление летом 1996 года операционной системы Windows-NT 4,0 [6].
Так, в области аппаратного обеспечения стало очевидно стремление уйти от дорогостоящих UNIX компьютеров на Windows-NT - Intel компьютерную платформу. Это позволяет использовать стандартные комплектующие (of the shelf) и отказаться от деталей сделанных на заказ. А в области программного обеспечения все большее распространение и популярность приобретают:
• стандартные программные продукты (компиляторы, базы данных) так называемое third party software;
• методы объектно-ориентированного проектирования;
