Введение к работе
Актуальность проблемы. Интенсификация воздушного движения, обеспечение регулярности полетов, снижение затрат на эксплуатации и обслуживание авиатехники сопровождается требованиями к обеспечению безопасности полетов, являющейся важной государственной задачей. Важность задачи возрастает в связи с дальнейшим усложнением авиационной техники, расширением ее функциональных задач, интенсификацией труда летного и инженерно-технического состава, повышением роли людей, эксплуатирующих и обслуживающих современные летательные аппараты.
При современном уровне развития науки и техники имеются совершенные методы расчета систем управления, широкий выбор технических средств, позволяющих, в принципе, сконструировать и осуществить систему управления сложными процессами с очень высоким уровнем автоматизации. Однако, как показывают исследования и практика, полная автоматизация приводит к чрезмерному усложнению системы контроля и управления, увеличению ее размеров а веса, снижению надежности ее работы, удорожанию системы в целом. Таким образом, полное исключение человека из процесса управления должно быть достаточно обоснованным и может быть целесообразно для относительно простых систем управления.
При разработке сложных систем, включающих в цепь управления человека-оператора, проектировщики должны учитывать все сложные взаимосвязи, которые складываются в реальных условиях между техническими звеньями и оператором в процессе их совместной работы по управлению системой, и, кроме того, должны заботиться не только о повышении эффективности и надежности работы отдельных звеньев системы, но и о том, чтобы повысить удобство работы человека-one -ратора. На основании этого должна быть так построена система представления информации оператору и система управления в целом, так распределены функции между оператором и автоматическими устройствами, чтобы были достигнуты наивысшая эффективность и надежность работы системы в целом и человека-оператора в частности. Для этого системы представления информации оператору должны отвечать следующим основным требованиям.
Во-первых, системы отображения информации (СОИ) должны обес
печить индикацию большого числа параметров одновременно на мини
мальной площади. При этом следует подчеркнуть необходимость на
глядной формы такой индикации. ^
Во-вторых, устройство отображения информации должно быть і определенной степени универсальным:
воспроизведение на одном и том жа индикаторе информации различного характера (измерительной,справочной,сюжетной и т.д.!
обеспечение одновременного, частичного или по вызову оп< ратора отображения этой информации на любом этапе полета.
С ростом сложности систем обработки и отображения графиче< кой информации и масштабов применения таких систем возрастает важность и актуальность вопросов проектирования в рамках проблемно-ориентированного подхода, в частности, вопросов оптимизации структуры управления с участием оператора, эффективность и< пользования ресурсов вычислительного комплекса, согласование т формационных, временных и точностных характеристик процессов сбора, обработки и отображения данных с учетом инженерно-психологических характеристик человека-оператора.
Реализации такого подхода при проектировании систем отобр; жения информации препятствуют: недостаточность теоретических рг работок проектирования проблемно-ориентированных СОИ.отсутстві обоснованных методик анализа и оценок разрабатываемого комплею недостаточность разработанных методов и алгоритмов представлені и кодирования различных параметров объекта управления.
Таким образом, решение этих вопросов является важной и . туальной проблемой.
Цель работы и задачи исследования.Целью работы является р> шение важной научно-технической проблемы обеспечения оптимальн го взаимодействия летчика и ЛА путем теоретического обобщения ; создания новых эффективных методов и средств построения бортовых специализированных экранных индикаторов систем управления .
При создании систем индикации необходимо решить ряд сложи: научно-технических задач, важнейшими из которых являются:
разработка теоретических основ построения оптимальных универсальных систем индикации параметров динамического состоя ния объекта;
разработка научно обоснованных способов кодирования и представление информации с учетом характеристик оператора;
разработка методов построения и аппаратуры многофункцио нальных систем индикации с учетом специфики их использования н ЛА;
оценка эффективности разработанных многофункциональных (
Методы исследования. При решении поставленных задач исполь-лись методы системного анализа, теории массового обслужива-
методы анализа алгоритмов, методы статистической теории ин-эдии и теории кодирования, теории множеств и теории графов.
Научную новизну диссертации представляют следующие основные льтаты, которые выносятся на защиту:
-
Решена важная научно-техническая проблема построения бор-х экранных индикаторов на основе системного подхода, теорети-ого обобщения эргономических исследований на моделирующих дах. Показано, что для эффективного решения проблемы визуали-и полетной информации необходимо создание бортовых специали-ванных многофункциональных экранных индикаторов, обеспечиваю-унификацию приборного оборудования, снижение напряженности :ика и повышение безопасности полетов.
-
Разработана информационная модель процессов, протекающих юрту ЛА и проведен комплекс эргономических исследований ме->м полунатурного моделирования, включающий разработку методик, ідей и создание аппаратурно-программных средств автоматизации іномических исследований. Экспериментально установлено, что іктивность управления ЛА с участием человека определяется ви-индикационных картин, характеризующих состояние объекта в ъном масштабе времени. Получены научно обоснованные рекомен-м по компоновке индикационных картин для бортовых индикато-
-
Созданы теоретические основы проектирования многофункцио-.ных экранных индикаторов. Показано, что для синтеза динами -:ого изображения целесообразно аппаратно создавать микропрс-юрные генераторы, обеспечивающие аффинные преобразования в аном масштабе времени и требуемые габаритно-весовые характерніш ,
-
Разработаны методы синтеза изображений и средств автома-щии эргономических исследований, сокращающие сроки проведе-наземных исследований.
-
Установлено, что разработанные методы синтеза изображе-успешно реализуются в системах индикации для управления подыми аппаратами при проведении геологических исследований помости дна морей и океанов, при осмотре пирсов, трубопроводов ).
Практическая ценность. Задачи, рассмотренные в диссерта] сформулированы исходя из практической потребности разработки ранных индикаторов на борту новых отечественных ЛА ТУ-204 ИЛ-96/300.
Работа выполнена в рамках совместных НИР, проводимых Кае ским техническим униварситетом им.А.Н.Туполева с предприятия) МАП, СОКБ ЛИИ, ЛИИ, УКБП (г.Ульяновск), НИИ АО (г.Щуковский) ИКАМ, МИЭА, ИМЕЛ (г.Шсква).
Работа выполнялась по решению'комиссии ВПВ и СМ СССР п< программам "Реальность", "Авангард", "Рать", "Полет" и др.
Основным практическим результатом работы является создаї научно обоснованной методики анализа выбора оптимальной струї ры и метода построения СОИ в рамках проблемно-ориентированно; подхода.
Эта методика использована при проектировании ряда конкр*
ных систем отображения информации: индикатора обстановки, пи.
тажно-навигационного цветного индикатора, контрольно-измерите
ной системы сигнализации, индикаторов обобщенной пилотажной ї
формации и др.
Основные результаты, полученные в работе, доведены до у; ня расчетных формул, алгоритмов и методик, что облегчает их пользование в практике проектирования бортовых систем отобра ния информации.
Внедрение результатов работы на различных предприятиях дало экономический эффект около I млн,руб. Соответствующие а внедрения и использования результатов приведены в приложении
Реализация результатов работы. Разработанные методы и а ритмы синтеза графических изображений использованы при выпол нии ОКР по созданию опытного образца многофункционального ди ного процессора в Ульяновском конструкторском бюро приборост ния (УКШ).
Результаты получены в рамках хоздоговоров между КГТУ и при выполнении НИР: "Разработка методики проектирования и по роения графической системы для индикации быстропротекающих цессов" ( № ГР Ф-20596, инв.№ 50455), "!&огофункциональ дисплейный процессор на базе Ш 386-SX.".
После (совместной настройки и модификации дисплейного пр
і была изготовлена в УШІ опытная партия бортовых многофунк-гальных индикаторов ИМ-2. Другим важным направлением реализации результатов исследова-
диссертационной работы является создание аппаратно-программных цств наземных моделирущих стендов, обеспечивающих комплексные эномические исследования экранных индикаторов на различных ре-. ах полета ЛА.
По результатам совместных эргономических исследований в НИИ ационного оборудования (г.Нуковский) на стендах "Электроника" Символ" выданы научно обоснованные рекомендации на проектиро-ле бортовых серийных индикаторов ИМ-3, предназначенных для шцения ТУ-204 и ИЛ-96/300.
Результаты получены при выполнении хоздоговорных НИР:"Раз -этка программно-аппаратных средств сопряжения подсистем сбора зрмации на базе ПЭВМ IBM PC/AT" ( № ГР $-35120), "Систе-сбора и обработки информационных потоков экранной индикации ких ЛА" (инв.# 6595, ОС-4209), "Интегрированная инструменталь-
система программирования индикационных картин ЛА" ( № ГР 5120). Результаты работы использованы также в системах индикации
подводных аппаратов, создаваемых в НИПИокеангеофизика (г.Ге-даик) по программе "Мировой океан". По результатам НИР:«Сис-а отображения информации пульта управления комплекса "Радуга"* ; № ГР У69885, hhb.F Г26570) и принято решение об изготовле-
опытной партии графической платы индикации телеуправляемого водного аппарата РТМ-500.
В настоящее время результаты работы используются в поста-te курса лекций по дисциплине "Средства взаимодействия.че-эка с вычислительными системами" для специальности 22.02 -энер-системотехнин, а также в курсовом и дипломном проекти-ании.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладыва-ь и обсуждались на ряде конференций и совещаний:
на конференции НТО "Приборпром" "Автоматизация контроля и детва отображения в сложных системах", г.Москва, 1973г.;
на семинаре "Устройства оперативного взаимодействия и бражения информации", г.Москва, ВДНТП, 1973г.;
на I Всесоюзной конференции "Авиационная эргономика безопасность полетов", г.Киев, 1974г.;
на конференции по радиотехнике и электронике Татар.об правления НТО РЭС им.А.С.Попова, Казань, 1975г.;
- на Всесоюзном семинаре "Перспективы развития средст
радиотехнического обеспечения полетов в гражданской авиации"
г.Киев, 1976г.;
йа Всесоюзной конференции "Робототехника? г.Каунас,19
на Всесоюзной школе молодых ученых "Свет и музыка" , г.Казань, 1979г.;
на Всесоюзной конференции "Теория и практика имитацио ного моделирования и создания тренажеров", г.Пенза, 1988г.;
на зональной конференции "Обработка информации в авто зированных системах научных исследований", г.Пенза, 1989г.;
на межведомственном координационном Совете по средств отображения информации в секции "Математическое и информаци ное обеспечение СОИ", г.Москва, ВИШ, 1989г.;
в Московском институте инженеров гражданской авиации г.Москва, 1989г.;
в научно-исследовательском институте авиационного обо дования, г.Чуковский, 1983-1989 гг.
на ежегодных научно-технических и научно-методических конференциях вКГТУ, 1975-92гг.
Некоторые образцы экранных индикаторов», изготовленные непосредственном участии.л лсд руководством автора,деыонвтри вались в павильонах ВДНХ .("Воздушный транспарт%"Народное об зование", "Труд и отдых") - б раз.
Автор награжден I серебряной и 2 бронзовыми медалями В, СССР.
Экспонаты "Индикатор обобщенной пилотажной информации О и "Индикатор контроля основных параметров авиационного двига демонстрировались на б международных выставках в Канаде» США Болгарии, Германии, Фракции, Италии»
Структура и объем диссертации, Диссертационная работа с тоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы, при ния, включающего дополнительные материалы, акты внедрения и пользования результатов исследований.
