Автоматизация синтеза проектных программ переменной структуры

Структуризация и унификация математических моделей синтеза и проектного анализа вариантов БЛА, а также элементной базы программно-информационного обеспечения автоматизированногопроектирования БЛА дает возможность организовать сборку (синтез) сложных комплексных проектных программ из унифицированных компонент.

Особую роль в разработке такой системы играет построение элементной базы программно-информационных средств, их увязка в единую организационную структуру, основанную на единой методологии проектирования и обобщенной информационной модели БЛА.

Программные модули, сгруппированные по назначению в базе специальных подпрограмм (БСпП), формируют как бы костяк - основу будущей проектной программы, а ТФ, оформленные по единым требованиям, являются программными звеньями, связывающие их между собой благодаря унифицированному построению входной и выходной информации.

Именно входные и выходные переменные, описываемые в головной части каждого фрагмента с помощью специальных символов (С+ и С-), позволяют автоматизировать, как сборку проектной программы, так и ее информационной модели.

Для большинства задач проектного анализа вариантов БЛА можно сформировать необходимую программу, практически полностью состоящую из готовых ТФ. Если возникает потребность в дополнительном, оригинальном фрагменте, то его можно предварительно подготовить на языке программирования и занести в базу ТФ (БТФ), либо, подготовив его текст на фортране, поместить его непосредственно в задание на генерацию.

Степень автоматизации синтеза программ проектного анализа может быть различной. В простейшем, ручном варианте сборка программ из типовых фрагментов производится управляющей программой-генератором по компактному описанию алгоритма (КОА), представляющему собой задание для генератора, составленное из имен ТФ, расположенных в последовательности, соответствующей блок-схеме решаемой задачи [3,13]. В текст задания на генерацию можно поместить, как было отмечено, и оригинальный фрагмент, записанный на языке программирования, не вошедший в базу ТФ.

По одному и тому же заданию на генерацию может быть сгенерировано множество программ проектного анализа вариантов БЛА, отличающихся лишь комплектом исходной информации.

Рассмотрим пример работы проектировщика по формированию задания на генерацию программы конкретной задачи – баллистического проектирования БЛА заданного класса. Это расчет траекторных характеристик и потребного запаса топлива для выполнения поставленной в ТЗ задачи:

– полет на заданную дальность x _к и заданную высоту H _к при выполнении граничного условия по средней скорости полета (при заданной дальности полета это соответствует заданному времени полета t _к).

Последовательность работы проектировщика

Вначале необходимо представить облик БЛА, который смог бы выполнить эту задачу, составить структурную схему решаемой задачи в виде ее блок-схемы программы и, воспользовавшись каталогом БСпП и ТФ, составить задание на генерацию программы.

1) Для представления облика БЛА надо из статистических источников задать аэродинамическую схему, опорные значения стартовой массы, относительных геометрических параметров, а также параметры ДУ ­ удельный импульс, время работы ДУ τ_дв, ( с учетом заданного в ТЗ времени полета t _к). В этот перечень входят и параметры ТЗ ((H _к, x _к, t _к).

2) Представим схему БЛА (в примерном масштабе).

3). Зная математическую модель решения задачи, составим ее блок-схему.

Центральная часть решаемой задачи – это численное интегрирование уравнений движения БЛА. Поскольку это траекторная задача, то для ее решения достаточно определить движение центра масс в вертикальной плоскости.

Вначале – начальные условия численного интегрирования; затем – правые части уравнений движения (характеристики атмосферы, ДУ, аэродинамические характеристики). В качестве управляющих функций добавляются: секундный расход топлива ДУ (при постоянном расходе

) и потребная перегрузка метода наведения (t).

Пошаговый процесс численного интегрирования выполняется до выполнения требования достижения конца траектории. Затем в итерационном цикле выполняется граничное условие по времени полета (путем коррекции запаса топлива ).

Завершается задача выдачей потребного запаса топлива и траекторных характеристик последней итерации.

Задание на генерацию решаемой задачи имеет следующий вид:

*B700, B701, B702

*B405

*B321

*B505, B502

*B331, B342

*B351

*B503, B504

*B508

*B511, B512

*B301g

      End

Для решения рассмотренной задачи необходимо знать уточненные значения стартовой массы и размеров БЛА. Это задачи наших лабораторных работ.

После разработки всех ТФ надо создать задания на генерацию, проектные программы и решить комплексные программы массового и массово-геометрического расчета БЛА

Примеры заданий на генерацию проектной процедуры массового, а затем массово-геометрического расчета БЛА с расшифровкой выполняемых каждым ТФ операций приведены в табл. 4.1 и 4.2.

1) Массовый расчет.

Таблица 4.1

Пример задания на генерацию проектной процедуры массового расчета БЛА

Имя ТФ или текст на фортране	ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ОПЕРАЦИИ
701 M0B=M0	Метка и начало итераций по m 0
*ARDTT	Относительная масса РДТТ
*BETAF	Относительная масса корпуса
*MUKR	Относительная масса крыльев
*MUPR	Относительная масса рулевых приводов
*MASSA	Стартовая масса БЛА
*ITERM0	Организация итераций по стартовой массе
*SVODKA	Массовая сводка БЛА
END	Конец программы

 

После составления ТФ MASSA и проверки его работоспособности организуется итерационный процесс по коррекции m ₀. Для этого надо написать и занести в базу ТФ фрагмент ITERM0.

Здесь ε (EE) – допустимая погрешность итерационного процесса коррекции m _0. Можно задать EE=0,01.

После составления ТФ SVODKA надо по приведенному заданию на генерацию проверить правильность работы программы.

2). Следующий эта работы – геометрический расчет

Прочитав теоретическую часть пособия, и подготовив ТФ GEOMF и GEOMKR, готовится программа геометрического расчета.

Заключительная часть работы – разработка комплексной программы массово- геометрического расчета БЛА.

Задание на генерацию этой программы с организацией итераций и по стартовой массе, и по средней плотности компоновки БЛА имеет вид.

 

Таблица 4.2

Пример задания на генерацию комплексной проектной процедуры массово-геометрического расчета БЛА

Имя ТФ или текст на фортране	ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ОПЕРАЦИИ
701 ROCPB=ROCP      M0B=M0
* ARDTT
* BBF
*MUKR
*MUPR
*MASSA
*ITERM0
*SVODKA
*GEOMF
*ITERRO
*GEOMKR
END

 

После проверки комплексной программы надо сделать чертеж БЛА, подтверждающий правильность проделанной работы.

 

 

Структура учебной САПР-602

Примером реализации синтеза программ переменной структуры может служить рассмотренная в работе [13] система синтеза проектных программ, включающая сетевую управляющую программу-генератор Win Старт, сервер баз данных, центральную базу данных коллективного пользования и локальную базу данных пользователя. Укрупненная структура такой системы показана на рис. 4.4.

Управляющая программа-генератор предназначена для сборки программ из элементной базы прикладного программного обеспечения; формирования информационных моделей решаемых задач с помощью СУОП; управления и сервисного обеспечения процесса проектирования.

Центральная база данных, располагаемая на сервере, позволяет централизованно хранить базы данных всех компонент системы, необходимых для синтеза программ: специальных подпрограмм, типовых программных фрагментов, унифицированных обозначений переменных, а также индивидуальные пользовательские комплекты.

Рис. 4.4. Структура системы синтеза проектных программ

Каждый индивидуальный комплект пользователя содержит учетную информацию о пользователе и информацию, построенную в соответствии с последовательностью его работы в системе: «проекты», «задания на генерацию» проектных программ (КОА), комплекты «исходных данных», «результаты расчетов» и др.

Локальная база данных предназначена для хранения наиболее часто используемой информации. Она автоматически обновляется при каждом изменении соответствующей информации в центральной базе данных.

Следует отметить, что каждое КОА (задание на генерацию) использует конкретный состав программных модулей выбранного проектировщиком назначения. В типовом КОА (задании на генерацию) фрагменты с вызываемыми из БСпП программными модулями составляют основу программы. Помимо ТФ вызова программных модулей, в тексте КОА используются также и вспомогательные ТФ организации итерационных процессов и вывода табличной и графической информации. Такой выбор конкретного состава программных фрагментов в тексте КОА приводит к фиксированной схеме описания алгоритма, к тому же без включения элементов диалога с проектировщиком. Это ограничивает возможности применения КОА решением проектных задач только для вариантов БЛА выбранного облика, не позволяя оперативно формировать проектные программы БЛА, отличающихся модульным составом.

Поэтому дальнейшим развитием процесса автоматизации синтеза программ и расширения возможностей КОА предполагается добавление в компактные описания алгоритма управляющих ТФ, описывающих возможные разветвления в структуре описания алгоритма с предоставлением проектировщику возможности выбора того или иного направления хода проектирования. Это расширит возможности синтеза проектной программы с непосредственным участием человека-проектировщика. Такие унифицированные компактные описания алгоритма (УКОА) [13] позволят формировать программу проектирования БЛА с различными вариантами облика: числа ступеней, аэродинамических схем, двигательных установок, систем и методов управления полетом.

Созданный для реализации синтеза проектных программ и последующего анализа проектных решений комплект баз данных программного и информационного обеспечения автоматизированного проектирования может служить основой построения объектно-ориентированной базы данных БЛА (см. рис. 4.5).

Рис. 4.5. Укрупненная структура комплекта БД БЛА

Состав баз данных диктуется структурой и принятыми принципами работы в САПР БЛА. Базы программных модулей (БСпП), типовых фрагментов (БТФ), каталогов переменных (СУОП) формируют элементную составляющую программно-информационного обеспечения процесса синтеза проектных программ переменной структуры.

Базы компактных описаний алгоритмов (БКОА) и унифицированных компактных описаний алгоритмов (БУКОА) позволяют унифицировать процедуру синтеза проектных программ.

Базы готовых проектных решений (БДПР) и архивной информации, содержащей данные о прототипах, материалах, топливах и др., дают возможность пользователю использовать необходимую информацию и весь накопленный ранее опыт, как по синтезу проектных программ, так и последующему анализу полученных проектных решений.

Управление базами данных, хранение, запись информации, организация изменения, дополнения и реорганизации данных осуществляется пакетом программ, входящем в систему управления базой данных (СУБД).

Таким образом, объектно-ориентированная БД БЛА принципиально отличается от традиционных баз данных тем, что содержит необходимые инструменты для получения множества проектных решений. Входящие в нее как информационные, так и методические компоненты позволяют пользователям формировать модели проектных исследований. Так, например, БД каталогизированной информации, построенная на основе обобщенной информационной модели БЛА, и компоненты элементной базы программного обеспечения (БСпП и БТФ) формируют ту унифицированную программно-информационную среду, на основе которой осуществляется синтез алгоритмов, программ и информационных моделей решаемых проектных задач.

Для автоматизации этого процесса используются базы компактных описаний алгоритмов (БКОА) и унифицированных компактных описаний алгоритмов (БУКОА). Методическая составляющая этих БД базируется на общей методологии проектирования [8,9] и позволяет пользователям формировать структуру и программные компоненты решаемой задачи, автоматизируя ее сборку и программный код.

Накапливаемые в процессе проектной работы в БДПР готовые проектные решения, а также архивная информация о промышленных изделиях создают необходимую комфортную информационную среду, облегчающую работу пользователя в системе. Обобщенная модель взаимосвязи баз данных в программно-информационной среде объектно-ориентированная БД БЛА приведена на рис. 4.6

Рис. 4.6. Обобщенная модель взаимодействия различных БД в объектно-ориентированной БД БЛА

Рассмотренный структурный состав БД не является завершенным и может развиваться, и пополняться новыми БД по мере необходимости. Внутренняя структура каждой БД определяется ее программной реализацией.