автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка методов проектирования структур и инструментальных средств для создания интерактивных систем

УДК 658 512 011 56 На правах рукописи

Ромакин Владимир Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУКТУР И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

Специальность 05 13 12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003060275

Работа выполнена на кафедре инженерной и компьютерной графики в Московском техническом университете связи и информатики

доктор технических наук, профессор Артамонов Евгений Иванович

кандидат технических наук, профессор Тенякшев Александр Михайлович

доктор технических наук, профессор Хачумов Вячеслав Михайлович

доктор технических наук, профессор Амбарцумян Александр Артемович

Московский Энергетический Институт (Технический университет)

Защита состоится 2007 г в 44 часов на заседании

диссертационного совета Д 002 226 02 при Институте проблем управления им Трапезникова РАН по адресу 117997, Москва, ул Профсоюзная, д 65, малый конференц-зал (МКЗ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПУ РАН Автореферат разослан «^ »_____ 2007 г

/ ,

О V- '

Ученый секретарь диссертационного совета - Лебедев В Н

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущая организация

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. К настоящему времени сложился класс интерактивных систем (ИС), в которых за счет развитых средств взаимодействия пользователей с системой, особенно графических, при постоянно увеличивающейся сложности решаемых задач общение пользователей с системой происходит в реальном масштабе времени Примерами такого рода систем являются системы автоматизированного проектирования, автоматизированные системы управления технологическими процессами, БСАБА-системы, системы мониторинга и т п Для их проектирования становятся актуальными проблемы исследования принципов структурной организации, разработки методов синтеза их структур, используемых структур данных, способов согласования с внешними устройствами, разработки инструментальных средств для создания таких систем, включая средства графического взаимодействия пользователей с системами

Большой вклад в разработку методов синтеза программно реализованных систем внесли работы Артамонова Е И, Кульбы В В , Косяченко С А, Микрина Е А , Цвиркуна А Д и др

Однако проблемам проектирования систем, использующих виртуальные, сложно структурированные геометрические модели объектов уделяется еще недостаточное внимание, что иногда приводит к большим затратам на их реализацию и делает системы мало эффективными Для создания таких систем привлекаются большие людские ресурсы, увеличивается время разработки и, соответственно, стоимость, снижается их качество

Целью диссертационной работы является разработка методов проектирования структур программного обеспечения ИС, обобщенных математических моделей проектируемых объектов для всех этапов их жизненного цикла (ЖЦ) и методов создания электронной документации на основе программных средств виртуальной реальности Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи

- исследование принципов построения ИС, алгоритмов функционирования, структур алгоритмов, используемых математических моделей и их структур данных,

- разработка методов проектирования структур программного обеспечения ИС, генерация и выбор вариантов структур программного обеспечения проектируемых ИС,

- разработка обобщенных математических моделей (включая функциональные и геометрические) проектируемых объектов для всех этапов их ЖЦ и методов создания электронной документации,

- разработка инструментальных средств для построения ИС, включая интерактивные средства взаимодействия пользователей с ИС,

- создание и исследование эффективности программного обеспечения отдельных ИС на основе разработанных методов проектирования структур и математических моделей объектов

Методы исследования. В основу проводимых исследований положены алгоритмы компьютерной графики, методы и средства автоматизированного проектирования, теория множеств, теория графов, линейная алгебра, аналитическая и начертательная геометрия, а также математический анализ

Научная новизна работы заключается в разработке методов проектирования структур программного обеспечения ИС, включая специально разработанные методы синтеза структур программного обеспечения и структур данных, принципы построения функциональных и геометрических моделей проектируемых объектов и методы их документирования на всех этапах ЖЦ, а также в разработке принципов построения инструментальных средств для проектирования таких систем

Практическая ценность работы. Представленные в диссертации результаты использованы в ряде проектов и позволяют научно обоснованно решать важные задачи, возникающие при создании специализированных И С, а именно выбор алгоритмов функционирования и структур программной реализации систем, разработка интерактивных средств взаимодействия пользователя с ИС и инструментальных средств автоматизированного проектирования ИС

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается корректностью постановок задач, выбором алгоритмов функционирования с использованием методов математического моделирования, получением структур систем по заранее заданным критериям, а также результатами практического использования предложенных в диссертации методов, моделей и средств

Реализация результатов работы Полученные в диссертации результаты и программное обеспечение внедрены в РКК «Энергия» при моделировании Большого космического рефлектора (БКР), в ФГУП «АтомЭнегроПроект» для эргономического анализа комплекса технических средств оперативно-диспетчерского управления (ОДУ) АЭС, в ООО «АмРуссТел» при создании систем мониторинга и управления спутниковыми сетями связи (ССС) в Казахстане и Якутской области, в ФГУП «НИИ АА» для моделирования сейсмоудароустойчивых платформ Акты о внедрении и использовании научных результатов приведены в приложении к диссертационной работе

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на 3, 4, 5 и 6-й международных конференциях «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта CAD/CAM/PDM» (Москва ИПУ РАН, 2003, 2004, 2005, 2006), 2 и 3-й международной конференции по проблемам управления (Москва ИПУ РАН, 2003, 2006), 31 и 32-й международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT+S&E*04/05» (Гурзуф 2004,2005)

Публикации. По материалам диссертации опубликована 21 печатная работа, включая 3 методических пособия

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литерагуры из 74

наименований Общий объем работы занимает 119 страниц, включая 55 рисунков, 3 таблицы и приложения

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, связанной с разработкой методов проектирования структур, обобщенных математических моделей для всех этапов жизненного цикла создаваемых объектов и инструментальных средств ИС Установлены цели и содержание поставленных задач Обоснован выбор объекта исследований — ИС с виртуальными, сложно структурированными геометрическими моделями проектируемых объектов Обоснован выбор предмета исследования — разработка моделей и методов автоматизированного проектирования таких ИС

В первой главе проведена классификация ИС по способу связности с различными внешними устройствами и человеком-оператором, выделено

четыре класса ИС (см табл 1)

_Таблица 1

Класс Интерактивные системы

Устройства ввода Блок связи с устройствами ввода Процессор системы Блок виртуальной реальности Геометрический процессор Блок управления данными Блок связи с устройствами вывода Устройства вывода

1 - - Системы проектирования, ситуационного моделирования, игровые системы - -

2 + + Системы измерения и визуализации параметров, медицинские системы диагностирования с автономными зондами - -

3 - - Программное управление исполнительными механизмами, станками с ЧПУ + +

4 + + Интегрированные системы проектирования и управления, системы безопасности + +

Во всех классах существует большое количество примеров программно реализованных универсальных ИС, каждая из которых позволяет решать широкий круг задач Однако с развитием новых информационных технологий появляется возможность создавать более эффективные, специализированные ИС Показано, что в процессе создания ИС необходимо уделять должное внимание начальным этапам проектирования ИС, в частности, операциям со структурами алгоритмов функционирования, детальному описанию, документированию и автоматизированной генерации возможных вариантов

структурной организации, что позволит повысить качество и эффективность ИС, сократить людские ресурсы, время разработки и стоимость

Проведен обзор различных методов анализа и синтеза структур программного обеспечения ИС Выявлены достоинства и недостатки этих методов, показано, что их использование повышает эффективность создаваемого программного обеспечения Одним из недостатков существующих методов является отсутствие формальных обоснований операций со структурами алгоритмов Например, в описании методологии структурного анализа (Structured Analysis and Design Technique — SADT) предлагается проводить декомпозицию «до тех пор, пока модель не будет описывать объект с нужной для достижения цели степенью детализации», а в описании диаграмм обработки данных (Data Flow Diagram — DFD) декомпозиция продолжается «до тех пор, пока не будет достигнут такой уровень декомпозиции, на котором процессы становятся элементарными и детализировать их далее невозможно»

Таким образом, показана необходимость совершенствования методов проектирования и создания ИС, в том числе формализация процесса выбора их структуры, формализация операций со структурами алгоритмов, разработка инструментальных средств и систематизация реализаций типовых алгоритмов, стандартизация и согласование структур данных для обмена информацией внутри систем и с внешней средой Эти методы существенным образом определяют эксплуатационные характеристики создаваемых систем

Во второй главе предложен формализованный метод структурного проектирования ИС, основанный на предварительных операциях со структурами алгоритмов и последующем выборе оптимального по заданным критериям покрытия полученных структур алгоритмов соответствующими программными реализациями Отличительными особенностями предложенного метода являются детальный учет используемых структур данных и структур обобщенных моделей проектируемых объектов применительно к программно реализованным системам, использующим средства виртуальной реальности, а также исследование и модификация операций со структурами данных, создание и накопление базы типовых реализаций в рассматриваемой области

Любой алгоритм представляет собой взаимосвязь операций и операндов (объектов информации) Множество объектов информации определяется тройкой параметров

Р={А,Ф,Д}, (1)

где А — множество способов кодирования объектов информации,

Ф — множество форм внешнего представления объектов информации, Д — множество точностей представления объектов информации Из выражения (1) видно, что при декомпозиции структур алгоритмов необходимо учитывать не только связность, но и параметры операндов Назовем локальным алгоритмом (ЛА) связанную часть алгоритма последовательного выполнения операций над данными с A=const и A--const, то есть с одинаковыми способом кодирования и точностью представления информации Реализацию ЛА назовем локальной структурой Для построения

возможных вариантов структур ИС разработаны правила разбиения алгоритма функционирования на ЛА и последующего объединения полученных ЛА

Введено понятие обобщенной графовой модели структуры ИС Обобщенной графовой моделью структуры ИС будем называть граф в = С(У,0), где

V - множество вершин у(а„ SJ <рь), а,еА, <5;еЛ, ^еФ, соответствующих различным структурам данных,

О - множество дуг (1р с весами н';„ равными качественным показателям реализации отдельных операций Качественными показателями могут являться быстродействие, объем занимаемой оперативной или постоянной памяти компьютера, стоимость и тп Задачу поиска лучшей структуры ИС можно свести к определению и нахождению кратчайшего пути на графе О

Аналитически проблему выбора лучшей структурной реализации ИС

к

можно описать следующим образом Пусть в алгоритме содержится 51 =

1=1

операций, где Я, — число операций 1-го типа, к — число типов операций Сравним стоимости двух вариантов структур программного обеспечения, реализующих заданный алгоритм Пусть в первом варианте все операции выполняются в отдельном операционном блоке (подпрограмме, подсистеме, системе), а во втором варианте операции одного типа выполняются в одном специализированном операционном блоке

Будем полагать, что любые операции, в том числе ввод, вывод, запись и чтение из памяти, преобразование информации и тп, реализуются в операционных блоках При этом стоимость реализации операций управления процессом выполнения алгоритма учитывать не будем, поскольку она зависит только от общего числа операций 5, которое является постоянным Тогда стоимость выполнения алгоритма в программном обеспечении первого типа будет равна

(2)

1=1 ]-\

где н>„, — стоимость реализации одного разряда операции ;-го типа,

— сложность кодирования операндов в у-ом операционном блоке /-го

типа

Определение Сложностью кодирования С"' операнда р, в коде а,е А с точностью <5,еД назовем полное количество двоичных разрядов, требуемое для представления на технических средствах системы

Стоимость реализации алгоритма в программном обеспечении второго

типа

1=1

где и'т — стоимость реализации одного элемента памяти, С,„1П = тах^С,,} для Vle{l, Д}

Определим, при каких условиях Wy < IV2, т е лучшей реализацией будет профаммное обеспечение первого типа, и разделение на JIA будет целесообразно

iilw«Cj.<ilw«Cim + wM(fl(Sl-l)}Clim (4)

i=i j=i 1=1 I=I

Для выполнения условия (4) достаточно, чтобы для V/e{l, ,к] имело место неравенство

X

Е W«C1 < + W'mC-ma, + (S, - 1) ,

или, что то же самое,

л

LC,<C,™(1 + —(S,-l)) (5)

К,

Учитывая определение сложности кодирования С"', приходим к выводу, что неравенство (5) справедливо только при разных значениях параметров а, и/или б„ а это доказывает целесообразность первоначального разделения общего алгоритма функционирования на JIA (A=const и A=const)

Метод структурного проектирования может использоваться для систем различной размерности, начиная от систем со сравнительно простыми алгоритмами функционирования и до программных комплексов, включающих набор систем для сопровождения всех этапов ЖЦ создаваемого промышленного продукта В последнем случае локальными структурами являются системы Пример обобщенной модели структуры для программного комплекса приведен на рис 1

*bpl "eil * ei\

»dtf * <h\g. ►cpp

* d\t * dwg

♦ %tb * aM

Рис 1 Пример обобщенной модели комплекса программных средств

8

На рисунке 1 приведены некоторые системы из имеющихся на рынке и показаны соответствующие этим системам множества структур данных Последовательное по этапам использование различных систем реализуется через преобразование структур данных Лучшая реализация программного комплекса выбирается как оптимальное по заранее заданным критериям покрытие локальных алгоритмов на указанных этапах ЖЦ соответствующими системами

Операции со структурами алгоритмов подробно рассматриваются на примере выбора лучшей структуры системы мониторинга и управления ССС В примере будем рассматривать только часть системы, отвечающую за мониторинг В общем виде алгоритм функционирования системы включает операции по анализу информации, поступающей со спутников через соответствующие модемы (АО и А1), операции по определению значений параметров модемов (А2), их промежуточного хранения (БД1 и БД2) и визуализации (АЗ), а также операции по управлению ССС При этом используются следующие структуры данных

Д1 -— символьные строки на языках кодирования соответствующих модемов,

Д2 — числовые значения параметров модемов,

ДЗ — числовые результаты обработки значений параметров модемов,

Д4 — графические результаты

На рис 2 показаны принципиально различные варианты структуры системы из множества вариантов, полученных при выполнении операций с алгоритмами в процессе генерации В первом варианте используется параллельная обработка информации, поступающей от модемов (на рис 2,а показана одна ;-ая ветвь обработки информации от /-ого модема)

Во втором варианте (рис 2,6) используется последовательная по всем модемам обработка информации При этом добавляется алгоритм АО определения модема-источника информации Базы данных БД1 и БД2 хранят промежуточную информацию соответственно в форматах Д1 и ДЗ

В третьем варианте (рис 2,в) сокращено число баз данных, но появляется необходимость в обратных преобразованиях из формата ДЗ в Д1 с целью анализа истории появления информации от модемов

Таким образом, за счет операций со структурами алгоритмов создаются обобщенные графовые модели структур программных комплексов и систем, а выбор лучшей реализации сводится к вычислению качественных показателей множества локальных структур и определению кратчайшего пути на обобщенных графовых моделях

а)

в)

Рис 2 Варианты структуры системы мониторинга

В третьей главе сформулированы принципы организации обобщенных взаимосвязанных моделей проектируемых объектов для всех этапов их ЖЦ, методы создания электронной документации на основе средств виртуальной реальности, а также разработаны алгоритмы и программное обеспечение инструментальных средств для создания некоторых классов ИС

В СЛЬБ-технологиях математические модели конструкций используются на всех этапах их ЖЦ и являются основой для создания обобщенной взаимосвязанной модели (ОВМ), отражающей все аспекты конструкции, которые могут потребоваться на каждом из этапов Основные проблемы, возникающие при создании ОВМ, можно рассмотреть на примере моделирования крупногабаритных динамических конструкций (КДК) Для динамических конструкций, в отличие от статических, характерно изменение их конфигурации в процессе эксплуатации, а это на этапе структурного проектирования приводит к необходимости создания параметрических геометрических моделей, что существенно усложняет процесс формирования ОВМ

5 £

М О

Структурное проектирование |

Функциональное моделирование

Ко1 ¡структорское проектирование

БД

ЗО и 2Б моделей . элеметов

СОГМ

ОГМ

ОВМ

Прочностные расчеты

Тепловые расчеты

ГШ

ФМ

Динамические расчеты

£ 2

8 О

ДМ

тм

Рис 3, Обобщенная взаимосвязанная модель

На рис 3 приведен перечень некоторых начальных этапов ЖЦ КДК и указан набор моделей, используемых на этих этапах Среди этапов выделены разработка технического задания на КДК, структурное и конструкторское проектирование, функциональное моделирование, проведение прочностных, тепловых и динамических расчетов, разработка документации для технологической подготовки производства и изготовления КДК

На этапе структурного проектирования формируется структурная объемная геометрическая модель (СОГМ), содержащая параметрическое описание геометрических размеров отдельных элементов и всей конструкции в целом, а также описание взаимосвязей между элементами, достаточных для моделирования особенностей функционирования КДК

На этапе конструкторского проектирования создается объемная геометрическая конструкторская модель (ОГМ) на основе предварительно разработанных 30 моделей отдельных элементов конструкции ОГМ отличается от СОГМ фиксированными значениями всех параметров и большей степенью детализации описаний отдельных элементов, достаточных для изготовления конструкции с заданной точностью На этом этапе формируется конструкторская документация в виде 2Э и 30 моделей, необходимых на последующих этапах ЖЦ

На этапах функционального моделирования, проведения прочностных, тепловых и динамических расчетов создаются соответственно функциональная (ФМ), прочностная (ПМ), тепловая (ТМ), динамическая (ДМ) модели

ФМ описывает алгоритмы функционирования динамических конструкций, а также при необходимости и алгоритмы функционирования датчиков, исполнительных механизмов, электрических приборов, расположенных на элементах конструкции Для создания ФМ используются

универсальные либо специализированные языки описания моделей и протекающих в них процессов.

Связь между этапами по информации на основе обобщенной взаимосвязанной модели (ОВМ) на рис. 3 показана толстыми линиями. Отсутствие направления передачи информации на линиях показывает итерационное^ процесса проектирования, т.е. возможность возврата информации с последующих этапов на предыдущие. Следует заметить, что описания ОГМ. ГШ, ТМ, ДМ и их форматы данных полностью зависят от используемых на этих этапах систем проектирования и систем проведения соответствующих расчетов. Например, на этапе функционального моделирования используются универсальные языки программирования либо специализированные типа VHDL-AMS, на этапе конструкторского проектирования — системы Компас 3D, ADEM, AutoCAD, CATiA, SolidWorks и др., на этапе прочностных и тепловых расчетов — NASTRAN, АСОНИКА, ТРиАНА-2 и т.п. Поэтому при создании ОВМ необходимо согласование различных форматов, что в настоящее время решается путем создания преобразователей форматов, а также использованием стандартных форматов, например, ЮГ, PDF, IGES, STEP.

Таким образом, ОВМ конструкции для всех этапов ее жизненного цикла представляет собой набор математических моделей, непосредственно связанных унифицированными структурами данных для передачи информации между моделями.

Система

Консолей

<OESl

Т]тсовая система Жесткости (STS)

Отряжающая поверхность fRSM)

Спловое кояьвд (RIA)

| функциональная модель Н объемная геометрическая модель

Система ЛН1КСГКОВ

Р«

RAR1 Щ~Ц

Рис. 4. Структура ОВМ БКР

Так. например, на рнс. 4 показана структура ОВМ БКР, содержащая функциональную и объемную геометрическую (виртуальную) модели основных узлов механизма развертывания БКР. Модели ФМ и ОГМ показаны

на рисунке отдельными слоями для каждого узла БКР Основные параметры Р, на входах и выходах функциональных моделей узлов указаны на связях между узлами

На основе виртуальных моделей конструкций формируются новые способы документирования описание последовательностей технологических операций монтажа, сборки конструкций, поиска неисправностей, отображение состояний реальной конструкции, исполнительных механизмов, показаний датчиков в реальном времени и т п Отличительная особенность и новизна предложенных способов документирования состоит в том, что первичным в них является электронная 30 модель конструкций, а чертежная документация на конструкцию, построенная в виде проекций, — вторичным Эта особенность показана на разработанных в диссертационной работе виртуальных моделях

Разработаны алгоритмы и программное обеспечение инструментальных средств для создания ИС, включающих

- математические модели динамических объектов (гибких нитей и тканей, архимедовых спиралей) и занимаемого ими пространства,

- определение зоны видимости оператором ЗЭ модели,

- пользовательский интерфейс, содержащий операции выделения, перемещения, вращения и масштабирования 30 моделей, в том числе с помощью пространственно-векторной мыши,

- интерпретаторы языков взаимодействия технических средств с ИС,

- мониторинг состояния технических средств

Программное обеспечение оформлено в виде пакета прикладных программ

Одним из базовых алгоритмов моделирования динамических объектов является алгоритм моделирования гибкой нити длиной /, которая закреплена в двух точках Л и В и провисает под действием собственного веса Сначала рассмотрим двумерный случай, когда нить расположена в плоскости Оху Будем считать, что Л^(хА,уА), В=(хв,ув) причем Хв>хА, а также что сила тяжести действует в отрицательном направлении оси у Известно, что гибкая нить принимает форму цепной линии, расчеты которой требуют значительных вычислений Однако если предположить, что вес нити равномерно распределен не по ее длине (как это должно быть в действительности), а по длине ее проекции на ось л, то расчеты можно значительно упростить В этом случае кривая провисания нити представляет собой квадратную параболу

у{х)=а{х-с1)г +е (6)

Для нахождения коэффициентов а, й и е подставим координаты точек А и В в уравнение параболы (6) и получим следующую систему уравнений

Ул=а{хл~<*У + е (?)

Ув~Ул = а(хв - хл Ххл + хл- 2й0

Кроме того, воспользуемся формулой для длины дуги параболы на отрезке [хА, хв] и получим уравнение относительно с!

О,

где

(8)

F{d)=F(a,d)= a(x-d\l(x-dJ+-L+±\n

4 а 4 а

(x-d)+J(x-d):

4аг

Параметр d определяет смещение вершины параболы вдоль оси х относительно центра координат, поэтому для него можно записать следующие граничные значения

xA<d<xB

Очевидно, на указанном интервале функция F(d) -1 непрерывна и имеет единственный нуль Следовательно, для решения уравнения (8) можно воспользоваться численным методом бисекций Вычислив таким образом параметр d с заданной точностью s, можно с помощью первого уравнения системы (7) найти и остальные параметры а не

Введем на отрезке \xa,xr\ равномерную сетку п'1,={х/^хА>jh, j=0, ,п, Ii=(хв-хл)/п)} и вычислим в ее узлах координаты v, точек параболы Из этих точек и строится конечно-элементная модель гибкой нити

Случай, когда точки крепления нити А и В заданы в пространстве, сводится к уже рассмотренной задаче на плоскости Будем считать, что сила тяжести действует в отрицательном направлении оси ; Очевидно, что точки А и В можно повернуть вокруг оси О: на такой угол <р (по часовой стрелке), что отрезок АВ станет параллелен плоскости Oyz Угол поворота находится по следующей формуле

(р = arctg

л---arccos

2

■ХвХА-УвУл

ЛХа + У2А14+У1)

(9)

Предложенный алгоритм моделирования гибких нитей может использоваться также для моделирования сложных динамических поверхностей, в частности, с использованием этого метода были описаны не только модели тросов БКР, но и модель сетеполотна (ткани), ортогональные сечения которого представлялись параболами (рис 5)

Рис. 5. Модель сетеполотна

Следующим базовым алгоритмом моделирования динамических объектов является алгоритм расчета зоны видимости оператора по его положению в пространстве. Зона видимости определяется конкретной прикладной областью, например, для проектирования пультов управления зона видимости I при повороте глаз оператора определяется в ГОСТ 23000-78 как пересечение 30 модели и четырехугольной пирамиды С, вершина которой лежит у глаз оператора, вектор высоты совпадает с вектором нормальной линии взора оператора, а угол между противоположными гранями равен 30°. Для расчета зоны видимости Ь каждая поверхность 30 модели разбивается на треугольные конечные элементы 7] площадью не более 5, где 5 — это некоторая константа {рис. 6). Далее внутри каждого Т, по определенному правилу берется точка Р, и проверяется ее принадлежность пирамиде С. Считается, что если Р,еС, то Т,еС и, следовательно, Т,е1. В противном случае, если Р,еС, то % еС и, следовательно, Т,еЬ. Очевидно, что точность построения зоны видимости зависит от константы & Предложенный алгоритм можно использовать для расчета зоны видимости оператора не только при повороте глаз, но и при повороте головы и т.п., для чего необходимо соответствующим образом задать пирамиду С,

Рис. 6. Зона видимости оператора

В большинстве ИС используется похожий набор средств пользовательского интерфейса, в частности средства настройки и управления объемными геометрическими моделями и средства отображения графиков Для операций управления объемными геометрическими моделями (выделение, перемещение, вращение, масштабирование) в большинстве существующих ИС применяется двумерная мышь, что вызывает известные неудобства, и к тому же требует дополнительных преобразований двумерных координат мыши в пространственную систему координат ОГМ Благодаря развитию технических средств стало возможным создать пространственно-векторную мышь (ЗО мышь), преимущества которой очевидны интуитивность управления, отсутствие упомянутого механизма преобразования В работе рассмотрены особенности использования 30 мыши, включая механизм передачи данных от 30 мыши в ИС и различные способы их интерпретации

В четвёртой главе на основе предложенных метода проектирования структур, метода создания обобщенных взаимосвязанных моделей и инструментальных средств разработаны алгоритмы, структуры данных, структуры программного обеспечения и само программное обеспечение следующих ИС

а) моделирования БКР и процесса его разворачивания на орбите,

б) моделирования и эргономического анализа комплекса технических средств ОДУ АЭС,

в) мониторинга и управления ССС,

г) моделирования сейсмоудароустойчивых платформ и их поведения при сейсмоударном воздействии

Моделируемая часть БКР представляет собой достаточно сложный механизм автоматического развертывания на орбите отражающей поверхности При структурном проектировании ИС моделирования БКР большое внимание уделялось возможности неоднократного уточнения и изменения конструкции моделируемого объекта (такая возможность была продиктована постановкой задачи) Для этого были разработаны структуры данных, основанные на классах языка С++, и интерактивные средства для управления визуализацией различных вариантов конструкции модели

На основе разработанной функциональной модели БКР удалось детально продемонстрировать динамику взаимодействия отдельных элементов и функционирования всего объекта, провести анализ конструкции и уточнить основные ее геометрические характеристики до момента физической реализации С помощью модели решены задачи корректности совместного функционирования устройств БКР, в частности, задача анализа возможных зацеплений тросовой системы жесткости за другие элементы конструкции

За счет разработанных функциональных моделей отдельных элементов оказалось возможным быстро модифицировать элементы конструкции Объединение геометрических и массо-инерционных характеристик в одной модели позволило уточнить временной график раскрытия БКР в космосе Для

совместного функционирования конструкции БКР и разработанной модели созданы интерфейсы взаимодействия с датчиками БКР

Комплекс технических средств ОДУ состоит из автоматизированных рабочих станций и панелей со средствами контроля, визуализации и управления Главным критерием при выборе структуры программного обеспечения ИС моделирования и эргономического анализа комплекса технических средств ОДУ АЭС была высокая скорость просмотра модели под любыми ракурсами со стороны оператора или стороннего наблюдателя, а также сокращение занимаемой оперативной памяти Объемная геометрическая модель комплекса была создана в системе Зёэ шах, а содержимое панелей моделировалось двумя способами с помощью растровых текстур и с помощью векторных файлов в формате ОХБ В зависимости от требований к точности и форме представления выходной информации система использует первый или второй способ

Система решает задачу эргономического анализа комплекса, которая заключается в определении зоны видимости оператором содержимого панелей (рис 7), вычислении необходимых эргономических характеристик и сравнении полученных результатов с эргономическими требованиями ГОСТа Для решения перечисленных подзадач используются инструментальные средства вычисления зоны видимости оператором 30 модели

Разработано программное обеспечение ИС мониторинга и управления ССС, основанных на спутниковых модемах СОМбОО, СЭ1М600Ь, СЭМ570 и СОМ570Ь, предназначенное для непрерывного контроля работоспособности ССС и немедленной сигнализации о неисправностях в случае их возникновения (с помощью графических и звуковых сигналов) Разработаны средства конфигурирования модели ССС и настройки оборудования ССС с помощью удобных диалоговых форм, алгоритм мониторинга и хранения заданных параметров модемов ССС, средства просмотра значений этих параметров в виде временных таблиц и графиков На основе сохраняемого архива оператор может определить причину возникшей неисправности, в частности причину разрыва связи

На основе созданных инструментальных и интерактивных средств взаимодействия пользователей с ИС разработана система моделирования конструкции тросово-пружинных платформ, предназначенных для защиты радиоэлектронных средств от воздействий сейсмических ударов и колебаний (рис 8) Система способна воспроизводить заданную модель поведения несущей плиты платформы при сейсмоударном воздействии стандартной формы, наглядно демонстрируя протекающий процесс со всевозможных ракурсов

Таким образом, на основе разработанных методов проектирования структур, метода создания обобщенных взаимосвязанных моделей и инструментальных средств создано программное обеспечение отдельных ИС и исследована их эффективность

Рис. 8. Сейсмоудароустойчивая платформа и график ускорения сейсмоударного воздействия

Рис. 7. Подсветка зоны видимости

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе разработаны методы автоматизированного проектирования структур программного обеспечения ИС, обобщенные математические модели и методы документирования проектируемых объектов, структуры данных и инструментальные средства для построения ИС Получены следующие основные теоретические и практические результаты

1 Определен класс интерактивных систем и проведен анализ методов проектирования таких систем Показано, что современные методы проектирования не учитывают особенности структур данных и способов их представления, отсутствуют автоматизированные методы синтеза структур ИС и инструментальные средства для их создания

2 Разработан метод проектирования структур программного обеспечения ИС, включающий операции с алгоритмами функционирования, создание обобщенной графовой модели ИС для различных конфигураций алгоритмов и формальный выбор лучшей структуры по заданным критериям На основе разработанного метода получены возможные варианты построения структур программного обеспечения проектируемых ИС

3 Разработаны принципы организации обобщенных взаимосвязанных моделей проектируемых объектов для всех этапов их жизненного цикла Показано, что такие модели могут являться основой создания интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР)

4 Разработаны алгоритмы и программное обеспечение инструментальных средств для построения некоторых классов ИС

5 На основе разработанных методов проектирования структур ИС, принципов организации обобщенных взаимосвязанных моделей и инструментальных средств отработаны алгоритмы функционирования, получены варианты структурной организации и создано программное обеспечение следующих систем

- моделирования Большого космического рефлектора в рамках проекта Европейского космического агентства,

- моделирования и эргономического анализа комплекса технических средств оперативно-диспетчерского управления АЭС,

- мониторинга и управления спутниковыми сетями связи,

- моделирования сейсмоудароустойчивых платформ

Созданные системы и инструментальные средства внедрены в производственные и учебные процессы, получены акты о внедрении

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Зверков В В , Петухов В В , Артамонов Е И , Разумовский А И , Ромакин В А Особенности использования средств виртуальной реальности при моделировании эргономических характеристик пультов безопасности АЭС // Тез докл 3-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» —- М ИПУ РАН, 2003 —С 78-79 — ISBN 5-201-14954-5

2 Ефремов И С , Чернявский А Г , Федосеев А И , Артамонов Е И , Разумовский А И, Ромакин В А Использование средств виртуальной

реальности при моделировании конструкции Большого Космического Рефлектора // Тез докл 3-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — M ИПУ РАН, 2003 —С 79-80 — ISBN 5-201-14954-5

3 Зверков В В , Петухов В В , Артамонов Е И , Разумовский А И , Ромакин В А Особенности использования средств виртуальной реальности при моделировании эргономических характеристик пультов безопасности АЭС // Тез докл второй междунар конф по проблемам управления — M ИПУ РАН,

2003 — Т 2 —С 173 — ISBN 5-201-14957-Х

4 Ромакин В А, Тенякшев A M Использование средств виртуальной реальности при моделировании динамических конструкций // Материалы 31-й междунар конф «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT+Se'2004» — Успехи современного естествознания —2004 №5 — Прил №1 —С 111-112 — ISSN 1681-7494

5 Артамонов Е И , Тенякшев A M , Ромакин В А Система управления спутниковой сетью связи // Тез докл 4-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — M ИПУ РАН, 2004 —С 14 — ISBN 5-201-14977-4

6 Артамонов Е И , Петухов В В , Ромакин В А Структура системы моделирования и эргономического анализа комплекса технических средств оперативно-диспетчерского управления // Тез докл 4-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — M ИПУ РАН, 2004 — С 15-16

— ISBN 5-201-14977-4

7 Артамонов Е И , Ромакин В А , Чернявский А Г Использование средств виртуальной реальности при моделировании динамических конструкций // Тез докл 4-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — M ИПУ РАН,

2004 —С 33-34 — ISBN 5-201-14977-4

8 Артамонов Е И, Сизова Л H, Ромакин В А Выпуск схемной документации с использованием системы Графика-01-T // Тез докл 4-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — M ИПУ РАН, 2004

— С 67-68 —ISBN5-201-14977-4

9 Артамонов Е И, Ромакин В А, Сизова Л H Выпуск схемной документации с использованием системы Графика-01-T Метод пособие — M МТУСИ, 2004 —24 с

10 Артамонов Е И , Разумовский А И , Сизова J1 H , Ромакин В А Учебная система проектирования схемной документации // Тез докл 5-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — M ИПУ РАН, 2005 — С 89

— ISBN 5-201-14982-0

11 Артамонов Е И , Ромакин В А , Тенякшев A M , Филатов H И Современные проблемы разработки и внедрения интерактивных систем // Материалы 32-й междунар конф «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT+S&E'05» — Открытое образование — 2005 — Прил — Запорожье Запорожский национальный университет, 2005 —С 37-38

12 Артамонов Е И , Болонкин А В , Ромакин В А , Тенякшев A M Геометрическое моделирование на OpenGL Метод пособие — M МТУСИ

2005 — 34 с

13 Артамонов ЕИ, Тенякшев AM, Сизова Л Н, Ромакин В А Автоматизированное проектирование и выпуск схемной документации на аппаратуру средств связи Метод пособие — М М1УСИ, 2006 — 25 с

14 Чернявский А Г, Артамонов ЕИ, Разумовский АИ, Ромакин В А Моделирование крупногабаритных динамических конструкций // Тез докл третьей междунар конф по проблемам управления — М ИПУ РАН, 2006

— Т 2 — С 174 — ISBN 5-201-14987-1

15 Чернявский А Г, Артамонов ЕИ, Разумовский А И, Ромакин В А Моделирование крупногабаритных динамических конструкций // Пленарные докл и избранные тр третьей междунар конф по проблемам управления

— М ИПУ РАН, 2006 — С 867-873 — ISBN 5-201-14989-8

16 Артамонов Е И , Тенякшев А М , Ромакин В А Система контроля и управления спутниковой сетью связи // Тез 6-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — М ИПУ РАН, 2006 —С 101 — ISBN 5-201-14995-2

17 Касаткин С И , Поляков П А , Русаков А Е , Артамонов Е И , Ромакин В А Пространственно-векторная мышь в интерактивных системах // Тез 6-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — М ИПУ РАН, 2006

— С 108 —ISBN 5-201-14995-2

18 Артамонов ЕИ, Чернявский А Г, Ромакин В А Обобщенная модель большого космического рефлектора // Тез 6-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — М ИПУ РАН, 2006 — С 114 — ISBN 5-201-14995-2

19 Артамонов ЕИ, Ромакин В А Средства виртуальной реальности — новые возможности в проектировании // Материалы 6-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — М ИПУ РАН, 2006 — С 144-146

— ISBN 5-201-14995-2

20 Касаткин С И , Поляков П А , Русаков А Е , Ромакин В А Пространственно-векторная мышь в интерактивных системах // Материалы 6-й междунар конф и выставки «CAD/CAM/PDM» — М ИПУ РАН, 2006

— С 160-164 —ISBN 5-201-14995-2

21 Артамонов ЕИ, Ромакин В А Использование средств виртуальной реальности при проектировании и эксплуатации промышленных производств // Автоматизация в промышленности — 2007 № 4 — С 14-16

— ISSN 1819-5962

Личный вклад автора в совместные работы.

В работах [1,2,3,4,7,12,17,20] автором разработаны алгоритмы и программное обеспечение инструментальных средств для создания ИС В работах [5,6,8,9,10,11,13,16] автором предложен метод проектирования структур программного обеспечения ИС, а также сделан формальный выбор лучшей структуры для разрабатываемых ИС В работах [14,15,18] автором созданы обобщенные взаимосвязанные, функциональные и объемные геометрические модели крупногабаритных конструкций и технических средств В работах [19,21] автором сформулированы принципы создания технических руководств на основе обобщенных моделей объектов

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25 09 2000 г Подписано в печать 04 05 07 Тираж 100 экз Уел пл 1,43 Печать авторефератов (095) 730-47-74,778-45-60

Введение.

Глава 1. Обзор методов структурного анализа и проектирования ИС.

1.1. Классификация ИС

1.2. Обзор методов структурного анализа и проектирования.

1.3. Выводы по главе

Глава 2. Метод проектирования структур ИС.

2.1. Локальные алгоритмы

2.2. Обобщенная графовая модель структуры ИС.

2.3. Основные правила проектирования структур ИС

2.4. Примеры выбора лучшей структуры ИС.

2.5. Выводы по главе

Глава 3. Принципы организации обобщенных взаимосвязанных моделей и инструментальные средства проектирования ИС.

3.1. Принципы организации обобщенных взаимосвязанных моделей проектируемых объектов

3.1.1. Понятие и состав обобщенных взаимосвязанных моделей.

3.1.2. Методы документирования на основе ОВМ.

3.2. Инструментальные средства для создания ИС.

3.2.1. Алгоритм моделирования гибких нитей

3.2.2. Алгоритм моделирования архимедовой спирали.

3.2.3. Алгоритм построения зоны видимости наблюдателя.

3.2.4. Алгоритмы управления объемными геометрическими моделями с помощью пространственно-векторной мыши.

3.2.5. Алгоритм мониторинга состояния технических средств

3.3. Выводы по главе

Глава 4. Использование разработанных методов и инструментальных средств для создания программного обеспечения ИС

4.1. Проектирование алгоритмов и программного обеспечения для моделирования БКР.

4.2. Проектирование алгоритмов и программного обеспечения для моделирования и эргономического анализа комплекса технических средств ОДУ АЭС.

4.3. Проектировшше алгоритмов и программного обеспечения для мониторинга и управления ССС.

4.4. Проектировшше алгоритмов и программного обеспечения для моделирования тросово-иружинных амортизационных платформ.

4.5. Выводы по главе 4.

Актуальность темы

К настоящему времени сложился новый класс программных и технических средств — интерактивные системы (ИС), которые позволяют в реальном времени получать информацию от датчиков технологических процессов и оператора, управлять процессом решения прикладной задачи, представлять полученные результаты оператору или управлять исполнительными механизмами и станками с ЧПУ [6]. Интерактивные системы производят операции над графическими данными по созданию геометрических моделей, расчету процессов визуализации моделей объектов и соответствующих параметров [30]. Примерами такого рода систем являются системы автоматизированного проектирования, автоматизированные системы управления технологическими процессами, SCADA-системы, системы мониторинга и т.п. Для их проектирования становятся актуальными проблемы исследования принципов структурной организации, разработки методов синтеза их структур, используемых структур данных, способов согласования с внешними устройствами, разработки инструментальных средств для создания таких систем, включая средства графического взаимодействия пользователей с системами.

Большой вклад в разработку методов синтеза программно реализованных систем внесли работы Артамонова Е.И. [51,53,54,55], Кульбы В.В. [50,52], Косяченко С.А. [52], Микрина Е.А., Цвиркуна А.Д. [10,50] и др.

Однако проблемам проектирования ИС, использующих виртуальные, сложно структурированные геометрические модели объектов уделяется еще недостаточное внимание, что иногда приводит к большим затратам на их реализацию и снижает их эффективность. Для создания таких систем привлекаются большие людские ресурсы, увеличивается время разработки и, как следствие, стоимость, снижается их качество.

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы является разработка методов проектирования структур программного обеспечения ИС, обобщенных математических моделей проектируемых объектов для всех этапов их жизненного цикла (ЖЦ) и методов создания электронной документации на основе программных средств виртуальной реальности. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- исследование принципов построения ИС, алгоритмов функционирования, структур алгоритмов, используемых математических моделей и их структур данных;

- разработка метода проектирования структур программного обеспечения ИС, генерация и выбор вариантов структур программного обеспечения проектируемых ИС;

- разработка обобщенных математических моделей (включая функциональные и геометрические) проектируемых объектов для всех этапов их ЖЦ и методов создания электронной документации;

- разработка инструментальных средств для построения ИС, включая интерактивные средства взаимодействия пользователей с ИС;

- создание и исследование эффективности программного обеспечения отдельных ИС на основе разработанных методов проектирования структур и математических моделей объектов.

Методы исследований основаны на использовании алгоритмов компьютерной графики, методов и средств автоматизированного проектирования, теории множеств, теории графов, линейной алгебры, аналитической и начертательной геометрии, а также математического анализа.

Научная новизна работы заключается в разработке методов проектирования структур программного обеспечения ИС, включая специально разработанные методы синтеза структур программного обеспечения и структур данных, принципы построения функциональных и геометрических моделей проектируемых объектов и методы их документирования на всех этапах ЖЦ, а также в разработке принципов построения инструментальных средств для проектирования таких систем.

Практическая ценность работы

Представленные в диссертации результаты использованы в ряде проектов и позволяют научно обоснованно решать важные задачи, возникающие при создании специализированных ИС, а именно: исследование алгоритмов функционирования и выбор структур программной реализации систем, разработка интерактивных средств взаимодействия пользователя с ИС и инструментальных средств автоматизированного проектирования ИС, создание обобщенных математических моделей проектируемых объектов и интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР) на их основе.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается корректностью постановок задач, выбором алгоритмов функционирования с использованием методов математического моделирования, получением структур систем по заранее заданным критериям, а также результатами практического использования предложенных в диссертации методов, моделей и средств.

Реализация и внедрение результатов работы

Полученные в диссертации результаты и программное обеспечение внедрены в РКК «Энергия» при моделировании Большого космического рефлектора (БКР), в ФГУП «Атомэнегропроект» для эргономического анализа комплекса технических средств оперативно-диспетчерского управления (ОДУ) АЭС, в ЗАО «АмРуссТел» при создании систем мониторинга и управления спутниковыми сетями связи (ССС) в Казахстане и Республике Саха (Якутия), в ФГУП «НИИ АА» для моделирования тросово-пружинных амортизационных платформ. Акты внедрения и использования научных результатов приведены в приложении 4.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих форумах:

- на 3, 4, 5 и 6-й международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. CAD/CAM/PDM», г. Москва, ИЛУ РАН, в 2003, 2004, 2005 и 2006 году соответственно;

- на 2 и 3-й международной конференции по проблемам управления, г. Москва, ИЛУ РАН, в 2003 и 2006 году соответственно;

- на 31 и 32-й международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT+S&E*04/05», г. Гурзуф, в 2004 и 2005 году соответственно.

Публикации

По результатам исследований опубликовано 21 печатная работа, в том числе 3 методических пособия, статьи: «Использование средств виртуальной реальности при моделировании динамических конструкций» в приложении №1 к журналу «Успехи современного естествознания», №5 за 2004 г., «Современные проблемы разработки и внедрения интерактивных систем» в приложении к журналу «Открытое образование» за 2005 г., «Использование средств виртуальной реальности при проектировании и эксплуатации промышленных производств» в журнале «Автоматизация в промышленности», №4 за 2007 г, доклады: «Моделирование крупногабаритных динамических конструкций» на 3-й международной конференции по проблемам управления в 2006 г, «Пространственно-векторная мышь в интерактивных системах» и «Средства виртуальной реальности — новые возможности при проектировании» на 6-й международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. CAD/CAM/PDM» в 2006 г.

В соответствии с вышеизложенным, диссертация построена следующим образом.

В первой главе проведены анализ структурной организации и классификация интерактивных систем (ИС), анализ методов проектирования структур программного обеспечения ИС. Проведен обзор существующих методов структурного анализа и проектирования ИС, показавший необходимость их совершенствования, в том числе необходимость формализации процесса выбора их структуры, формализации операций со структурами алгоритмов, разработки инструментальных средств и систематизации реализаций типовых алгоритмов, стандартизации и согласования структур данных для обмена информацией внутри систем и с внешней средой.

Во второй главе предложен формализованный метод структурного проектирования ИС, основанный на предварительных операциях со структурами алгоритмов и последующем выборе оптимального по заданным критериям покрытия полученных структур алгоритмов соответствующими программными реализациями. Отличительными особенностями предложенного метода являются детальный учет используемых структур данных и структур обобщенных моделей проектируемых объектов применительно к программно реализованным системам, использующим средства виртуальной реальности, а также исследование и модификация операций со структурами данных.

Показана необходимость разработки инструментальных средств для решения типовых задач и накопления базы их реализаций в рассматриваемой области.

В третьей главе разработаны принципы организации обобщенных математических моделей проектируемых объектов, методы создания документации на их основе, а также алгоритмы и программное обеспечение инструментальных средств для построения некоторых классов ИС. 8

В четвертой главе разработаны алгоритмы функционирования, модели проектируемых объектов, структуры данных, структуры программного обеспечения и само программное обеспечение ИС: а) моделирования Большого космического рефлектора и процесса его разворачивания на орбите; б) моделирования и эргономического анализа комплекса технических средств оперативно-диспетчерского управления АЭС; в) мониторинга и управления спутниковыми сетями связи; г) моделирования тросово-пружинных амортизационных платформ и их поведения при сейсмоударных воздействиях.

В заключении приведены общие выводы по диссертационной работе.

Приложение содержит акты и справки, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 128 страниц, список литературы включает 63 наименования.

4.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. Разработаны алгоритмы функционирования, структуры программного обеспечения и структуры данных, математические модели проектируемых объектов и инструментальные средства для проектирования некоторых классов ИС, в частности:

- ИС моделирования БКР и процесса его разворачивания на орбите;

- ИС моделирования и эргономического анализа комплекса технических средств ОДУ АЭС;

- ИС мониторинга и управления ССС;

- ИС моделирования тросово-пружинных амортизационных платформ и их поведения при сейсмоударном воздействии.

2. На основе предложенного метода проектирования структур определено множество реализаций структур разрабатываемых ИС, выбраны структуры данных и структуры ИС.

3. На основе разработанных инструментальных средств создано программное обеспечение ИС и исследована его эффективность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе разработаны методы автоматизированного проектирования структур программного обеспечения ИС, обобщенные математические модели и методы документирования проектируемых объектов, структуры данных и инструментальные средства для построения ИС. Получены следующие основные теоретические и практические результаты:

1. Определен класс интерактивных систем и проведён анализ методов проектирования таких систем. Показано, что современные методы проектирования не учитывают особенности структур данных и способов их представления, отсутствуют автоматизированные методы синтеза структур ИС и инструментальные средства для их создания.

2. Разработан метод проектирования структур программного обеспечения ИС, включающий операции с алгоритмами функционирования, создание обобщенной графовой модели ИС для различных конфигураций алгоритмов и формальный выбор лучшей структуры по заданным критериям. На основе разработанного метода получены возможные варианты построения структур программного обеспечения проектируемых ИС.

3. Разработаны принципы организации обобщенных взаимосвязанных моделей проектируемых объектов для всех этапов их жизненного цикла. Показано, что такие модели могут являться основой создания интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР).

4. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение инструментальных средств для построения некоторых классов ИС.

5. На основе разработанных методов проектирования структур ИС, принципов организации обобщенных взаимосвязанных моделей и инструментальных средств отработаны алгоритмы функционирования, получены варианты структурной организации и создано программное обеспечение следующих систем:

- моделирования Большого космического рефлектора в рамках проекта Европейского космического агентства;

- моделирования и эргономического анализа комплекса технических средств оперативно-диспетчерского управления АЭС;

- мониторинга и управления спутниковыми сетями связи;

- моделирования тросово-пружинных амортизационных платформ.

Созданные системы и инструментальные средства внедрены в производственные и учебные процессы, получены акты о внедрении.

1. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем Электронный ресурс.. — 1.terface Ltd, 2000. — Режим доступа: http://www.interface.ru/LQGWQRKS/caset/glaval/case.htm

2. Калянов Г.Н. CASE. Структурный системный анализ (автоматизация и применение). — М.: Лори, 1996.

3. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. — М.: МетаТехнология, 1993.

4. Красильникова М.В. Проектирование информационных систем: Учебное пособие. — М.: МИСиС, 2004. — 106 с.

5. Левин А.И., Судов Е.В. CALS сопровождение жизненного цикла. — Открытые системы, 2001. — С. 58-62.

6. Артамонов Е.И. Особенности проектирования интерактивных систем // Тез. докл. 4-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2004. —С. 6-7.

7. Учебная энциклопедия гиперболических функций Электронный ресурс. / Алейников С.М., Уксусов С.Н. — Воронеж: ВГАСУ, 2002. — Режим доступа: http://www.exponenta.ru/educat/class/test/hyperb/index.asp

8. Сопротивление материалов Электронный ресурс.: лекции / Шапин В.И.— Режим доступа: http://www.toehelp.ru/theory/soprornat/

9. Скворцов А.В. Триангуляция Делоне и ее применение. — Томск: Изд-во Томского университета, 2002. С. 121-123.

10. Ю.Цвиркун А.Д. Основы синтеза структуры сложных систем. М.: Наука, 1982.

11. И.ГОСТ 23000-78. Пульты управления. Общие эргономические требования. — М.: Изд-во стандартов, 1978. — 10 с.

12. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. — М.: ДМК, 2000.

13. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. — 2-е изд. — М.: Издательство Бином, СПб.: Невский диалект, 1999.

14. М.Черемных С.В., Семенов И.О., Ручкин B.C. Структурный анализ систем: IDEF-технологии. — М.: Финансы и статистика, 2001.

15. Вендров A.M. Современные технологии создания программного обеспечения. Обзор Электронный ресурс. — Jet Info Online. — 2004. № 4. Режим доступа: http://www.ietinfo.rU/2004/4/l/articlel.4.2004.html

16. Колчин А.Ф., Овсянников М.В., Стрекалов А.Ф., Сумароков С.В. Управление жизненным циклом продукции. — М.: Анахарсис, 2002.

17. Эйнджел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL. — 2 изд. — М.: Вильяме, 2001.

18. Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Полигональные модели.1. М.: Диалог-МИФИ, 2000.

19. М.: ИПУ РАН, 2003. — С. 79-80. — ISBN 5-201-14954-5.

20. Зверков В.В., Петухов В.В., Артамонов Е.И., Разумовский А.И., Ромакин В.А. Особенности использования средств виртуальной реальности при моделировании эргономических характеристик пультов безопасности АЭС //

21. Тез. докл. второй междунар. конф. по проблемам управления. — М.: ИПУ РАН, 2003. — Т. 2. — С. 173. — ISBN 5-201-14957-Х.

22. Артамонов Е.И., Тенякшев A.M., Ромакин В.А. Система управления спутниковой сетью связи // Тез. докл. 4-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2004. — С. 14. — ISBN 5-201-14977-4.

23. Артамонов Е.И., Ромакин В.А., Чернявский А.Г. Использование средств виртуальной реальности при моделировании динамических конструкций // Тез. докл. 4-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2004. — С. 33-34. — ISBN 5-201-14977-4.

24. Артамонов Е.И., Сизова Л.Н., Ромакин В.А. Выпуск схемной документации с использованием системы Графика-01-Т // Тез. докл. 4-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2004.

25. С. 67-68. — ISBN 5-201-14977-4.

26. Артамонов Е.И., Сизова JI.H., Ромакин В.А. Выпуск схемной документации с использованием системы Графика-01-Т: Метод, пособие. — М.: МТУ СИ, 2004.— 15 с.

27. Артамонов Е.И., Разумовский А.И., Сизова JI.H., Ромакин В.А. Учебная система проектирования схемной документации // Тез. докл. 5-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2005. — С. 89.1.BN 5-201-14982-0.

28. Запорожье: Запорожский национальный университет, 2005. С. 37-38.

29. Артамонов Е.И., Болонкин А.В., Ромакин В.А., Тенякшев A.M. Геометрическое моделирование на OpenGL: Метод, пособие. — М.: МТУСИ, 2005. — 34 с.

30. Артамонов Е.И., Тенякшев A.M., Сизова JI.H., Ромакин В.А. Автоматизированное проектирование и выпуск схемной документации на аппаратуру средств связи: Метод, пособие. — М.: МТУСИ, 2006. — 25 с.

31. ЗЗ.Чернявский А.Г., Артамонов Е.И., Разумовский А.И., Ромакин В.А. Моделирование крупногабаритных динамических конструкций // Тез. докл. третьей междунар. конф. по проблемам управления. — М.: ИЛУ РАН, 2006.

32. Т. 2. — С. 174. — ISBN 5-201-14987-1.

33. Чернявский А.Г;, Артамонов Е.И., Разумовский А.И., Ромакин В.А. Моделирование крупногабаритных динамических конструкций // Пленарные докл. и избранные тр. третьей междунар. конф. по проблемам управления.

34. М.: ИПУ РАН, 2006. — С. 867-873. — ISBN 5-201-14989-8.

35. Артамонов Е.И., Тенякшев A.M., Ромакин В.А. Система контроля и управления спутниковой сетью связи // Тез. 6-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2006. — С. 101. ISBN 5-201-14995-2.

36. Касаткин С.И., Поляков П.А., Русаков А.Е., Артамонов Е.И., Ромакин В.А. Пространственно-векторная мышь в интерактивных системах // Тез. 6-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2006.

37. С. 108. — ISBN 5-201-14995-2.

38. Артамонов Е.И., Чернявский А.Г., Ромакин В.А. Обобщенная модель большого космического рефлектора // Тез. 6-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2006. — С. 114. ISBN 5-201-14995-2.

39. Артамонов Е.И., Ромакин В.А. Средства виртуальной реальности — новые возможности в проектировании // Материалы 6-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2006. — С. 144-146.1.BN 5-201-14995-2.

40. Касаткин С.И., Поляков П.А., Русаков А.Е., Ромакин В.А. Пространственно-векторная мышь в интерактивных системах // Материалы 6-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2006.

41. С. 160-164. —ISBN 5-201-14995-2.

42. Артамонов Е.И., Ромакин В.А. Использование средств виртуальной реальности при проектировании и эксплуатации промышленных производств // Автоматизация в промышленности. — 2007. № 4. — С. 14-16.1.SN 1819-5962.

43. IDEF. Integrated DEFinition Methods: Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.idef.com

44. Chen P.P. The Entity-Relationship Model: Toward a Unified View of Data. —

45. ACM Trans. Data Base Systems, 1976. 43.OpenGL Programming Guide. The Official Guide to Learning OpenGL, Version 1.1: Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.glprogramming.com/red/

46. Тарасов И. OpenGL: Электронный ресурс. — 1999. Режим доступа: http://oDengl.org.ru/books/open gl/

47. The OpenGL Graphics System: A Specification (Version 1.2.1). — Silicon Graphics, Inc., 1999.

48. Kilgard Mark J. The OpenGL Utility Toolkit (GLUT) Programming Interface. API Version 3. — Silicon Graphics, Inc., 1996.

49. Самарский А.А., Гулин A.B. Численные методы: Учебное пособие для ВУЗов. — М.: Наука, 1989.

50. Батраков Ю.Ю., Гольдин В.В., Гримайло И.С., Правильщиков П.А. Применение математических формализмов в технической диагностике вмеханике // Материалы 6-й междунар. конф. и выставки «CAD/CAM/PDM». — М.: ИПУ РАН, 2006. — С. 132-134. — ISBN 5-201-14995-2.

51. Димитров В.И. CALS, как основа проектирования виртуальных предприятий. — М.: Автоматизация проектирования, 1997. № 5.

52. Мамиконов А.Г., Цвиркун А.Д., Кульба В.В. Автоматизация проектирования АСУ. — М.: Энергоиздат, 1981.

53. Артамонов Е.И., Хачумов В.М. Синтез структур специализированных средств машинной графики. М.: ИПУ Академии наук СССР, 1991. - 145 с.

54. Кузнецов Н.А., Кульба В.В., Ковалевский С.С., Косяченко С.А. Методы анализа и синтеза модульных информационно-управляющих систем. — М.: Физ-мат. лит., 2002.

55. Artamonov E.I. Automation of digital device structure design. B-215, ACTA IMEKO, 1973, —p. 561-570.

56. Артамонов Е.И., Макаров В. Анализ и синтез архитектуры сложных программных систем. // Приборы и системы, 2000. № 7. — С. 22-29.

57. Владимир Репин. Сравнительный анализ нотаций ARIS еЕРС / IDEF0, IDEF3 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.idefinfo.ru/content/view/43/25/

58. Норенков И.П. CALS-стандарты. // Информационные технологии: Науч.-техн. журн. — 2002. № 2. — С. 47-51.

59. Analog and Mixed-Signal Modeling Using the VHDL-AMS Language. — New Orleans, 1999.

60. Исследование тепловых характеристик РЭС методами математического моделирование: Монография / В.В. Гольдин, В.Г. Журавский, В.И. Коваленок и др.; Под ред. А.В. Сарафанова. М.: Радио и связь, 2003. - 456 с.110