Метод проектирования бортовых телекоммуникационных систем

Актуальность темы

исследования. Одной из существенных особенностей современного этапа научно-технического прогресса является стремительное развитие телекоммуникационных систем (ТКС) [9, 10, 39, 40, 41, 92]. ТКС представляет собой сложную, территориально распределенную техническую систему, функционально связанную совокупность программно-аппаратных средств обработки и обмена информацией и состоящую из информационных узлов (подсистем обработки информации) и физических каналов передачи информации, их соединяющих.

Большинство современных ТКС являются мультисервисными и гетерогенными системами, разработка которых требует постоянного осмысления тенденций их развития, направлений совершенствования технологий их построения.

Одной из основных проблем, стоящей перед разработчиками ТКС, является скорость их развития [45, 51, 63, 81, 96−102]. С 1991 г. телекоммуникации России и Мира существенно изменились. Конец XX — начало XXI веков характеризуются резким (близким к экспоненциальному) росту в основных направлениях телекоммуникации. К этим направлениям относятся:

• Телефонизация обеспечивает население, органы государственного управления страны доступом к телефонной сети общего пользования.

• Компьютеризация мирового сообщества резко возросла в связи с внедрением нового класса вычислительной техникиперсонального компьютера.

• Телекомпьютеризация — это вхождение компьютера (в первую очередь ПК) в сеть связи, т. е. то, что получило название Интернет. Соединение персональных компьютеров через сеть связи привело к созданию Всемирной сети или Всемирной паутины (World Wide Web — WWW), в которую вовлечено 964 млн. пользователей.

• Широкополосная связь. Этот термин означает расширение полосы частот, занимаемой каналом передачи информации. Широкополосность возникает как следствие необходимости резкого увеличения скорости передачи информации.

Также проблемой является проблема выбора из десятков новых сетей и информационных технологий, появляющихся на рынке, одной * или несколько из них, использование которой (которых) обеспечит большее разнообразие и прирост качества предоставляемых телекоммуникационных услуг, при минимальных (приемлемых) сроках и затратах ресурсов на их проектирование и реализацию.

Близкие по содержанию задачи стоят и перед специалистами, осуществляющими экспертизу качества технических решений, принимаемых в ходе проектирования ТКС. Процесс экспертной деятельности должен быть направлен на формирование, экспертных оценок, основанных на анализе качества проектируемой системы, характеризующих стратегические технические решения, направленных, в том числе, на снижение сроков проектирования, ее стоимости, трудоемкости и т. д. [80, 93, 94].

Проектирование бортовых ТКС (БТКС) усложняется еще тем, что в ней протекают сложные взаимосвязанные физические процессы, которые влияют на качество БТКС [33, 35].

В таких жестких временных и ресурсных ограничениях существенно возрастает роль систем автоматизированного проектирования ТКС.

Решением задач управления процессом проектирования занимаются различные российские и международные организации, например Project Management Institute и Институт Проблем Управления им. Трапезникова РАН. Был проведен обзор и сравнение функциональных возможностей профессиональных систем управления проектами, таких как Microsoft Project, Primavera Project.

Planner, Open Plan Welcom, Spider Project и ряда других систем. Следует отметить, что эти универсальные программные средства планирования и управления проектами трудны в освоении и не содержат материалов, которые помогли бы пользователю при комплексном моделировании таких сложных объектов, как БТКС. Поэтому, когда перед разработчиком встают вопросы организации и проведения комплексных работ по разработке сложных БТКС, ему приходится действовать методом проб и ошибок. Влияние на качество БТКС таких факторов как скорость передачи сигнала, помехоустойчивость сигнала, тепловыделение, электромагнитные наводки, механические и вибрационные воздействия в ходе эксплуатации приводит к увеличению количества исследований и дополнительным циклам разработки.

Сложность взаимосвязей работ в процессе проектирования систем приводит к снижению эффективности управления проектов традиционными календарными методами, а ограниченная функциональность управления документами в рамках проекта, реализованная в перечисленных системах, не дает возможности глубокого и всестороннего изучения модели проектируемого изделия.

Однако стандартизация и автоматизация процессов на всех фазах разработки БТКС ввиду сложности и комплексности проводимых работ, большого количества явных, неявных, обратных связей между работами, ограниченности ресурсов и вовлечению в работу многопроектных организаций большого количества специалистов является важной задачей.

Было также выявлено, что рассмотренные системы имеют недостаточно возможностей для обеспечения качества при проектировании крупных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок (НИОКР).

Исходя из вышеуказанным, было решено: разработать новый метод проектирования БТКС с применением синхронизированных функциональной и календарной моделей.

Цель и задачи работы. Целью проводимой работы повышение качества процесса проектирования БТКС с применением разработанной методики управления им на основе предложенной синхронизации функциональной и календарной моделей.

Из поставленной цели вытекают задачи диссертационной работы, охватывающие разработку информационного, математического, методического и программного обеспечения программного комплекса управления процессом проектирования БТКС. Данные задачи включают в себя: исследование современных требований к автоматизации управления проектами и существующих систем автоматизации управления проектами, исследование современных требований к процессу управления проектированием БТКС и возможности сетевых графиков, функциональных и календарных моделейразработка новой функциональной моделиразработка типовой функциональной модели процесса проектирования БТКС, позволяющей ускорить процесс построения новых системразработка принципов (алгоритмов) автоматизации метода управления процессом проектирования БТКС с использованием синхронизированных функциональной и календарной моделей, позволяющих повысить качество процесса проектированиятестирование и апробация моделей и их синхронизация.

Таким образом, на защиту выносятся: структура разработанной функционально моделитиповая функциональная модель проектирования БТКСметодика автоматизированной синхронизации календарной и функциональной моделей.

Методы исследования. В диссертационной работе использовались принципы системного подхода, принципы структурного анализа, теория множеств и методы визуального и объектно-ориентированного подхода к созданию программного обеспечения.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана принципиально новая функциональная модель, позволяющая: определить, каким наилучшим образом распределить ответственность и задачу принятия решений с учётом организационной структуры предприятияприменять специальные работы по анализу и принятию решений, которые позволяют:

— эффективно расставить контрольные проверочные точки в процессе проектирования БТКС с точки зрения обеспечения и повышения его качества;

— с помощью управляющих решений обосновать внесение изменений в схему, конструкцию, технологию, а также в сам процесс проектирования и рациональное распределение проектных ресурсов.

2. Создана типовая функциональная модель проектирования БТКС, учитывающая основные требования ТЗ и других нормативных документов, включая требования системы менеджмента качества и программ обеспечения надежности. Типовую функциональную модель разработчик использует в качестве шаблона, что существенно сокращает сроки проектирования новых систем и показывает пути повышения качества;

3. Разработан метод автоматизации синхронизации функциональной и календарной моделей процесса проектирования БТКС, что обеспечивает целостность проекта и не допускает случайности ошибок несогласования этих двух моделей.

4. Разработан и программно реализован метод управления процессом проектирования БТКС, позволяющий повысить его качество.

Практическая полезность и внедрение. Практическая значимость разработанного метода проектирования БТКС состоит в повышении показателей его качества, таких как помехоустойчивость и скорость передачи сигнала, надежность (среднее время наработки на отказ и вероятность безотказной работы) — и качества всего процесса проектирования (понижение сроков проектирования, трудоемкости, стоимости, затрат ресурсов).

Разработанная типовая функциональная модель проектирования БТКС позволяет разработчикам использовать в качестве шаблона при проектировании новых систем. В ней учтены существующие требования по проектирования БТКС и требования СМК и ПОНов. В эту модель разработчик может добавлять дополнительные работы или же удалять, но, в целом, использование типовой ФМ проектирования БТКС значительно сокращает время ее разработки и повышает ее качество.

Разработанная методика управления процессом проектирования БТКС и разработанное программное обеспечение внедрены в ОАО «НПП «Волна» и ОАО «Концерн «Моринформсистема — Агат».

Апробация работы. Научные и практические результаты работы докладывались и получили положительную оценку на следующих научно-технических мероприятиях:

1. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ. — Москва, 2007 г.

2. VII Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи НТТМ-2007.

3. Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (ИННОВАТИКА — 2007).

4. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ. — Москва, 2008 г.

5. Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (ИННОВАТИКА — 2008).

6. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ. — Москва, 2009 г.

7. LXTV научная сессии посвященная дню радио. — Москва, 2009 г.

Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 5 материалов докладов и материалов Международных и Российских конференций, а также получено свидетельство № 2 008 613 513 от 24.07.2008 г. о государственной регистрации программы «Планирование и управление проектами АСОНИКА-У».

3.3. Выводы по главе 3.

1. Разработан план-график (ФМ и КМ) процесса проектирования стойки 18−02 танкового телекоммуникационного устройства связи.

2. Анализ результатов моделирования тепловых процессов в стойке 18−02 показал:

• При условии, что электровентиляторы, расположенные на втором и третьем этажах конструкции изделия выключены (отсутствуют), короб свободен для прохода воздуха. В этом случае основная часть воздуха движется по коробу, поэтому к блокам, расположенным на 2,3 и 4 этажах подводится лишь его малая часть, что приводит к низкой эффективности работы системы кондиционирования.

• Электровентиляторы включены, каждый из них создает расход воздуха 0,1 944 мЗ/с, короб свободен для прохода воздуха. Применение вентиляторов на втором и третьем этажах приводит к увеличению скоростей течения воздуха, однако из-за значительного аэродинамического сопротивления, создаваемого блоками, решётками и модулями большая часть холодного воздуха всё же движется по коробу, аэродинамическое сопротивление которого мало.

• Электровентиляторы включены, каждый из них создает расход воздуха 0,1 944 мЗ/с, короб заполнен кабелями и закрыт для прохода воздуха. Весь воздушный поток движется через центральную часть конструкции, скорости воздуха на 2, 3 и 4 этажах значительно возрастают, однако в узких каналах 2,3 второго и третьего этажа, а так же 2. 6и9. 11 каналах четвёртого этажа, она остается низкой из-за их малой ширины и, как следствие, высокого аэродинамического сопротивления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Главным результатом диссертационной работы является разработанный метод проектирования БТКС с использованием синхронизированных функциональной и календарной моделей. Основные научные теоретические и практические результаты работы состоят в следующем:

1. Разработана принципиально новая функциональная модель, позволяющая: определить, каким наилучшим образом распределить ответственность и задачу принятия решений с учётом организационной структуры предприятияприменять специальные работы по анализу и принятию решений, которые позволяют:

— эффективно расставить контрольные проверочные точки в процессе проектирования БТКС с точки зрения обеспечения и повышения его качества;

— с помощью управляющих решений обосновать внесение изменений в схему, конструкцию, технологию, а также в сам процесс проектирования и рациональное распределение проектных ресурсов.

2. Создана типовая функциональная модель проектирования БТКС, учитывающая основные требования ТЗ и других нормативных документов, включая требования системы менеджмента качества и программ обеспечения надежности. Типовую функциональную модель разработчик использует в качестве шаблона, что существенно сокращает сроки проектирования новых систем и показывает пути повышения качества;

3. Разработан метод автоматизации синхронизации функциональной и календарной моделей процесса проектирования БТКС, что обеспечивает целостность проекта и не допускает случайности ошибок несогласования этих двух моделей.

4. Разработан и программно реализован метод проектирования БТКС, позволяющий повысить его качество.

Разработанная типовая функциональная модель проектирования БТКС позволяет разработчикам использовать в качестве шаблона при проектировании новых систем. В ней учтены существующие требования по проектирования БТКС и требования СМК и ПОНов. В эту модель разработчик может добавлять дополнительные работы или же удалять, но, в целом, использование типовой ФМ проектирования БТКС значительно сокращает время ее разработки и повышает ее качество.

Разработанная методика проектирования БТКС и разработанное программное обеспечение внедрены в ОАО «НЛП «Волна» и ОАО «Концерн «Моринформсистема — Агат».

Применение разработанного метода и типовой ФМ при проектировании БТКС позволяет повысить показатели ее качества, таких как помехоустойчивость и скорость передачи сигнала, надежность (среднее время наработки на отказ и вероятность безотказной работы) — и качества всего процесса проектирования (понижение сроков проектирования, трудоемкости, стоимости, затрат ресурсов).