Компьютерные технологии поддержки научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в проекте авиационно-космической системы БУРАН

В. С. Криворученко

В 2013 году исполнилось 25 лет со дня успешного орбитального полета авиационно-космической системы БУРАН. Этот полет иллюстрирует собой вершину достижений СССР не только в авиационно-космичекой области, но также и в области создания сложной распределенной компьютерной инфраструктуры с информационно согласованными вычислительными средствами и программными сервисами, обеспечившими поддержку этапов жизненного цикла проекта вплоть до успешного приземления.

Критической проблемой для проекта было определение аэрогазодинамических характеристик, которые использовались в расчетах баллистики, устойчивости и управляемости ракеты и самолета, динамики нагружения и прочности конструкции, нагружения рулевых приводов двигательных установок, регулирования наддува баков окислителя и горючего, процессов отделения параблоков и самолета, торможении при входе в атмосферу, при посадке самолета и т.д. Объем и сложность экспериментальных исследований по аэрогазодинамике и аэроакустике, проведенных в аэродинамических трубах и на натурных стендах не имеют аналогов в отечественной технике.

Аэродинамическая труба это сложный энергетически нагруженный стенд для экспериментальных исследований, где летательный аппарат (или его модель) находится в покое, а поток набегает на него. Взаимодействие потока с моделью фиксируется с помощью множества датчиков, сигналы которых регистрируются измерительными системами и подвергаются компьютерной обработке. Датчики регистрируют:

• локальные перепады давления (статика) в отдельных точках, распределенных по модели (по ним определяются распределенные нагрузки);
• пульсации давления (динамика, включая и звуковой диапазон);
• силы и моменты, действующие на модель в целом и ее отдельные компоненты.

За период с 1975 по 1987 гг. было спроектировано, изготовлено и испытано около 200 моделей и их модификаций. Большинство из них с большим объемом измерений, вплоть до 1200 каналов измерения статического давления, до 75 каналов измерения пульсаций, до 50 каналов тензометрии для измерения сил и моментов.

Сложность задач аэродинамики определилась, прежде всего, спецификой аэродинамической компоновки. Параллельное расположение ракетных блоков и полезного груза, наличие каналов большой протяженности между ними влекут за собой появление многочисленных зон интерференции и отрыва потока, приводящих к нелинейности изменения аэродинамических характеристик по углам атаки и скоростям полета, появлению нестационарных нагрузок. Наличие протяженного участка полета с примерно постоянными величинами скоростного напора, близкими к максимальным значениям, привело к необходимости рассмотрения большого числа расчетных случаев в диапазоне чисел Маха от 0,8 до 2,0 и широком диапазоне кинематических параметров.

Жесткие требования предъявлялись также к точности определения исходных данных по распределенным аэродинамическим характеристикам и перепадам давления, так как из-за больших абсолютных размеров блоков сравнительно малые, порядка 0,01 атм., погрешности давления приводили к ошибкам в десятки тонн при определении нагрузок на блоки.

Наиболее ответственные исследования, требующие высокой точности определения аэродинамических характеристик, проводились на моделях разного масштаба в больших аэродинамических трубах Т-109 и Т-128 ЦАГИ с размерами рабочих частей 2,2×2,2 и 2,8×2,8 метра.

На основе использования малогабаритных внутримодельных тензовесов и пневмокоммутаторов создан ряд уникальных моделей, не имеющих аналогов в отечественной технике. К числу таких моделей относятся дренажно-акустическая модель масштаба 1:50 для исследования распределения давления и акустических нагрузок по наружной поверхности блоков и дренажно-весовая и акустическая струйная модель масштаба 1:50 для исследования влияния струй работающих двигательных установок ракеты на распределение давления и аэродинамические характеристики в аэродинамической трубе Т-109 ЦАГИ.

Огромные объемы исходных данных, многоступенчатые разветвленные процессы их дальнейшей переработки в исследовательских, расчетных и конструкторских автоматизированных системах, жесткие требования по срокам реализации проекта потребовали разработки совершенно новых подходов и реализации ориентированной на компьютеры среды поддержки проекта. Прежние подходы, которые ограничивались обработкой небольших объемов экспериментальных данных и передачей между системами результатов в виде текстов и графиков, ориентированных на восприятие человеком, не годились в принципе. Кардинальное увеличение объемов экспериментальных данных практически остановило и их обработку, и передачу в автоматизированные системы проектирования и производства.

Необходимо было разобраться с базовыми понятиями, такими как классы аэродинамических данных, процессы их получения, обработки, верификации и представления для потребителей разных классов. Эти проблемы в аэродинамике и сейчас теоретически до конца так и не решены. Но тогда мы были прижаты обстоятельствами. Те, кто работал в те времена, помнят, как приходилось поднимать неподъемные проблемы и решать не решаемые ранее задачи. К разработанной теории мы еще вернемся, а пока рассмотрим созданную в 80-е годы в ЦАГИ централизованную сетевую компьютерную инфраструктуру – ЦВС-2, в рамках которой и были реализованы базовые механизмы информационной поддержки исследований аэродинамики Бурана.

Архитектура ЦВС-2

Централизованная вычислительная система автоматизации аэродинамического эксперимента – ЦВС-2 имеет иерархическую звездообразную структуру, состоящую из двух уровней:

1-й уровень – имеющиеся интерфейсные устройства с аэродинамическими трубами, измерительновычислительные комплексы (ИВК) для сбора и первичной обработки экспериментальной информации, на базе миниЭВМ типа СМ-4 (DEC 11) и ЕС-1010 (MITRA), оснащенные аппаратурой связи с ЭВМ 2-го уровня сети связи ЦВС-2;

2-й уровень – центральный блок (ЦБ) сбора, хранения, обработки и отображения экспериментальной информации, оснащенный двухмашинным комплексом ЭВМ ЕС-1055 с общим полем памяти на накопителях на магнитных дисках (НМД) и оснащенные аппаратурой связи с ЭВМ 1-го уровня сети связи ЦВС-2

Ядром системы ЦВС-2 является «Архив» – центральный коммуникатор (сейчас аналогичные функции выполняет портал) с пакетом программной поддержки и специализированной файловой системой. На верхнем уровне организуются директории, называемые зонами. В зонах-директориях организуются файлы. Для обеспечения переносимости файлов данных между ЭВМ и ОС разных типов структуры записей в файлах были унифицированы. Были разработаны соответствующие программные средства и технология поддержки работы, которые позволили единообразно работать с подсистемой «Архив» из любой ЭВМ сети (как центральных ЕС ЭВМ, так и объектовых миниЭВМ).

Для сети связи ЦВС-2 был разработан магистральный интерфейс [1]. На ЕС ЭВМ центрального блока были модифицированы перфоленточные устройства ввода/вывода для работы с длинными магистральными линиями. Для подключения миниЭВМ объекта к магистрали используется устройство сопряжения на базе стандартного параллельного интерфейса. Была также разработана четырехуровневая структура обеспечения связи. Ниже будут рассмотрены протоколы уровней программного обеспечения связи в системе ЦВС-2.

Магистральный интерфейс

Применяемый в ЦВС-2 магистральный интерфейс (полудуплекс, восемь линий – данные, 4 линии– служебные) обеспечивает единые принципы обмена данными и формат информации, единую последовательность управляющих сигналов между магистралью и приемно-передающей аппаратурой объекта вне зависимости от характеристик аппаратуры объекта.

Протокол управления информационным каналом (УИК) ЦВС-2 устанавливает формат передаваемых по информационному каналу кадров, определяет процедуры управления этим каналом и порядок передачи информации по каналу. Он определяет также особые ситуации, которые могут возникнуть в процессе работы.

В силу того, что контроль правильности передачи кадра осуществляется программным путем, необходимость подтверждать правильность приема кадра путем изменения направления передачи приводит к неэффективному использованию информационного канала. Поэтому для эффективности выполнения таких служебных функций интерфейса, как подтверждение правильности приема, обнаружение несовпадения контрольной суммы в кадре и других, был применен механизм, позволяющий подтверждать правильность либо ошибочность приема кадра, не меняя направления передачи. Суть его заключается в том, что информацию несет размер передаваемого кадра. Все кадры, передаваемые по информационному каналу, имеют стандартную длину. Если длина кадра не совпадает со стандартной, то это означает, что в процессе передачи произошло какое-то событие.

Например: если передающая ЭВМ обнаружила, что принимающая ЭВМ «оборвала» соединение с физическим каналом после передачи 10 байтов, то это означает, что при передаче предыдущего кадра была обнаружена ошибка. После этого передающая ЭВМ повторит передачу ошибочного блока. Важно, что режим передачи при этом не нужно менять. Поскольку в настоящее время в ЦВС-2 направлением передачи управляет протокол более высокого уровня, в протоколе УИК нет необходимости в передаче управляющих кадров. По информационному каналу передаются кадры стандартной длины (16 и 512 байтов).

Первые два байта информационного кадра содержат контрольную сумму, получающуюся сложением остальных однобайтовых полей, составляющих кадр, без учета знаков и переполнений. После приема кадра принимающая ЭВМ осуществляет проверку контрольной суммы. При обнаружении ошибки во время передачи информационного кадра предпринимается пятикратная попытка передачи ошибочного кадра. Прозрачность информационного канала обеспечивается отсутствием синхронизирующих символов перед информационным кадром. Поэтому нет необходимости применять операцию байтстаффинга.

Таким образом, протокол УИК ЦВС-2 обеспечивает передачу кадров информации, контроль передаваемых данных и прозрачность информационного канала. Передача кадров связана с прохождением трех фаз (этапов): установление соединения, его поддержание и разъединение. Переход от одной фазы к другой определяется протоколом магистрального интерфейса ЦВС-2.

Протокол удаленного вызова процедур

Схема построения верхнего уровня программного обеспечения связи в ЦВС-2 реализована не на посылкеприеме сообщений, как в традиционных схемах, а на вызове некоторых процедур, выполняющихся в удаленных объектах. Эта схема имеет ряд преимуществ, а именно: снижение затрат на создание и эксплуатацию МО, расширение функциональных возможностей при меньшей затрате ресурсов.

Данный протокол ориентирован на предоставление услуг прикладным программным процессам, связанным с передачей файлов. Выполнение любой процедуры разбивается максимум на три характерных этапа:

1. установление связи;
2. прием-передача файлов данных;
3. подтверждение об окончании (или о возможности выполнения процедуры).

В зависимости от типа операции процедуры очередность выполнения этапов 2 и 3 может меняться; существуют также операции, не требующие передачи данных, то есть, выполняющиеся с помощью этапов 1 и 3.

Процесс установления связи заключается в приеме ЦБ от объекта 2-х блоков: 1) блока установления (16 байтов), 2) фиктивного блока подтверждения, длина которого указывает на правильность приема блока установления. Блок установления содержит информацию об операции процедуры, которую заказывает абонент.

Второй этап заключается в приеме или передаче абонентом файлов, определенных в блоке установления. Этап подтверждения заключается в пересылке с ЦБ на объект стандартного блока подтверждения, который содержит параметры заказанной операции, дату исполнения и код окончания.

Прикладной уровень

На прикладном уровне программного обеспечения связи на ЦБ ЦВС-2 реализованы описанные выше процедуры удаленного доступа к архиву данных на МД и режима удаленных приватных магнитных лент. Функции базы данных и центрального коммуникационного узла по преобразованию форматов информации и передачи их в подсистемы САПР выполняет подсистема «Архив» и комплекс специальных системных программ. Для обеспечения доступа с объектовых ЭВМ к архиву были созданы процедуры удаленного вызова через сеть пользовательских и системных операций архива:

Наряду с программным вызовом процедур архива в ЦВС-2 был реализован и терминальный доступ к процедурам и ресурсам центральных ЕС ЭВМ в режиме эмуляции терминала ЕС-7920 с использованием дисплеев объектовых мини-ЭВМ. Все это позволяло реализовывать сложные процедуры комплексной обработки с терминала любой ЭВМ. Разработанный комплекс аппаратно-программных средств связи в сети разнородных ЭВМ не имел аналогов в мире и был защищен пятью авторскими свидетельствами.

Программируемые контроллеры

С середины 80-х в ЦАГИ широко внедряются разработанные на базе микроЭВМ “Электроника-60” программируемые связные контроллеры (ПКС) для подключения к ЕС ЭВМ нестандартных устройств и удаленных терминалов, а также для создания различных многомашинных комплексов. На базе стандартной платы пользовательского интерфейса «И5» микроЭВМ «ЭЛЕКТРОНИКА-60» создан блок связи с каналом ЕС ЭВМ. По системотехническим соображениям выполнение значительной части логических функций блока связи с каналом ЕС ЭВМ возложена на программу. Оснащение такой платой придает данной ЭВМ возможность выполнять функции контроллера разных периферийных устройств ЕС ЭВМ или связного процессора в коммуникационных связях. За счет программной логики эмулировались различные нестандартные аппаратные функции и протоколы взаимодействия в системах связи. Простота структуры такого контроллера и его дешевизна способствовала повышенному интересу к этой разработке.

Аппаратные средства ПКС:

• конструктив «Электроника-60» с интерфейсной платой для связи с ЕС ЭВМ,
• кабель подключения к мультиплексному каналу,
• выходной разъем и кабели в стандарте RS-232C,
• терминальные подсистемы на базе терминалов VT-52, VT-100, персональных ЭВМ, миниЭВМ.

В качестве среды передачи данных используются:

• 4-х проводной телефонный кабель,
• некоммутируемые и коммутируемые телефонные линии, подключаемые через модемы, работающие с RS-232C.

Программные средства:

• ЕС ЭВМ – программа первоначальной загрузки ПС, программа поддержки передачи файлов (Kermit), библиотеки графических интерактивных подпрограмм, программа начальной настройки системы;
• ПКС – программа обмена с каналом ЕС, программа эмуляции стойки ЕС-7920 и экранов ЕС-7927, программа поддержки передачи файлов;
• ПЭВМ, миниЭВМ – программа обслуживания интерфейса RS-232C, программа обслуживания передачи файлов (Kermit), эмулятор графической подсистемы (только для ПЭВМ).

С помощью созданных контроллеров и разработанных соответствующих эмуляционных программ было обеспечено построение графиков с ЕС ЭВМ на графопостроителях, функционирование удаленных терминалов типа VT-52,100 в режиме дисплея ЕС-7927, связь ЕС ЭВМ с персональными ЭВМ разных типов, ЭВМ типа VAX, RISC-станциями, комплексирование ЕС-ЭВМ.

Особо следует отметить, что с использованием программируемых контроллеров начали организовываться расчетно-экспериментальные системы многодисциплинарных исследований с доступом к вычислительным ресурсам больших ЭВМ и ЦБЭАД с распределенных по ЦАГИ автоматизированных рабочих мест исследователей.

Межсистемный обмен информацией

В середине 80-х появился ряд новых задач, решение которых оказалось возможным только в рамках системы в целом, и которые по-новому сформировали пути развития ЦВС-2. К таким задачам, прежде всего, относится задача информационной связи систем автоматизации аэродинамического эксперимента и систем автоматизации проектирования (САПР) летательных аппаратов. Дело в том, что мощные измерительновычислительные комплексы экспериментальных установок стали выдавать значительно большее количество данных при прежней форме представления, ориентированных на получение, переработку и выдачу заключения человеком. Однако увеличение объема данных потребовало применения средств вычислительной техники и на этом этапе.

Проблема ввода данных в систему автоматизации проектирования оказалась значительно сложнее, чем это представлялось на первый взгляд. Первоначальная постановка о согласовании результатов процессов сбора и обработки (файлов первичной, вторичной и т.д. обработок) оказалась практически невыполнимой в силу отсутствия их конструктивных определений. В силу этого было невозможно осуществлять цепочки программных преобразований ЭВМ-ориентированных данных (от исходных показаний датчиков в двоичном коде до физических величин, действующих на реальный летательный аппарат в условиях эксплуатации). Традиционное включение человека-оператора, координирующего процессы преобразования данных в режиме диалога, при резком увеличении объемов исходных показаний датчиков в проекте Буран было абсолютно бесперспективно. Требовались новые нетрадиционные подходы. И они были реализованы. Прежде всего расскажем об уровневой модели данных аэродинамики.

Уровневая модель данных

Постепенно пришло осознание необходимости структуризации всей области данных аэродинамических исследований на основе системного подхода на подсистемы. В результате была предложена уровневая модель данных [2] и комплекты формализованных электронных документов, представляющих данные аэродинамических исследований в унифицированном виде. Разбиение на формализованные, четко описанные подсистемы данных позволяет оперативно и независимо менять процессы, создающие и потребляющие данные с целью их оптимизации, распараллеливания и т.д. Наряду с этим, такое разбиение позволяет реализовать и наиболее современную концепцию поддержания данных в базе данных.

Для летательного аппарата существует определенный набор физических (размерных) величин, определяющих его режимы полета и картину обтекания. Этот набор составляет уровень А (AIRCRAFT). Получение данных уровня A непосредственно в эксперименте или расчете по известным причинам затруднительно. Широко используются различные методы моделирования, основанные на теории подобия. Согласно этой теории существует набор данных, адекватный уровню A, но состоящий из безразмерных величин, определяемых при условиях выполнения критериев подобия.

Набор таких безразмерных данных, достаточный для определения требуемых аэродинамических характеристик летательного аппарата, назовем уровнем G (GENERAL). Данные уровня G, представляемые в единых форматах уровня, определяются как расчетным, так и экспериментальным путем в результате исследования характеристик различных моделей в различных аэродинамических трубах.

Набор данных, определяемых в цикле экспериментальных исследований, назовем уровнем M (MODEL). Отметим, что это безразмерные характеристики.

При проведении экспериментальных исследований данные уровня M определяются по некоторым физическим параметрам, описывающим обтекание модели в трубе, по специальным методикам, учитывающим разнообразные поправки. Связано это с невозможностью реализации в аэродинамической трубе всех требований теории подобия (равномерность и неограниченность потока, температура и т.п.). Набор размерных данных, определенных в одном цикле исследований, назовем уровнем W (WINDTUNNEL).

Данные уровня W непосредственно не регистрируются современной измерительной аппаратурой. Как правило, мы имеем дело с цифровым сигналом, полученным из аналогового сигнала датчика. Всю совокупность зарегистрированных в процессе испытаний цифровых сигналов назовем уровнем C (CONTROL).

Такое выделение основных типов данных и классификация их по уровням влечет за собой вполне определенную последовательность процессов, обеспечивающих преобразования данных с уровня на уровень. Такие преобразования имеют вид определенных этапов расчетно-экспериментальных аэродинамических исследований.

Наряду с основными данными, описывающими область определения программы исследований (область изменения параметров исследований и область изменения регистрируемых величин), на уровнях фиксируются и метаданные, которые предназначены для именования и определения:

• типов и структур основных данных уровня;
• процессов преобразования и отображения входных и выходных данных для их функционирования;
• геометрии (в общем случае топологии) пространства для представления данных;
• механизмов поддержки.

Более формализованным понятием для описания данных является документ, то есть, совокупность данных:

• обладающая определенной структурой, относящейся к определенному типу, создаваемому на основе более простых типов;
• сопровождающаяся ссылкой на создающий процесс, процесс, контролирующий доступ, и перечнем ссылок на потребляющие процессы;
• имеющая механизм поддержки определенного класса;
• требующая определенную среду хранения для защиты и регламентации доступа.

Для поддержки преобразований данных между уровнями потребовалось создание большого объема не только программных средств, но и различного рода поясняющих, сопровождающих и регламентирующих материалов, без которых этот процесс был бы невозможен.

Дополнительную сложность при разработке средств программной поддержки уровневой модели добавила необходимость обеспечения транспортабельности данных и программ в среде разнородных ЭВМ и ОС. Такая транспортабельная структура данных «бэг» для поддержки набора формализованных документов с результатами аэродинамических исследований была создана. Ниже будут описаны средства ее поддержки.

СпецМассив – объект в оперативной памяти, организующий обработку больших объемов взаимосвязанных данных. Основными назначениями объекта СпецМассив являются инкапсуляция функций работы с архивом и унификация модулей обработки данных.

ТегМед – транспортабельная библиотека, обеспечивающая перенос данных на другие ЭВМ и ОС.

В методах доступа, поддерживаемых операционной системой, пользователь оперирует понятием записи файла – некоторой совокупности элементарных полей (в пределе весь файл может рассматриваться как запись некоторой сложной структуры). При работе с пользовательскими файлами в сетевой обстановке возникают следующие проблемы:

• не определена пользовательская запись (максимум, что бывает известно, – физический размер блока и записи);
• неизвестен тип данных элементов записей.

Структура таких файлов закрыта для системы и они могут восприниматься только специализированными (уникальными) программами, что противоречит задаче создания унифицированного МО обработки. Для преодоления указанных трудностей было введено понятие тегированной записи. Это запись, состоящая из некоторого количества данных одного типа, снабженная тегом (этикеткой), который содержит служебную информацию. Все файлы пользователей реструктурируют к файлу, состоящему только из тегированных записей. Метод доступа, работающий с тегированными записями, позволяет давать записям и их элементам имена и осуществлять выборку, модификацию и занесение данных по именам.

На основе вышеуказанных средств была построена технология обработки данных эксперимента для проекта Буран.

Прежде всего, выделим две основные области: распределенную расчетно-экспериментальную (поддерживает уровень G и уровень M на разных ЭВМ) и экспериментальную (поддерживает уровни M,W,C,E на ЭВМ АДТ). Начало технологическому процессу дает «Задание на проведение исследований», в результате анализа которого формируется «Программа испытаний в АДТ», которая делится на пункты. После проведения пункта испытаний, физические воздействия потока на модель (уровень E), преобразованные датчиками в данные уровня C (экспериментальные данные в двоичной форме) и обработанные с уровня C до уровня W, а затем и M в ИВК АДТ, передаются по линиям связи на ЦБ ЦВС-2.

Для практических целей важно внести ясность в вопрос о совместимости разнообразных методов описания геометрии изделий в расчетных и экспериментальных исследованиях. В испытаниях на распределение давления необходимо определиться с понятиями и различать геометрию пространственного распределения датчиков (которую принято называть геометрией в экспериментальных исследованиях) и реальную геометрию поверхности модели, которая задается в расчетных методах. Далее экспериментальные данные вместе с описанием геометрии исследуемой сложной модели при перемещении ее в целом и ее элементов (центральный бак, четыре ускорителя, орбитальный самолет, управляемые поверхности и т.д.) преобразовывались для согласования с описаниями для расчетных методов (уровень G). При этом стал возможен принципиально новый подход к контролю наиболее сложной и объемной информации – распределения давления. Он заключался в том, что данные по распределению давления использовались программами для расчета суммарных нагрузок на модель в целом и на ее блоки. В случае совпадения рассчитанных нагрузок с данными, полученными непосредственно по показаниям аэродинамических весов, принималось решение о кондиционности данных по РД. А если не было совпадения, то традиционному визуальному контролю подлежали только графики с данными по конкретному блоку, где было выявлено расхождение. Применение такой технологии позволило сократить время верификации данных эксперимента на два порядка

После завершения всей программы испытаний и получения результатов, определенных в документе «Задание на проведение исследований», они должны быть на совместимых носителях и в совместимом формате переданы ОКБ и другим организациям аэрокосмической отрасли.

Средства обеспечения транспортабельности данных и программ

При обработке данных и передаче данных уровней между различными ЭВМ в рамках ЦАГИ в основном использовались линии связи. Однако для передачи больших объемов данных между организациями, учитывая состояние на тот период линий связи и скорости передачи модемов, было признано необходимым использовать широко распространенные магнитные ленты в формате IBM, поддерживаемые практически всеми типами ЭВМ. В конце 80-х для этих целей дополнительно стали использоваться и флоппи-диски.

Назовем источник и потребителя данных абонентом. Каждый из абонентов использует для приема или передачи данных ЭВМ некоторого типа, оснащенную накопителем на МЛ или флоппи-диском. Процесс передачи данных распадается на обмен дискретными порциями данных, называемыми далее посылками (parcel). В посылке содержатся логически связанные данные. Для каждой посылки можно задать тип, зависящий от содержащихся в посылке данных. Тип посылки определяет и ее структуру.

Посылки разбиваются на более элементарные единицы – формализованные документы (ФД), называемые далее также письмами (letter). Для ФД вводится понятие типа ФД (типа письма), определяющего его структуру.

Для представления аэродинамических данных используются целые, плавающие, символьные и некоторые другие типы данных. Информация на магнитный носитeль помещаетcя в кoдаx ЕС.

Для однозначной интерпретации абонентом структуры и типов принимаемыx данных вводитcя понятие тeгoвыx записей, на которые разбиваетcя письмо. Запись состоит из множества (массива) данных одного типа, перед которым pаcполoжен тeг (этикетка, яpлык), содержащий характеристики записи, а именно: тип записи, тип данных и длину записи.

Весь файл пользователя реструктурируется к письму, состоящему только из тeгoвыx записей.

Для работы c посылками используется комплекс программных средств, обеспечивающих иx формирование и считывание. Данный комплекс входит как составная часть в общий комплекс программ для рабoты c теговыми данными.

Для обмена посылками между автоматизированными системами различных организаций поддерживались следующие виды посылок:

• 1 – для файловой системы.
• 2 – для магнитной ленты.
• 3 – для логического канала, бесформатное представление.
• 4 – для логического канала, форматное представление.
• 5 – для сетевой среды.

Вид 1 используется для создания и обработки посылок как отдельных файлов в файловой системе данной ОС.

Вид 2 выполняет обработку посылок на магнитных лентах. При выводе на МЛ можно выполнять блокирование записей. Коэффициент блокирования позволяет указать, сколько 512-байтoвыx блоков будет содержаться в одном блоке МЛ. Дополнительно можно определить включение в каждый блок на МЛ контрольной информации: контрольной суммы, номера и адреса письма, начинающегося в данном блоке. Наличие такой информации позволяет выполнить при считывании дополнительный контроль и уменьшить последствия возможных сбоев.

Вид 3 используется для обработки посылки, заданной в виде фортрановского номера канала ввода/вывода. При этом используется форматное представление посылки. Операции шифровки и перекодировки не выполняются.

Вид 4 используется для обработки посылки, заданной в виде фортрановского номера канала ввода/вывода. Для данного номера канала должны быть определены операции записи (или чтения) блоками по 512 байт.

Вид 5 обменивается блоками посылки с подпрограммами, заданными пользователем, что позволяет использовать ее в сетевой среде. Запись в такую посылку производится блоками по 512 байт, а чтение может производиться блоками любой длины.

Комплекс состоит из набора транспортабельных подпрограмм, написанных на языкe Fortran-77 и служебных подпрограмм, ориентированных на конкретный тип ЭВМ и ОС, выполняющих операции ввода-вывода, перекодировки, шифровки и т.д.

Управление информационными потоками

В рамках проекта Буран было необходимо иметь средства для централизованного контроля и управления потоками. Причем, чем выше уровень руководства и управления, тем более мощные средства для этого необходимо использовать. Основным компонентом всех этих средств был ЦБЭАД, к которому через программный и аппаратный интерфейс соответствующей мощности обращались пользователи разного уровня. Только централизованное управление данными позволило эффективно обеспечить соблюдение стандартов, принятых в отрасли.

Вопрос о централизованной базе данных эксперимента встал особенно остро в силу нескольких причин.

• В связи с автоматизацией аэродинамических установок и ростом их количества как в ЦАГИ, так и в отрасли значительно увеличился объем выходных данных эксперимента.
• Расширилось количество приложений, для которых требуются данные аэродинамического эксперимента. Если данные конкретного эксперимента используются в разное время разными подсистемами, то для однозначности трактовки и анализа результатов их работы совершенно необходимым становится требование целостности данных, то есть, их правильности, единственности и непротиворечивости.
• Даже в рамках отдельной подсистемы, оперирующей с одними и теми же данными, требуется осуществлять информационное взаимодействие с различными классами пользователей и обеспечить независимость данных от приложений.
• Увеличение объема экспериментальных данных из ИВК АДТ и расширение количества подсистем, их потребляющих, приводит к усилению информационных потоков между ними.

В рамках централизованных организаций (институт, корпорация, отрасль) необходимо иметь и средства для централизованного контроля и управления этими потоками. Централизованное управление данными позволяет обеспечить соблюдение стандартов, принятых в отрасли и минимизировать суммарное количество интерфейсов между подсистемами с N(N-1) до N+1. В дальнейшем функции сопровождения данных аэродинамического эксперимента в рамках безбумажной технологии были расширены и были обеспечены возможности локального и удаленного доступа к ЦБЭАД для организации распределенных вычислений и информационных обменов в рамках систем комплексных междисциплинарных расчетно-экспериментальных исследований [3].

В ЦАГИ был разработан и внедрен с 01.07.88 отраслевой стандарт ОСТ 102636-87, определяющий термины, определения, идентификаторы и коды, применяемые для представления результатов аэродинамического эксперимента на машинных носителях, способы их представления и набор стандартных программных средств для поддержки ОСТ.

Разработана программная поддержка стандарта для основных типов ЭВМ (ЕС, БЭСМ-6, СМ-4, СМ-1700, ЕС-1840) и операционных систем, применяемых в отрасли. Программные комплексы поддержки стандарта были сданы в ОФАП (отраслевой фонд алгоритмов и программ) и распространялись на предприятиях отрасли. Их применение позволило резко сократить (более чем на порядок) время получения экспериментальной аэродинамической информации на ЭВМ предприятия отрасли по сравнению с ручным вводом с бумажных носителей.

К концу 80-х на основании опыта реализации сложных технологических цепочек, которые обеспечивали информационную поддержку подразделений НИИ, ОКБ и заводов аэрокосмической отрасли на различных этапах ЖЦ изделий в проекте БУРАН, начала формироваться концепция построения отраслевой системы информационного обеспечения, которая по сути являла собой прообраз CALS – технологий.

Итоги проекта

Ракета носитель «Энергия» являлась универсальным средством для доставки в космос самых разных грузов, поэтому аэродинамические характеристики определялись для ряда компоновочных схем с различными полезными грузами, в том числе и с крылатыми. При этом для каждого варианта требовалось повторение в полном объеме. Рабочая документация по аэрогазодинамическим характеристикам только ракеты-носителя «Энергия» составляет 10 томов графического и текстового материала.

Основной объем исходных данных определялся по результатам экспериментальных исследований на моделях в аэродинамических трубах. При этом основные аэродинамические исследования проводились на экспериментальной базе, имеющей аэродинамические трубы, наиболее полно удовлетворяющие условиям моделирования (большие масштабы моделей, необходимые параметры потока, углы атаки и скольжения). Впервые для такого огромного количества каналов измерений была реализована возможность первичного контроля и комплексной обработки получаемой информации практически в темпе эксперимента в распределенном многомашинном комплексе, включавшем мини ЭВМ серии PDP-11/34 в АДТ-109 и ЕС ЭВМ ЦБ ЦВС-2.

Был создан банк экспериментальных данных по аэродинамическим характеристикам ракеты и орбитального самолета. Это позволило сократить сроки проведения экспериментов и обработки данных, а также значительно повысить качество выполнения работ и увеличить информативность весовых и дренажных испытаний в пять-шесть раз по сравнению со стандартными исследованиями в аэродинамических трубах.

Впервые в отечественной промышленности был реализован безбумажный способ передачи информации на магнитных носителях. Результаты испытаний в унифицированном представлении оперативно передавались из ЦАГИ в ОКБ и на заводы-изготовители для непосредственного использования.

Результаты летных испытаний подтвердили правильность данных по аэродинамическим характеристикам ракеты и орбитального самолета. Выбранные внешние обводы блоков и рациональная компоновка позволили получить очень небольшое для такого класса изделий аэродинамическое сопротивление.. Принятый вариант компоновки обеспечил наименьшие возмущающие аэродинамические моменты и малые изменения суммарных аэродинамических характеристик при существенных изменениях обводов полезного груза от цилиндрической формы до крылатой схемы.

Компьютерные технологии в процессе реализации проекта Буран получили очень динамичное развитие и обеспечили уровень соответствия задачам проекта в достижении его целей. Хотелось бы вспомнить сегодня соратников из разных организаций отрасли, внесших в те годы огромный вклад в их создание. Это, прежде всего начальник ВЦ ЦАГИ А.Д. Смирнов, сотрудники ЦАГИ (А. Кузнецов, В. Криворученко, А. Никитин, В. Змеев, А. Ваганов, В. Плешечник, В. Песецкий), НПО Молния (В. Терехин, В. Гущин) и НПО Энергия (А. Дядькин, М. Казаков).

И в завершении следует отметить, что разработанные теоретические подходы, программные и организационные средства распределенной компьютерной инфраструктуры и на сегодняшний день во многом остаются актуальными [4,5] и развиваются на современной технической базе.

Список литературы

1. А.Д. Смирнов, В.С. Криворученко, Г.Д. Бокарев, А.А. Кузнецов, З.Г. Садонина «Система коммутации вычислительных устройств, устройство коммутации связи и устройство сопряжения» а.с. №1180915 Москва 1985 г.
2. А.Д. Смирнов, В.С. Криворученко «Системный подход в рамках САПР к задаче автоматизации аэрофизического эксперимента в многомашиной АСНИ» в сборнике «Вопросы кибернетики. Автоматизированные системы научных исследований» Москва, ВИНИТИ, 1986 г.
3. А.Д. Смирнов, В.С. Криворученко, К.А. Шарий. «Распределенные системы автоматизации аэродинамических исследований» Труды симпозиума «Компьютеры в Европе. Прошлое, настоящее и будущее». Украина. Киев. 1998 г.
4. В.С. Криворученко «Распределенные системы автоматизации аэродинамических исследований», международная конференция «Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССР: история и перспективы» SORUCOM 2006 Петрозаводск ПГУ 2006.
5. В.С. Криворученко «Системный подход к автоматизации аэродинамических исследований» ТВФ №2 стр. 51-64 2011 г. Москва

Об авторе: ЦАГИ
Московская обл., г. Жуковский
тел. +74955564084
krivoruchenko@tsagi.ru
Материалы международной конференции Sorucom 2014 (13-17 октября 2014)
Помещена в музей с разрешения авторов 24 мая 2015