Management of complexes "rocket-start"

The automated control system of a universal complex the stand-start and should provide with a starting complex with set reliability realization not only in advance certain problem{task} of management of start-up, but also management in conditions of occurrence of beforehand not stipulated situations, and also reduction of possible{probable} damage at occurrence of such situations.
Besides complexity of object of management and processes proceeding in it{him}, dimensions of a problem{task} of management and rigidity of requirements on reliability of its{her} realization, problem character of process of creation of a complex of management was defined{determined} by one more important circumstance - being appreciably original, the object and a complex of management were developed in parallel. Thus the problem{task} of management could be generated only at the closing stage of creation of a complex of management. On the other hand, the complex of management should provide realization not with one regular, and a lot of various problems{tasks} of management during experimental working off of this object.
The technology of development of complexes of management known to the present{true} time could not provide with technological processes in a due measure of the decision of the arisen problem. In these conditions the decision to build a complex of management with several levels was accepted. Each system of the bottom level provides management of a part of the equipment which is a conservative element as opportunities of its{his} completions after manufacturing and the nomenclature of modes of its{his} functioning are limited. In this connection the maintenance{contents} of a problem{task} of management of such equipment began possible{probable} to form at early stages of its{his} development. Means of its{his} management became accessible to traditional technology of creation of the automated control system of technological processes.
Control systems of the bottom level - subscribers of the automated control system of a starting complex and the automated control system of a complex the stand-start - have been created on the basis of the standard technology with wide enough use of means of computer facilities as during development, and is direct in a contour of management. The system of top level carries out integral and взаимоувязанное management of preparation and start-up, the task of sequence of modes to systems of the bottom level and delivery of commands{teams} directly on agencies of a rocket. The general{common} number (under the nomenclature) commands{teams} given out by thus system nearby 3000, and the general{common} number of controllable signals - 5000. The system includes in a contour of management six operators-technologists of a highest level and the top echelon of management - the technical head preparation and start-up of a booster rocket. This system provides performance of a problem{task} of preparation and start-up of a booster rocket or minimization of damage under adversely developing circumstances. The problems{tasks} of management sold by this system, are subject to basic changes from test to test and finally formed one month-two prior to work. Its{her} updatings came to an end directly ahead of start-up. Technologies of creation of the automated control system known in a world{global} practice with other things being equal (identical complexity of a problem{task} of management, identical reliability, a noise stability at realization of a problem{task}) demand on a formulation of a problem{task} till two years, and on maintenance with the equipment and the program of realization of a problem{task} - 3-4 years.
The systems which have arisen at creation of a highest level, problem have demanded to find the original approach both in technology of system engineering, and in principles of its{her} construction. Search such was based on cardinal revision of the standard direct loan of experience of use of universal computers in computer centers for maintenance of the organization of their work in a contour of the automated control system of technological processes.
Practically simultaneously with the advent of mass universal computers in the fiftieth years the point of view about perspectivity of their use in a contour of control systems as the basic information and logical kernel was generated. However before occurrence of real systems with universal computers has passed{has taken place} more than ten years in connection with an insufficient technological level of manufacture of the computer facilities, not providing necessary parameters of reliability and costs of universal computers, absence of real technology of introduction of universal computers in a contour of management, a low level of theoretical study and absence of experience.
Up to the certain stage of development of the "know-how" were actual and consequently the researches directed on definition of border of areas of effective application of traditional means and universal computers in contours of control systems were intensively enough conducted{ordered}. Thus as the basic criterion acted cost at equal reliability, or reliability at equal cost. Arguments in which the problem{task} was solved, parameters total информативности systems on inputs{entrances}, the parameters to some extent describing structural complexity of algorithm of management usually acted. With development of the "know-how" of universal computers noted border steadily narrowed area of expedient and effective application of traditional means. At the same time, opportunities inherent in universal computers stimulated the decision of problems{tasks} of management which was are difficultly sold or in general are inaccessible to traditional means but which realization was extremely effective.
The specified process эволюционно developed down to the middle of the sixtieth years, before occurrence of integrated technology which has made revolutionary turn in the computer facilities, come to the end now occurrence of micromachines{microcars}. Functional and operational opportunities of these devices (the architecture, productivity, a memory size and reliability, cost, profitability, dimensions with preservation of universality), at least, from technical positions have limited area of expediency of application of traditional means up to simple or highly specialized problems{tasks} of management. By present{true} time the researches directed on certain borders of expedient application of universal computers in a contour of management, in overwhelming majority of cases inevitably have scholastic character.
The presented scope of control systems from positions of technology of their development was characterized by bulkiness of a problem{task} of management and complexity of organizational structure, uniqueness of created object and managerial process, weight of consequences of erroneous technological decisions.
Noted features have unequivocally defined{determined} necessity of application of universal computers both for a contour of management, and for the process of creation of the automated control system, have imposed on process of creation of the automated control system of a universal complex the stand-start, the automated control system of a starting complex extremely high requirements on productivity and faultlessness. Actually the technology of creation of control systems in which a final wording of a problem{task} of management is admissible to carry out at finishing stages, that is directly ahead of use of system was required. However introduction of computer facilities by traditional way did not provide necessary result.
In conditions of extremely intensive development of technology of computer facilities from requirements of day - technologies of its{her} use in general and technologies of its{her} use obvious backlog was outlined in a contour of a control system in particular. Aspiration of developers of control systems to overcome backlog on the basis of use of an available experience of creation of systems on traditional means and experience of use of universal computers at the decision of problems{tasks} of computing character did not give desirable result.
Expansion of opportunities of universal computers regarding a memory size, speed, reliability, convenience of interface to object and the user have enabled to put problems{tasks} of the increasing dimension and complexity, with the raised{increased} responsibility for result. The obvious contradiction between a basic opportunity of the decision of more and more becoming complicated problems{tasks}, on the one hand, and difficulty of realization of their decision with necessary reliability existing collectives of developers - with another was outlined.
Thus, there were conditions in which it was necessary to rethink experience of creation of control systems by technological process. Complexity of a problem as a whole also has predetermined necessity of search of new approaches for its{her} decision in view of feature of each class of systems, has forced to concern with care to the saved up{saved} experience of use of universal computers at the decision of problems{tasks} of other class or to experience of creation of systems of a similar class, but constructed on traditional means.
The basic problem of creation of the automated control system of a technical position has been connected with necessity of increase of productivity and reliability of process of development. Thus productivity was estimated{appreciated} by total labour input, duration of creation of system, labour input of the works made by forces of the head ordering enterprise, labour input of works of the separate enterprises-соразработчиков. Reliability of process of development are understood as degrees of reliability of decisions accepted during development.
At the accepted definition of concepts of productivity and reliability of their estimation are naturally interconnected. And original character of the created automated control systems of a technical position appreciably predetermines its{her} property - the above reliability, the above productivity. High relative cost (an expenditure of labour of completions) which is, basically, consequence{investigation} of low reliability, allows to believe, that total expenditures of labour on creation of the automated control system of a technical position by that above, than below productivity and reliability of its{her} creation. At the traditional approach directly in maintenance of creation of the automated control system of a technical position with use of the universal computer in a contour of management already at the initial stage of development it was necessary:
- To define{determine} set of problems{tasks} of management which should be realized by the automated control systems of a technical position, a place of the person in a contour of the automated control system of a technical complex, to realize its{his} interfaces to the hardware of system;
- To define{determine} program and a supply with information of the decision it is direct problems{tasks} of management;
- To develop program and a supply with information of the decision it is direct problems{tasks} of management;
- To develop the software of the organization of processing of the information in the universal computer during the decision of problems{tasks} of management;
- To achieve stability to failures of the universal computer and reliability of system as a whole;
- To define{determine} structure of system as a whole and a place of computing means, interface of the universal computer to object of management, program and hardware maintenance of development and planning of programs during their creation.
Was considered, that introduction of the universal computer in a contour of the automated control system of a technical position will generate, basically, only difficulties of program character. Really it is far not so. The way of the decision of each class of problems{tasks} cardinally depends on ways of the decision of the others. Therefore development of private{individual} methods of the decision of each class of problems{tasks}, and creation of uniform productive and reliable technology of construction of the automated control system was necessary not.
As a result of the lead researches and design studies it has been revealed, that such technology for the certain class of problems{tasks} of management can be created. First of all it has been established{installed}, that possible{probable} problems{tasks} of management of technological processes possess a number{line} of specific properties and behind some exception can be classified on a small number of representative classes. For each of these classes the uniform way of representation of any specific target in the form of model - the law of management in which there is an information only about a problem{task} of management, but not about a way of its{her} realization can be offered. As rules of functioning of all models of a class are uniform, there is an opportunity to create the universal automatic device for each class which, being is completed any suitable for it{him} by a physical embodiment of the law of management, on the basis of a current condition of gauges of object of management and adjacent systems will provide delivery of necessary commands{teams}.
At system engineering management of top level of the automated control system by a starting complex and the automated control system of a universal complex the stand-start has been revealed a representative class of problems{tasks} of management, rules of creation of specific targets of management - laws of management are developed. With use of universal computers it was possible to provide simply enough automatic manufacture of carriers{bearers} of laws of management. On the basis of the universal computer with use of modern traditional methods the necessary universal automatic device has been created.
The developed technology of representation of problems{tasks} of management was based on the offered new approach in definition of the theory of stratification (hierarchy of descriptions), structures and nomenclatures of developers of a problem{task} of the management, participating in management of technological process of the operators solved by them of problems{tasks} and powers, distributions of duties between developers of a problem{task} of management and developers of means of its{her} realization.

Original version of the text

Управление комплексами "ракета-старт"

Автоматизированная система управления универсальным комплексом стенд-старт и стартовым комплексом должна была обеспечить с заданной надежностью реализацию не только заранее определенной задачи управления пуском, но и управление в условиях возникновения заблаговременно не предусмотренных ситуаций, а также уменьшение возможного ущерба при возникновении таких ситуаций.
Помимо сложности объекта управления и протекающих в нем процессов, объемности задачи управления и жесткости требований по надежности ее реализации, проблемный характер процесса создания комплекса управления определялся еще одним важным обстоятельством - являясь в значительной мере оригинальными, объект и комплекс управления разрабатывались параллельно. При этом задача управления могла быть сформирована только на завершающем этапе создания комплекса управления. С другой стороны, комплекс управления должен был обеспечить реализацию не одной штатной, а целого ряда различных задач управления в ходе экспериментальной отработки этого объекта.
Известная к настоящему времени технология разработки комплексов управления технологическими процессами не могла обеспечить в должной мере решения возникшей проблемы. В этих условиях было принято решение строить комплекс управления с несколькими уровнями. Каждая система нижнего уровня обеспечивает управление частью оборудования, которое является консервативным элементом, поскольку возможности его доработок после изготовления и номенклатура режимов его функционирования ограничены. В связи с этим содержание задачи управления таким оборудованием стало возможным формировать на ранних этапах его разработки. Средства его управления стали доступны традиционной технологии создания автоматизированной системы управления технологическими процессами.
Системы управления нижнего уровня - абоненты автоматизированной системы управления стартового комплекса и автоматизированной системы управления комплекса стенд-старта - были созданы на основе общепринятой технологии с достаточно широким использованием средств вычислительной техники как в процессе разработки, так и непосредственно в контуре управления. Система верхнего уровня осуществляет цельное и взаимоувязанное управление подготовкой и пуском, заданием последовательности режимов системам нижнего уровня и выдачей команд непосредственно на исполнительные органы ракеты. Общее число (по номенклатуре) выдаваемых этой системой команд около 3000, а общее число контролируемых сигналов - 5000. Система включает в контур управления шесть операторов-технологов высшего уровня и высшее звено управления - технического руководителя подготовкой и пуском ракеты-носителя. Именно эта система обеспечивает выполнение задачи подготовки и пуска ракеты-носителя либо минимизацию ущерба при неблагоприятно складывающихся обстоятельствах. Задачи управления, реализуемые этой системой, подвержены принципиальным изменениям от испытания к испытанию и окончательно формировались за месяц-два до работы. Корректировки ее заканчивались непосредственно перед пуском. Известные в мировой практике технологии создания автоматизированной системы управления при прочих равных условиях (одинаковая сложность задачи управления, одинаковая надежность, помехоустойчивость при реализации задачи) требуют на формулирование задачи до двух лет, а на обеспечение аппаратурой и программой реализации задачи - 3-4 года.
Возникшие при создании системы высшего уровня, проблемы потребовали найти оригинальный подход как в технологии разработки системы, так и в принципах ее построения. Поиск такого основывался на кардинальном пересмотре общепринятого прямого заимствования опыта использования универсальных вычислительных машин в вычислительных центрах для обеспечения организации их работы в контуре автоматизированной системы управления технологическими процессами.
Практически одновременно с появлением массовых универсальных вычислительных машин в пятидесятые годы сформировалась точка зрения о перспективности их использования в контуре систем управления в качестве основного информационно-логического ядра. Однако до появления реальных систем с универсальными вычислительными машинами прошло более десяти лет в связи с недостаточным уровнем технологии производства вычислительной техники, не обеспечивающим необходимые показатели надежности и стоимости универсальных вычислительных машин, отсутствием реальной технологии внедрения универсальных вычислительных машин в контур управления, низким уровнем теоретической проработки и отсутствием опыта.
До определенного этапа развития технологии производства были актуальны и поэтому достаточно интенсивно велись исследования, направленные на определение границы областей эффективного применения традиционных средств и универсальных вычислительных машин в контурах систем управления. При этом основным критерием выступали стоимость при равной надежности, либо надежность при равной стоимости. Аргументами, в которых решалась задача, обычно выступали показатели суммарной информативности системы по входам, показатели, в той или иной мере характеризующие структурную сложность алгоритма управления. С развитием технологии производства универсальных вычислительных машин отмеченная граница неуклонно сужала область целесообразного и эффективного применения традиционных средств. В то же время, присущие универсальным вычислительным машинам возможности стимулировали решение задач управления, которые было трудно реализуемы либо вообще недоступны традиционным средствам, но реализация которых была крайне эффективна.
Указанный процесс эволюционно развивался вплоть до середины шестидесятых годов, до появления интегральной технологии, которая совершила революционный поворот в вычислительной технике, завершившийся в настоящее время появлением микромашин. Функциональные и эксплуатационные возможности этих устройств (архитектура, производительность, объем памяти и надежность, стоимость, экономичность, габариты с сохранением универсальности), по крайней мере, с технических позиций ограничили область целесообразности применения традиционных средств до простых либо узкоспециальных задач управления. К настоящему времени исследования, направленные на определенные границы целесообразного применения универсальных вычислительных машин в контуре управления, в подавляющем большинстве случаев неизбежно носят схоластический характер.
Представившаяся область применения систем управления с позиций технологии их разработки характеризовалась громоздкостью задачи управления и сложностью организационной структуры, уникальностью создаваемого объекта и процесса управления, тяжестью последствий ошибочных технологических решений.
Отмеченные особенности однозначно определили необходимость применения универсальных вычислительных машин как в контуре управления, так и в самом процессе создания автоматизированной системы управления, наложили на процесс создания автоматизированной системы управления универсального комплекса стенд-старт, автоматизированной системы управления стартового комплекса чрезвычайно высокие требования по производительности и безошибочности. Фактически потребовалась технология создания систем управления, в которой окончательную формулировку задачи управления допустимо осуществлять на завершающих стадиях, то есть непосредственно перед использованием системы. Однако внедрение вычислительной техники традиционным способом не обеспечивало необходимого результата.
В условиях чрезвычайно интенсивного процесса развития технологии вычислительной техники наметилось очевидное отставание от требований дня - технологии ее использования вообще и технологии ее использования в контуре системы управления в частности. Стремление разработчиков систем управления преодолеть отставание на основе использования имеющегося опыта создания систем на традиционных средствах и опыта использования универсальных вычислительных машин при решении задач вычислительного характера не давали желаемого результата.
Расширение возможностей универсальных вычислительных машин в части объема памяти, быстродействия, надежности, удобства сопряжения с объектом и пользователем дали возможность ставить задачи все большей размерности и сложности, с повышенной ответственностью за результат. Наметилось явное противоречие между принципиальной возможностью решения все более усложняющихся задач, с одной стороны, и трудностью реализации их решения с необходимой надежностью существующими коллективами разработчиков - с другой.
Таким образом, сложились условия, в которых необходимо было переосмыслить опыт создания систем управления технологическим процессом. Именно сложность проблемы в целом и предопределила необходимость поиска новых подходов в ее решении с учетом особенности каждого класса систем, заставило с осторожностью относиться к накопленному опыту использования универсальных вычислительных машин при решении задач другого класса или к опыту создания систем аналогичного класса, но построенных на традиционных средствах.
Основная проблема создания автоматизированной системы управления технической позиции была связана с необходимостью повышения производительности и надежности процесса разработки. При этом производительность оценивалась суммарной трудоемкостью, продолжительностью создания системы, трудоемкостью работ, производимых силами головного заказывающего предприятия, трудоемкостью работ отдельных предприятий-соразработчиков. Под надежностью процесса разработки понимаются степени достоверности принимаемых в процессе разработки решений.
При принятом определении понятий производительности и надежности их оценки естественно взаимосвязаны. Причем оригинальный характер создаваемых автоматизированных систем управления технической позиции в значительной мере предопределяет ее свойство - чем выше надежность, тем выше производительность. Высокая относительная стоимость (трудозатраты доработок), которая является, в основном, следствием низкой надежности, позволяет полагать, что суммарные трудозатраты по созданию автоматизированной системы управления технической позиции тем выше, чем ниже производительность и надежность ее создания. При традиционном подходе непосредственно в обеспечение создания автоматизированной системы управления технической позиции с использованием универсальной вычислительной машины в контуре управления уже на начальном этапе разработки необходимо было:
- определить совокупность задач управления, которые должны быть реализованы автоматизированными системами управления технической позиции, место человека в контуре автоматизированной системы управления технического комплекса, реализовать его сопряжения с аппаратной частью системы;
- определить программное и информационное обеспечение решения непосредственно задач управления;
- разработать программное и информационное обеспечение решения непосредственно задач управления;
- разработать программное обеспечение организации обработки информации в универсальной вычислительной машине в процессе решения задач управления;
- добиться устойчивости к сбоям универсальной вычислительной машины и надежности системы в целом;
- определить структуру системы в целом и место вычислительных средств, сопряжение универсальной вычислительной машины с объектом управления, программное и аппаратное обеспечение разработки и планирования программ в процессе их создания.
Считалось, что внедрение универсальной вычислительной машины в контур автоматизированной системы управления технической позиции породит, в основном, только трудности программного характера. Реально это далеко не так. Способ решения каждого класса задач кардинально зависит от способов решения остальных. Поэтому необходимо было не развитие частных методов решения каждого класса задач, а создание единой производительной и надежной технологии построения автоматизированной системы управления.
В результате проведенных исследований и конструкторских проработок было выявлено, что такая технология для определенного класса задач управления может быть создана. Прежде всего было установлено, что возможные задачи управления технологическими процессами обладают рядом специфических свойств и за некоторым исключением могут быть классифицированы на небольшое число представительных классов. Для каждого из этих классов может быть предложен единый способ представления любой конкретной задачи в виде модели - закона управления, в котором есть информация только о задаче управления, но не о способе ее реализации. Поскольку правила функционирования всех моделей класса едины, то имеется возможность создать универсальный для каждого класса автомат, который, будучи укомплектован каким-то пригодным для него физическим воплощением закона управления, на основании текущего состояния датчиков объекта управления и смежных систем обеспечит выдачу необходимых команд.
При разработке систем управления верхнего уровня автоматизированной системы управления стартовым комплексом и автоматизированной системы управления универсальным комплексом стенд-старт был выявлен представительный класс задач управления, разработаны правила создания конкретных задач управления - законов управления. С использованием универсальных вычислительных машин удалось достаточно просто обеспечить автоматическое производство носителей законов управления. На основании универсальной вычислительной машины с использованием современных традиционных методов был создан необходимый универсальный автомат.
Разработанная технология представления задач управления базировалась на предложенном новом подходе в определении теории стратификации (иерархии описаний), структуры и номенклатуры разработчиков задачи управления, участвующих в управлении технологическим процессом операторов, решаемых ими задач и полномочий, распределения обязанностей между разработчиками задачи управления и разработчиками средств ее реализации.