Разработка тренажеров

Интегрированная среда InSIDE

Компанией разработан собственный комплекс программных инструментов, входящих в состав интегрированной среды разработки тренажеров InSiDE, которая позволяет создавать тренажеры (как аналитические, так и полномасштабные) для технологических объектов различной степени сложности.

Использование интегрированной среды разработки InSiDE позволяет:

• автоматизировать процесс разработки тренажеров, что не только ускоряет и упрощает разработку, но и снижает риск ошибок, совершаемых разработчиком при выполнении рутинных операций;
• привлекать к разработке специалистов, не являющихся экспертами в языках программирования. Используя CAD системы, основанные на принципе визуального программирования, разработчик может сконцентрироваться на вопросах физики моделируемых процессов или принципах функционирования технологических систем, не вникая в тонкости программирования;
• вносить изменения в тренажер специалистам Заказчика без привлечения разработчиков.

Основные характеристики InSiDE:

• графический интерфейс разработки тренажеров;
• многопользовательская среда разработки;
• CAD приложения для визуального программирования;
• средства отладки и мониторинга работы тренажера;
• автоматизированная интеграция расчетных модулей тренажера;
• возможность распределенных вычислений (кластерные тренажеры);

Работа интегрированной среды разработки тренажеров InSiDE построена на использовании базы данных реального времени InterBase. База данных тренажера используется для хранения данных по разрабатываемому тренажеру и организации к ней многопользовательского доступа.

Для описания состояния моделируемого оборудования и его характеристик в базе данных тренажера создаются специализированные классы данных. Например, класс данных Sensors (измерительные каналы), класс данных Actuators (исполнительные механизмы) и т.д. На основе этих классов в БД заносятся списки объектов моделируемого оборудования и их характеристики. Для организации графического интерфейса с БД тренажера используется утилита DataBase Editor, входящая в состав InSiDE. Все технологические системы и оборудование, моделируемые в тренажере, разбиваются на отдельные подсистемы (модели).

Для каждой подсистемы в дальнейшем создается свой расчетный программный модуль, представляющий собой отдельный выполняемый файл.

Информация о всех подсистемах хранится в БД тренажера.

Для организации графического интерфейса с БД тренажера используется утилита ModelList Editor, входящая в состав InSiDE. Передача данных между программными модулями тренажера осуществляется посредством TCP/IP протокола.

Моделирующий программный модуль тренажера состоит из двух частей:

• непосредственно математической модели системы;
• Функций обмена данными с сервером тренажера

Для организации обмена данными между различными программными модулями на сервере тренажера существует общая область данных. Общая область данных создается на этапе запуска сервера тренажера на основе ранее созданных классов данных в БД тренажера.

Программные модули, моделирующие электроэнергетические системы, теплогидравлические сети и системы КИПиА тренажера создаются с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР), входящей в состав InSiDE.

Базовые элементы, используемые для построения схем моделируемых систем, объединяются в библиотеки элементов.

Для создания новых базовых элементов, а также редактирования уже созданных используется утилита Object Editor, входящая в состав InSiDE.

Создание программного модуля в САПР InSiDE происходит с помощью так называемого метода “визуального программирования”, когда разработчик с помощью манипулятора мышь размещает на рабочем поле графические изображения базовых элементов схемы, связывает их между собой и задает их внутренние параметры. Затем созданная технологическая схема тестируется в автономном и комплексном режимах. В ходе тестирования разработчик может контролировать все параметры работы схемы. После отладки работы схемы моделируемой системы, автоматически создается полный исходный текст ее программы (язык C++) и файла проекта для компиляции соответствующего программного модуля тренажера.

Базовые элементы, используемые для построения схем моделируемых систем, объединяются в библиотеки элементов. Для создания новых базовых элементов, а также редактирования уже созданных используется утилита Object Editor, входящая в состав InSiDE.

Утилита Object Editor позволяет:

• задавать внешний вид объектов;
• задавать расчетную функцию объекта (язык C++);
• графически определять входные/выходные переменные и параметры объекта;
• компилировать библиотеки объектов для их интеграции в САПР.

При моделировании уникального оборудования (активная зона, турбина и т.д.) разработчиком заполняется таблица соответствий данных, которая устанавливает связь между интерфейсными переменными выполняемого модуля и данными, хранящимися в общей области данных тренажера.

Затем на основе таблицы соответствий автоматически создается шаблон исходного текста программы (язык C++) и файла проекта (Microsoft Visual Studio) для компиляции будущего программного модуля тренажера. Исходный текст модуля включает в себя все необходимые функции работы с сервером и вызовы функций моделирования.

Разработчику в свою очередь, необходимо создать непосредственно функции расчета моделируемых параметров, используя интерфейсные переменные, описанные ранее в таблице соответствий.

Человеко-машинный интерфейс

Модули ЧМИ тренажера также представляют собой отдельные исполняемые (exe) файлы, которые запускаются на машинах-станциях оператора и инструктора. Для создания фрагментов ЧМИ используется система автоматического проектирования (Designer), входящая в состав InSiDE. Фрагменты создаются на основе графических элементов, реализующих визуальное представление и функции управления соответствующего моделируемого объекта (насос, клапан и т.п.), а также статической графики.

Для создания новых графических элементов и редактирования уже созданных используется редактор графических элементов, позволяющий:

• определять внешний вид элемента;
• задавать анимацию элемента в зависимости от состояния моделируемого объекта;
• создавать библиотеки элементов.

Результатом работы системы автоматического проектирования ЧМИ тренажера являются библиотеки графических элементов и набор текстовых файлов, содержащих описание фрагментов тренажера в специализированном формате, которые используются для инициализации модулей ЧМИ тренажера.

Конфигурация тренажера

Использование модульной клиент-серверной архитектуры на основе TCP/IP протокола позволяет запускать тренажер в различных конфигурациях в зависимости от необходимого объема моделирования и используемого машинного парка тренажера.

Для создания различных конфигураций и запуска тренажера используется утилита Configurator, входящая в состав InSiDE. Данная утилита позволяет определять, какие модули будут задействованы при работе тренажера, на каких машинах они будут выполняться, какие процессоры будут использоваться.