Verificazione automatica di i requisiti TOR in u prucessu di simulazione dinamica

Cuntinuà u tema "Quale hè a vostra evidenza?", Fighjemu u prublema di mudeli matematichi da l'altra parte. Dopu chì simu cunvinti chì u mudellu currisponde à a verità casalinga di a vita, pudemu risponde à a quistione principale: "chì, esattamente, avemu quì?" Quandu creanu un mudellu di un ughjettu tecnicu, generalmente vulemu assicurà chì questu ogettu risponde à e nostre aspettative. Per questu scopu, calculi dinamichi di prucessi sò realizati è u risultatu hè paragunatu cù i bisogni. Questu hè un gemellu digitale, un prototipu virtuale, etc. picciotti di moda chì, in u stadiu di cuncepimentu, risolve u prublema di cumu per assicurà chì avemu ciò chì avemu previstu.

Cumu pudemu assicurà rapidamente chì u nostru sistema hè esattamente ciò chì cuncepemu, u nostru disignu volerà o flotterà? È s'ellu vola, quantu altu ? È s'ellu si galleghja, quantu prufonda?

Questu articulu discute l'automatizazione di verificazione di u rispettu di i requisiti di un edifiziu tecnicu quandu creanu mudelli dinamichi di sistemi tecnichi. Per esempiu, fighjemu un elementu di e specificazioni tecniche per un sistema di rinfrescante di l'aeronautica.

Cunsideremu quelli requisiti chì ponu esse spressi numericamente è verificati matematicamente basatu annantu à un mudellu di calculu specificu. Hè chjaru chì questu hè solu una parte di i requisiti generali per qualsiasi sistema tecnicu, ma hè nantu à cuntrollà chì passamu u tempu, i nervi è i soldi per creà mudelli dinamichi di l'ughjettu.

Quandu si descrizanu i requisiti tecnichi in a forma di un documentu, ponu esse distinti parechji tippi di esigenze diverse, ognuna di quali esige approcci diffirenti per a furmazione di verificazione automatica di u cumplimentu di i requisiti.

Per esempiu, cunzidira stu picculu ma realisticu di esigenze:

1. A temperatura di l'aria atmosferica à l'entrata di u sistema di trattamentu di l'acqua:
   in u parking - da minus 35 à 35 ºС,
   in volu - da minus 35 à 39 ºС.
2. A pressione statica di l'aria atmosferica in volu hè da 700 à 1013 GPa (da 526 à 760 mm Hg).
3. A pressione di l'aria totale à l'entrata di l'ingaghjamentu d'aria SVO in volu hè da 754 à 1200 GPa (da 566 à 1050 mm Hg).
4. Température de l'air de refroidissement :
   in u parking - micca più di 27 ºС, per i blocchi tecnichi - micca più di 29 ºС,
   in volu - micca più di 25 ºС, per i blocchi tecnichi - micca più di 27 ºС.
5. Flussu d'aria di rinfrescante:
   quandu parcheggiatu - almenu 708 kg / h,
   in volu - micca menu di 660 kg / h.
6. A temperatura di l'aria in i compartimenti di l'instrumentu ùn hè micca più di 60 ºС.
7. A quantità di umidità libera fina in l'aria di rinfrescante ùn hè micca più di 2 g / kg d'aria secca.

Ancu in questu settore limitatu di esigenze, ci sò almenu duie categurie chì deve esse trattatu in modu diversu in u sistema:

• esigenze di u funziunamentu di u sistema (clauses 1-3);
• esigenze parametriche per u sistema (clauses 3-7).

Requisiti di e cundizioni di u funziunamentu di u sistema
Cundizioni esterni per u sistema chì hè sviluppatu durante u mudellu pò esse specificatu cum'è cundizioni di cunfini o cum'è u risultatu di l'operazione di u sistema generale.
In a simulazione dinamica, hè necessariu di assicurà chì e cundizioni di u funziunamentu specificate sò cuparti da u prucessu di simulazione.

Requisiti di u sistema parametricu
Questi requisiti sò parametri furniti da u sistema stessu. Durante u prucessu di mudeli, pudemu ottene sti parametri cum'è risultati di calculu è assicuratevi chì i requisiti sò soddisfatti in ogni calculu specificu.

Identificazione di esigenze è codificazione

Per facilità di travaglià cù i requisiti, i standard esistenti ricumandenu di assignà un identificatore à ogni requisitu. Quandu assignate identificatori, hè assai desideratu di utilizà un sistema di codificazione unificatu.

Un codice di esigenza pò esse simplicemente un numeru chì rapprisenta u numeru d'ordine di u requisitu, o pò cuntene un codice per u tipu di esigenza, un codice per u sistema o unità à quale si applica, un codice di paràmetru, un codice di locu, è tuttu ciò chì un ingegnere pò imaginà. (vede l'articulu per l'usu di codificazione)

A Tabella 1 furnisce un esempiu simplice di codificazione di esigenze.

1. codice di a fonte di esigenze R-requisiti TK;
2. codice tipu di esigenze E - esigenze - paràmetri ambiente, o cundizioni funziunamentu
   S - esigenze furnite da u sistema;
3. codice di status di l'aeronave 0 - qualsiasi, G - parcheggiatu, F - in volu;
4. codice di tipu di paràmetru fisicu T - temperatura, P - pressione, G - flussu, umidità H;
5. numeru di serie di u requisitu.

ID esigenze	discrizzione	Parameter
REGT01	A temperatura di l'aire ambientale à l'entrata di u sistema di rinfrescante d'acqua: in u parking - da minus 35ºС. finu à 35 ºС.
REFT01	A temperatura di l'aria atmosferica à l'entrata di u sistema di difesa di l'aria: in volu - da minus 35 ºС à 39 ºС.
REFP01	A pressione atmosferica statica in volu hè da 700 à 1013 hPa (da 526 à 760 mm Hg).
REFP02	A pressione di l'aria tutale à l'entrata di l'ingressu di l'aria SVO in volu hè da 754 à 1200 hPa (da 566 à 1050 mm Hg).
RSGT01	Temperature di l'aria di rinfrescante: quandu parcheggiatu micca più di 27 ºС
RSGT02	Temperatura di l'aria di rinfrescante: in u parking, per unità tecniche micca più di 29 ºС
RSFT01	A temperatura di l'aria di rinfrescante in volu micca più di 25 ºС
RSFT02	Temperature di l'aria di rinfrescante: in volu, per unità tecniche micca più di 27 ºС
RSGG01	Flussu d'aria di rinfrescante: quandu parcheggiatu micca menu di 708 kg / h
RSFG01	Flussu d'aria di rinfrescante: in volu micca menu di 660 kg / h
RS0T01	A temperatura di l'aria in i compartimenti di l'instrumentu ùn hè più di 60 ºС
RSH01	A quantità di umidità libera fina in l'aria di rinfrescante ùn hè micca più di 2 g / kg d'aria secca

Cuncepimentu di u sistema di verificazione di i requisiti.

Per ogni requisitu di cuncepimentu ci hè un algoritmu per valutà a currispundenza di i paràmetri di disignu è i paràmetri specificati in u requisitu. In generale, ogni sistema di cuntrollu cuntene sempre algoritmi per verificà e esigenze solu per automaticamente. E ancu ogni regulatore li cuntene. Se a temperatura hè fora di i limiti, l'aria condizionata si accende. Cusì, a prima tappa di ogni regulamentu hè di verificà s'ellu i paràmetri risponde à i requisiti.

E postu chì a verificazione hè un algoritmu, allora pudemu usà i stessi arnesi è arnesi chì avemu usatu per creà prugrammi di cuntrollu. Per esempiu, l'ambienti SimInTech permette di creà pacchetti di prughjetti chì cuntenenu diverse parti di u mudellu, eseguite in forma di prughjetti separati (mudellu d'ughjettu, mudellu di sistema di cuntrollu, mudellu d'ambiente, etc.).

U prughjettu di verificazione di esigenze in questu casu diventa u stessu prughjettu di l'algoritmu è hè cunnessu à u pacchettu mudellu. È in u modu di mudeli dinamichi faci un analisi per u rispettu di i requisiti di e specificazioni tecniche.

Un esempiu pussibule di un disignu di sistema hè mostratu in Figura 1.

Figura 1. Esempiu di disignu di un prughjettu di verificazione.

Cum'è per l'algoritmi di cuntrollu, i requisiti ponu esse elaborati cum'è un inseme di fogli. Per a cunvenzione di travaglià cù algoritmi in ambienti di mudeli strutturale cum'è SimInTech, Simulink, AmeSim, hè aduprata a capacità di creà strutture multi-livellu in forma di sottomodelli. Questa urganizazione permette di raggruppà diverse esigenze in setti per simplificà u travagliu cù una varietà di esigenze, cum'è hè fattu per l'algoritmi di cuntrollu (vede Fig. 2).

Figura 2. Struttura gerarchica di u mudellu di verificazione di esigenze.

Per esempiu, in u casu in cunsiderà, dui gruppi sò distinti: esigenze per l'ambiente è esigenze direttamente per u sistema. Per quessa, una struttura di dati à dui livelli hè aduprata: dui gruppi, ognunu di i quali hè una foglia di l'algoritmu.

Per cunnette i dati à u mudellu, hè utilizatu un schema standard per generà una basa di dati di signali, chì guarda dati per u scambiu trà e parti di u prugettu.

Quandu creanu è teste u software, e letture di sensori (analogi di sensori di u sistema reale) chì sò utilizati da u sistema di cuntrollu sò posti in questa basa di dati.
Per un prughjettu di prova, ogni paràmetru calculatu in u mudellu dinamicu pò esse guardatu in a listessa basa di dati è cusì utilizatu per verificà s'ellu hè cumpletu i requisiti.

In questu casu, u mudellu dinamicu stessu pò esse eseguitu in ogni sistema di modellazione matematica o ancu in a forma di un prugramma eseguibile. L'unicu requisitu hè a presenza di interfacce di software per l'emissione di dati di mudellu à l'ambiente esternu.

Figura 3. Cunnettendu u prughjettu di verificazione à u mudellu cumplessu.

Un esempiu di una scheda di verificazione di i requisiti di basa hè presentata in a Figura 4. Da u puntu di vista di u sviluppatore, hè un diagramma di calculu cunvinziunali nantu à quale l'algoritmu di verificazione di i requisiti hè presentatu gràficamente.

Figura 4. Scheda di verificazione di i requisiti.

I parti principali di u fogliu di verificazione sò descritti in a Figura 5. L'algoritmu di verificazione hè furmatu in modu simili à i diagrammi di cuncepimentu di l'algoritmi di cuntrollu. À u latu drittu ci hè un bloccu per leghje segnali da a basa di dati. Stu bloccu accede à a basa di dati di signali durante a simulazione.

I signali ricevuti sò analizati per calculà e cundizioni di verificazione di i requisiti. In questu casu, l'analisi di l'altitudine hè realizatu per determinà a pusizione di l'aviò (s'ellu hè parcheggiatu o in volu). Per questu scopu, pudete aduprà altri signali è paràmetri calculati di u mudellu.

E cundizioni di verificazione è i paràmetri verificati sò trasferiti à i blocchi di verificazione standard, in quale sti parametri sò analizati per u rispettu di i requisiti specificati. I risultati sò registrati in a basa di dati di signali in modu chì ponu esse usatu per generà automaticamente una lista di cuntrollu.

Figura 5. Struttura di u fogliu di calculu di verificazione di esigenze.

I paràmetri per esse pruvati ùn anu micca bisognu di usà signali cuntenuti in a basa di dati, chì sò cuntrullati da paràmetri calculati durante u prucessu di simulazione. Nunda ci impedisce di fà calculi supplementari in u quadru di i requisiti di u prugettu, cum'è calculemu e cundizioni di verificazione.

Per esempiu, stu requisitu:

U numeru di attivazioni di u sistema di currezzione durante u volu à u mira ùn deve esse più di 5, è u tempu di funziunamentu tutale di u sistema di currezzione ùn deve esse più di 30 seconde.

In questu casu, un algoritmu per contru à u numeru di iniziu è u tempu tutale di u funziunamentu hè aghjuntu à u schema di disignu di i bisogni.

Bloccu di verificazione di i requisiti tipici.

Ogni casella di verificazione di u requisitu standard hè pensata per calculà u cumplimentu di un requisitu di un certu tipu. Per esempiu, i requisiti ambientali includenu una gamma di temperature di u funziunamentu di l'ambienti quandu parcheggiate è in volu. Stu bloccu deve riceve a temperatura di l'aria in u mudellu cum'è un paràmetru è stabilisce se stu paràmetru copre u intervallu di temperatura specificata./p>

U bloccu cuntene dui porti di input, param è cundizione.

U primu hè alimentatu cù u paràmetru verificatu. In questu casu, "Temperatura esterna".

Una variabile booleana hè furnita à u sicondu portu - a cundizione per fà a verificazione.

Se TRUE (1) hè ricevutu à a seconda entrata, allora u bloccu eseguisce un calculu di verificazione di esigenza.

Se u sicondu input riceve FALSE (0), allora e cundizioni di prova ùn sò micca scontri. Questu hè necessariu per chì e cundizioni di calculu ponu esse cunsideratu. In u nostru casu, questu input hè utilizatu per attivà o disattivà u cuntrollu secondu u statu di u mudellu. Se l'aeronave hè in terra durante a simulazione, i requisiti relativi à u volu ùn sò micca verificati, è vice versa - se l'aeronave hè in volu, i requisiti relativi à l'operazione in stand ùn sò micca verificati.

Stu input pò ancu esse usatu durante a stallazione di u mudellu, per esempiu in a fase iniziale di calculu. Quandu u mudellu hè purtatu in u statu necessariu, i blocchi di cuntrollu sò disattivati, ma appena u sistema righjunghji u modu operativu necessariu, i blocchi di cuntrollu sò attivati.

I paràmetri di stu bloccu sò:

• Cundizioni di cunfini: limiti superiore (UpLimit) è inferiore (DownLimit) chì deve esse verificatu;
• u tempu d'esposizione di u sistema necessariu à i intervalli di cunfini (TimeInterval) in seconde;
• Request ID ReqName;
• a permissibilità di sopra à u range Out_range hè una variabile booleana chì determina se un valore chì supera l'intervallu verificatu hè una violazione di u requisitu.

In certi casi, l'output di u valore di prova indica chì u sistema hà qualchì margine è pò esse operatu fora di u so intervallu operativu. In altri casi, un output significa chì u sistema ùn hè micca capace di mantene i setpoints in u range.

Figura 6. Un bloccu di cuntrollu di pruprietà tipica in u diagramma è i so paràmetri.

In u risultatu di u calculu di stu bloccu, a variabile Risultu hè furmata à l'output, chì piglia i seguenti valori:

• 0 - rNone, valore micca definitu;
• 1 - rFattu, u requisitu hè cumpletu;
• 2 - rFault, u requisitu ùn hè micca cumpletu.

L'immagine di bloccu cuntene:

• testu identificatore;
• display digitale di parametri di limiti di misurazione;
• identificatore di culore di u statutu di u paràmetru.

Dentru u bloccu pò esse un circuitu di inferenza logica piuttostu cumplessu.

Per esempiu, per verificà a gamma di temperatura di u funziunamentu di l'unità mostrata in Figura 6, u circuitu internu hè mostratu in Figura 7.

Figura 7. Schema internu di l'unità di determinazione di a gamma di temperatura.

Dentru u bloccu di circuitu, sò usati e proprietà specificate in i paràmetri di u bloccu.
In più di analizà u rispettu di i requisiti, u diagramma internu di u bloccu cuntene un graficu necessariu per visualizà i risultati di simulazione. Stu graficu pò esse usatu sia per vede durante u calculu sia per analizà i risultati dopu u calculu.

I risultati di u calculu sò trasmessi à l'output di u bloccu è sò registrati simultaneamente in un schedariu di rapportu generale, chì hè creatu basatu annantu à i risultati per tuttu u prughjettu. (vede Fig. 8)

Un esempiu di un rapportu creatu basatu annantu à i risultati di simulazione hè un schedariu html creatu secondu un furmatu datu. U furmatu pò esse cunfiguratu arbitrariamente à u formatu accettatu da una urganizazione particulari.

Dentru u bloccu di circuitu, sò usati e proprietà specificate in i paràmetri di u bloccu.
In più di analizà u rispettu di i requisiti, u diagramma internu di u bloccu cuntene un graficu necessariu per visualizà i risultati di simulazione. Stu graficu pò esse usatu sia per vede durante u calculu sia per analizà i risultati dopu u calculu.

I risultati di u calculu sò trasmessi à l'output di u bloccu è sò registrati simultaneamente in un schedariu di rapportu generale, chì hè creatu basatu annantu à i risultati per tuttu u prughjettu. (vede Fig. 8)

Un esempiu di un rapportu creatu basatu annantu à i risultati di simulazione hè un schedariu html creatu secondu un furmatu datu. U furmatu pò esse cunfiguratu arbitrariamente à u formatu accettatu da una urganizazione particulari.

Figura 8. Esempiu di un schedariu di rapportu basatu nantu à i risultati di simulazione.

In questu esempiu, a forma di rapportu hè cunfigurata direttamente in e pruprietà di u prughjettu, è u formatu in a tavula hè stabilitu cum'è signali di u prugettu globale. In questu casu, SimInTech stessu risolve u prublema di stallà u rapportu, è u bloccu per scrive risultati in un schedariu utilizeghja sti linii per scrive à u schedariu di rapportu.

Figura 9. Stabbilimentu di u formatu di rapportu in i signali di u prugettu globale

Utilizà una basa di dati di signali per i bisogni.

Per automatizà u travagliu cù paràmetri di pruprietà, una struttura standard hè creata in a basa di dati di signale per ogni blocu tipicu. (vede Fig. 10)

Figura 10. Esempiu di a struttura di un bloccu di verificazione di esigenza in una basa di dati di signali.

A basa di dati di signale furnisce:

• Salvà tutti i parametri necessarii di u sistema.
• Visualizzazione conveniente di i bisogni di u prugettu esistenti da parametri specificati è risultati di mudeli attuali.
• Configurazione di un bloccu o un gruppu di blocchi utilizendu una lingua di prugrammazione di scrittura. I cambiamenti in a basa di dati di signali portanu à cambiamenti in i valori di pruprietà di u bloccu in u diagramma.
• Memorizà e descrizioni di testu, ligami à elementi di specificazioni tecniche o identificatori in u sistema di gestione di esigenze.

Strutture di basa di dati di signali per i bisogni ponu esse facilmente cunfigurati per travaglià cù un sistema di gestione di i requisiti di terzu.Un diagramma generale di l'interazzione cù i sistemi di gestione di i requisiti hè presentatu in Figura 11.

Figura 11. Diagramma di interazzione cù u sistema di gestione di esigenze.

A sequenza di l'interazzione trà u prughjettu di prova SimInTech è u sistema di cuntrollu di esigenze hè a siguenti:

1. I termini di riferimentu sò spartuti in esigenze.
2. I requisiti di e specificazioni tecniche sò identificati chì ponu esse verificati da a modellazione matematica di i prucessi tecnichi.
3. L'attributi di i bisogni selezziunati sò trasferiti à a basa di dati di signali SimInTech in a struttura di blocchi standard (per esempiu, a temperatura massima è minima).
4. Durante u prucessu di calculu, i dati di a struttura sò trasferiti à i diagrammi di design di bloccu, l'analisi hè realizata è i risultati sò almacenati in una basa di dati di signali.
5. Quandu u calculu hè cumpletu, i risultati di l'analisi sò trasferiti à u sistema di gestione di esigenze.

I Passi Requisiti da 3 à 5 ponu esse ripetuti durante u prucessu di cuncepimentu quandu si verificanu cambiamenti à u disignu è / o esigenze è l'impattu di i cambiamenti deve esse testatu.

Cunclusioni.

• U prototipu creatu di u sistema furnisce una riduzione significativa di u tempu di analisi di mudelli esistenti per u rispettu di i requisiti di e specificazioni tecniche.
• A tecnulugia di prova pruposta usa mudelli dinamichi digià esistenti è pò esse aduprata ancu per qualsiasi mudelli dinamichi, cumpresi quelli chì ùn sò micca realizati in l'ambiente SimInTech.
• Utilizà l'urganizazione di dati batch permette di creà pacchetti di verificazione di esigenze in parallelu cù u sviluppu di mudelli, o ancu aduprà sti pacchetti cum'è specificazioni tecniche per u sviluppu di mudelli.
• A tecnulugia pò esse integrata cù i sistemi di gestione di esigenze esistenti senza costi significativi.

Per quelli chì leghjenu finu à a fine, ligame à un video chì mostra cumu funziona u prototipu.

Source: www.habr.com