Лаборатория № 29 «Системной интеграции средств управления»

Лаборатория была создана в 1964 г. для разработки методологии проектирования систем прямого цифрового управления. Со дня образования до 1991 г. включительно лабораторию возглавляла заслуженный деятель науки, д.т.н., профессор Елена Карловна Круг.

Заведующий лабораторией № 29 Юрий Сергеевич ЛеговичВ составе лаборатории — 15 сотрудников, из них 2 доктора технических наук и 4 кандидата технических наук. За это время больше полутора десятка аспирантов успешно защитили диссертации, из них 8 сотрудников лаборатории получили степень кандидата технических наук, а 2 — доктора технических наук. Сотрудниками лаборатории опубликовано 6 монографий, более 170 научных статей, получено 15 авторских заявок на изобретения.

С 1991 г. лабораторией руководит кандидат технических наук Юрий Сергеевич Легович.

В конце 60-х годов лаборатория принимала участие в проекте, возглавляемом д.т.н. Б. Я. Коганом, по разработке первого в СССР аналого-цифрового вычислительного комплекса, явившегося основой Универсального моделирующего комплекса (УМК) на ММЗ им. С. В. Ильюшина. Комплекс предназначался для отработки ручной системы управления самолетом ИЛ-62. Первый контакт с авиационной промышленностью на много лет определил направление исследований: разработка теории, методов и средств автоматизации научного эксперимента. Были разработаны и реализованы принципы построения многоуровневых систем управления натурным экспериментом, систем моделирования и идентификации динамических параметров объекта. Работа проводилась совместно с ЦАГИ и ММЗ им. С. В. Ильюшина, МНТК «Надёжность машин» (ИМАШ РАН). В процессе управления и обработки результатов выполненных натурных экспериментов был получен богатый практический опыт, который в дальнейшем был реализован при разработке программных пакетов SAD — сбор, обработка и анализ данных, и EMP — подбор эмпирических формул. Впоследствии эти пакеты использовались не только во всех проводимых лабораторией работах, но и нашли применение в других научных организациях. Разработанная методика управления, алгоритмы, программы, комплекс технических средств использовались при создании системы автоматизации прочностных испытаний авиационных конструкций на ММЗ им. С. В. Ильюшина. Под научно-методическим руководством Института и при активном участии сотрудников

лаборатории созданная система успешно использовалась при проведении статических испытаний на прочность серии самолетов ИЛ-76, -86, -96). К середине 90-х годов для обеспечения более тесного научно-технического сотрудничества Института с ЦАГИ и ММЗ им. С. В. Ильюшина было принято решение о строительстве на территории ИПУ силами ММЗ здания для межведомственной лаборатории. Завершить проект создания лаборатории не позволила начавшаяся в стране перестройка.

Опыт, полученный лабораторией при разработке УМК, позволил приступить к созданию целой серии разнообразных тренажёров. Так, совместно с лаб. № 5, были созданы тактические тренажёры, внедрённые в ВМФ СССР. В 2004 г. был передан для эксплуатации Федеральному управлению по безопасному хранению и уничтожению химического оружия тренажёр по управлению объектом уничтожения химического оружия, разработанный совместно с лаб. № 46.


ЕЛЕНА КАРЛОВНА КРУГ

22.05.192224.02.2007

Круг Елена КарловнаЕлена Карловна Круг родилась в семье потомственных учёных. Её отец, Карл Адольфович Круг, был выдающимся теоретиком отечественной энергетики, членом-корреспондентом АН СССР, заведующим кафедрой МЭИ (поначалу он был даже ректором МЭИ). На заре советской власти Карл Адольфович входил в число руководителей ГОЭЛРО и в связи с этим встречался и обсуждал концепцию электрификации страны с Лениным. Из интересных штрихов его биографии можно отметить и то, что учениками К. А. Круга были два знаменитых директора института проблем управления: академик Виктор Сергеевич Кулебакин, первый директор ИАТа, и академик Вадим Александрович Трапезников, чьё имя институт сегодня носит. Сам Карл Адольфович академиком не стал из-за немецких корней, а к моменту его возможного избрания в Академию наук началась Великая Отечественная война с Германией, и ему «посоветовали» свою кандидатуру с выборов снять. Мать, Елена Николаевна, тоже происходила из рода учёных, но по её линии шли в основном гуманитарии. Подобно Елене Карловне Круг, докторами технических наук и профессорами стали её сестра-близнец Наталия Карловна и младший брат Герман Карлович, как и отец, заведовавший кафедрой МЭИ.

Е. К. Круг пришла в Институт в 1943 г. и сразу попала в лабораторию В. А. Трапезникова. Именно Вадим Александрович в начале 60-х годов одобрил желание Елены Карловны заниматься разработкой теоретических основ прямого цифрового управления и принципов структурной организации

цифровых регуляторов. Так в 1964 г. возникает лаборатория № 29 Института проблем управления. Здесь под руководством Е. К. Круг создаются многие типы регуляторов, реализующие различные алгоритмы управления и отличающиеся разнообразием структур и элементных баз.

К концу 60-х годов совместно с Рязанским филиалом ПКБ «Нефтехимавтоматика» при активном участии Е. И. Артамонова разрабатывается система управления процессами смешения бензинов. Система была внедрена в начале 70-х годов на ПТК в г. Грозном, став первой в стране системой смешения нефтепродуктов с цифровым управлением. Специализированный процессор системы имел оригинальную структуру и был построен на элементной базе ЭВМ «Урал-10». Процессор параллельно по 16-ти каналам вычислял управляющие воздействия в соответствии с пропорционально-интегральным законом регулирования. Впервые в СССР была изменена технологическая схема процесса смешения бензинов, осуществлён переход от последовательного смешения компонентов смеси в емкостях к параллельному смешению на потоке в трубопроводе.

Однако, рассказывая о Е. К. Круг, трудно ограничиться упоминанием об одних только происходивших при её участии и под её руководством научно-технических свершениях. Елену Карловну всегда интересовала жизнь во всех её проявлениях. Долгие годы она была председателем профкома, активно участвовала в общественной и научно-организационной жизни, являлась членом Учёного совета Института. Е. К. Круг приложила немало усилий, чтобы жизнь в Институте становилась лучше и полнее.

Личность Елены Карловны ярко характеризует эпизод, который, по счастью, уже довольно трудно оценить нынешней молодёжи. Когда на рубеже 70-80-х годов в Большом конференц-зале Института проходила сессия Академии наук, на неё пришёл тогда ещё не сосланный в г. Горький, ну уже сверхопальный академик Андрей Дмитриевич Сахаров. Единственным человеком, который на глазах у всех решился подойти к нему и заговорить (беседа длилась несколько минут), была Елена Карловна Круг.


В 1990—2002 гг. совместно с лаб. № 5 и кафедрой ОИ ВМФ Академии Генштаба ВС выполнялся комплекс работ по исследованию и разработке теоретических и методологических основ и программного обеспечения (ПО) системы имитационного моделирования вооружённой борьбы противодействующих группировок. В рамках этого направления создан комплекс имитационного моделирования сложных организационных систем и процессов их функционирования. В основе комплекса лежит принципиально новая архитектура аппаратно-программных средств, впоследствии появившаяся в мировой практике под названием архитектуры клиент-сервер. Помимо ПО для управления процессом моделирования и регистрации результатов лабораторией был разработан картографический интерфейс, обеспечивающий взаимодействие имитационной системы непосредственно с офицерами высшего звена, стохастическая модель боевого столкновения группировок, расчёт соотношения сил, базы данных боевых соединений.

Использование имитационного моделирования позволило исследовать процессы взаимодействия противоборствующих систем на оперативно-стратегическом и оперативно-тактическом уровнях. Результатом работ стало внедрение оперативно-тактического тренажёра. Разработка такого тренажёра для кафедры ОИ ВМФ Академии Генштаба ВС позволила создать впервые в стране комплексную систему имитационного моделирования вооружённой борьбы противодействующих группировок.

С середины 90-х годов в условиях перестройки основным направлением лаборатории становится разработка теоретических и методических основ системной интеграции средств управления. На основе современных подходов к формализации описания технико-экономических свойств основных составляющих систем управления сложными объектами разрабатываются методы автоматизации процесса синтеза систем в соответствии с заданными обобщёнными показателями качества. Проводятся теоретические и практические исследования современного состояния средств автоматизации управления за рубежом.

Система управления промышленной электропечьюПервым шагом в направлении проверки эффективности разработанных в лаборатории методик было создание в 1996 г. системы управления промышленной рудотермической электропечью «Кремний» для выплавки кремния на Запорожском алюминиевом комбинате (ЗАЛК). По условиям, заданным ЗАЛК, лаборатории пришлось конкурировать с московским представительством такого известного мирового системного интегратора, как компания Siemens AG. В процессе создания системы основные проблемы были связаны с новизной объекта, жёсткими сроками реализации и очень большими электромагнитными помехами. Такой объект управления, как печь, оказался неустойчивым, что придавало особое значение не только алгоритмам управления, но и надёжности технических средств. Впервые в отечественной практике система прямого цифрового управления была с успехом реализована на основе индустриального компьютера, расположенного в непосредственной близости от печи. Это позволило доверить управление системой непосредственно плавильщику без участия специального оператора. Система эксплуатируется до сих пор в круглосуточном режиме.

В дальнейшем был создан ряд автоматизированных систем управления новыми электродуговыми печами:

1999 г. Информационно-регистрирующая система управления вакуумной дуговой печью ВДУ-52 «Регистр» на Ступинском металлургическом комбинате.

2000 г. Система автоматизированного управления вакуумной дуговой печью ДСВ-4, 5Г2И2 «АВАК» на Ступинском металлургическом комбинате.

2001 г. Система автоматического управления вакуумной индукционной печью на «Красном выборжце», г. Санкт-Петербург.

2002 г. Система автоматического управления вакуумной дуговой печью на «Красном выборжце», г. Санкт-Петербург.

Мобильный лазерный локаторРаботы в этом направлении прекратили, так как лабораторию привлекли к новой открывающейся в Институте теме «Уничтожение химического оружия».

Ещё одним направлением деятельности лаборатории стало решение экологических проблем.

Одна из них — разработка методических основ, теории и методов практической реализации лазерного зондирования аэрозольного загрязнения атмосферного воздуха. Работа проводилась при научно-техническом сотрудничестве с Институтом прикладной геофизики (ИПГ), Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО), кафедрой нелинейной оптики МГУ. Методология получения и обработки результатов лазерного зондирования для оценки концентрации и размеров частиц была доведена до практической реализации. Разработанные сотрудниками лаборатории параметрические методы оценки содержания загрязняющих веществ по спектрометрическим измерениям позволили выполнить большой комплекс работ по оценке уровня загрязнения, источником которого являются промышленные объекты. Был проведён комплекс натурных экспериментов по идентификации параметров модели оценки концентрации и размеров частиц в процессе изучения выбросов из труб промышленных предприятий на Литовской ГРЭС и Прибалтийской ГРЭС в Эстонии.

С 2003 г. по настоящее время лаборатория принимает активное участие в комплексной теме, начатой под руководством И. В. Прангишвили. Это разработка теории и методов построения систем экологического мониторинга объектов повышенной опасности применительно к объектам по уничтожению химического оружия.

В рамках данной темы лаборатория провела исследования и разработку структуры, состава комплекса технических средств информационно-аналитического центра системы экологического мониторинга, беспроводной сети сбора информации от территориально распределённых автоматических пунктов контроля, включая каналы сбора и передачи данных. Выработанные решения явились типовыми для всех объектов по уничтожению химического оружия, обеспечили безотказную работу системы в течение всего срока эксплуатации объекта и легли в основу ряда систем:

2003—2005 гг. информационно-аналитической системы (ИАС) сбора и обработки данных производственно-экологического мониторинга объекта по уничтожению химического оружия, которая была внедрена в пос. Горный Саратовской области;

Расчет затухания сигнала в беспроводных системах передачи данных

2004—2006 гг. ИАС сбора и обработки данных производственно-экологического мониторинга объекта по уничтожению химического оружия — в г. Камбарка Удмуртской республики;

2005—2007 гг. ИАС сбора и обработки данных производственно-экологического мониторинга объекта по уничтожению химического оружия — в пос. Марадыково Кировской области;

2007—2008 гг. ИАС сбора и обработки данных производственно-экологического мониторинга объекта по уничтожению химического оружия — в пос. Леонидовка Пензенской области.

В основу центра обработки был положен 3-серверный кластер с возможностью горячей замены всех узлов серверов. В качестве каналов передачи данных впервые использованы беспроводные каналы на основе технологии WiFi и GSM. Были разработаны методы проектирования беспроводных каналов связи технологии WiFi повышенной дальности. Отметим, что, несмотря на достаточно широкое распространение за рубежом технологии WiFi, практически отсутствуют системы автоматизации процесса синтеза беспроводных каналов, учитывающие конкретные параметры передающих и принимающих антенн, реального рельефа местности и типа подстилающей поверхности. Именно такая система была разработана в лаборатории и с успехом использовалась при проектировании беспроводной сети сбора данных систем экологического мониторинга. Другим важным результатом было создание беспроводной сети передачи данных для мобильных экологических лабораторий.

Система информационной поддержки принятия решений главным экологомДальнейшее развитие теоретических и практических работ по экологическому мониторингу в лаборатории было направлено на создание алгоритмов и программ для обработки данных наблюдений при решении следующих задач: 

  • исследование экологического состояния в зоне объекта по уничтожению химического оружия;
  • информационная поддержка принятия решений главным и дежурными экологами;
  • формирование обобщённой экологической информации и передача её в надзорные органы. 

Моделирование распространения аэрозольного загрязнения

Значительное внимание в лаборатории уделяется разработке численных моделей физических процессов, позволяющих проводить численные эксперименты в реальном времени. Так была разработана численная модель химического промышленного реактора с выделенным объёмом. Проведенные с моделью численные эксперименты были подтверждены результатами, полученными на работающем реакторе, что явилось доказательством адекватности разработанной модели.

В последние годы лаборатория занимается разработкой методов и программ моделирования распространения аэрозольного загрязнения атмосферы в ближней зоне потенциально опасных производств. Разработан комплекс программ, обеспечивающий моделирование и расчёт концентраций атмосферных примесей антропогенного происхождения при заданных внешних условиях на основе решения уравнения атмосферной диффузии. В качестве входной информации при моделировании используются данные, получаемые от наземных метеостанций в реальном масштабе времени, рельеф местности и вид подстилающей поверхности.