METHODS AND MEANS OF APPLYING ONTOLOGICAL MODELS IN THE PROGRAM SYSTEMS LIFECYCLE OF FLIGHT CONTROL
DOI:
https://doi.org/10.18372/2310-5461.65.19923Keywords:
critical program systems, ontology, software, flight control, concepts, iterpretation functions, decision-making task, criteria and constraints, finite automata, automated models, program quality requirements, safety requirementsAbstract
The article is devoted to the development of methods and tools for using ontology in the life cycle processes of flight control program systems, which are mission-critical systems. For a variety of mission-critical system classes, the task of developing methods for verifying these systems for compliance with the specified requirements within the subject domain and analyzing risks and hazards throughout their life cycle is relevant. Compliance assessment is typically performed by evaluating the overall quality level of flight control software components during the testing phase. To comprehensively analyze the compliance of system attributes with the specified requirements, it is necessary to examine and structure a significant number of objects and functions. To address the problem of systematization within the subject domain, it is proposed to build a formal conceptual model of the system, based on which a set of objects, basic functions, and methods for their implementation can be technologically formed.
The problem of enhancing the safety of objects controlled by automated flight control systems remains constantly relevant. One way to achieve this goal is to ensure the high-quality and reliable operation of flight control program systems. This is particularly important during the operation of the admission control subsystem, which must implement control algorithms established for each type of aircraft. In case of incorrect assessment of piloting performance and equipment operation, there is a risk of allowing further flights for an unprepared crew or an aircraft with defective equipment. These factors may lead to an aviation incident, directly affecting human safety and the integrity of the aircraft.
A solution to this problem is the effective application of an ontological model of flight control program system components throughout the life cycle of these systems. The developed ontological model will be used to construct a mathematical framework for representing ontology functions (tasks) in the form of automaton models. These models will be applied to solving and computing tasks of a similar type during life cycle processes, including concept creation, requirements analysis, programming, and exhaustive testing of multiple program components that implement flight control tasks.
The article analyzes recent research and publications demonstrating the effectiveness of using ontologies for decision-making processes in the context of ambiguous problem situations. For flight control SW, the apparatus of ontological research can be effectively utilized, as the primary task of the SW is to determine whether the controlled object remains "within tolerance" (normal mode) or "beyond tolerance."
The conducted research includes: 1) performing a domain analysis of the application area; 2) developing an ontology for flight control software, which systematizes and structures knowledge regarding concepts and objects of the subject domain; 3) defining ontology interpretation functions, as well as specifying criteria and constraints for decision-making tasks in mission-critical systems. Further research has been carried out to apply automata theory for programming control algorithms and constructing test data sets for testing the implemented software components. Based on this research, a method for programming automaton-based control models was developed, along with an example of typical program construction using programming templates.
The conclusions state that the developed ontological model and its interpretation functions can be applied throughout the lifecycle of various classes of control program systems, as any control information system is characterized by the presence of a controlled object monitored by a set of parameters measured using measuring instruments.
Further research is proposed in the direction of automating the creation of program components for processing parametric flight information, which requires leveraging the intelligent capabilities of artificial intelligence.
References
ІSО/ІЕС 25010. Systems and software engineering — Systems and software Quality Requirements and Evaluation (SQuaRE) — System and software Quality models. 2011. 34 p. URL: http://www.iso.org, http://www.iec.ch (access data 20.02.2025)
Буров Є.В., Карпов І.А. Особливості застосування онтологій в системах підтримки прийняття рішень : теоретичний та практичний аспект. Grail of Science. 2022. №12-13. С. 307-310. URL: https://archive.journal-grail.science/index.php/2710-3056/article/view/57.
Карпов І.А., Буров Є.В. Використання онтологічних мереж у системах підтримки прийняття рішень в умовах неоднозначності. Інформаційні системи та мережі. 2020. № 7. С.8–15.
Буров Є.В., Пасічник В.В. Програмні системи на базі онтологічних моде-лей задач. Вісник Національного університету "Львівська політехніка". 2015. №829. С. 36–57.
Кузьміч О.Є., Аркушенко П.Л., Андрушко М.В., Гайдак І.Г., Пащенко С.В. Розгляд алгоритму експлуатації авіаційної техніки державної авіації Украї-ни “за станом” з використанням наземних засобів технічного контролю та сис-тем бортових вимірювань. Зб. наук. пр. Державного НДІ випробувань і сертифі-кації озброєння та військової техніки. 2021. Вип. № 3(9). С.73–78.
Шейн І.В., Аркушенко П.Л., Андрушко М.В., Кузьміч О.Є., Сокоринська Н.В. Вивчення можливостей вдосконалення та обґрунтування варіанту структу-ри системи контролю безпеки польотів державної авіації. Зб. наук. пр. Держав-ного НДІ випробувань і сертифікації озброєння та військової техніки. 2022. Вип. № 2(12). С.152–159.
Мішарін І.В. Обговорення питань створення системи контролю польотів державної авіації України. Створення та модернізація озброєння і військової те-хніки в сучасних умовах: ХІХ, Чернігів, 5–6 вересня 2019 р. : Тези доповіді. Че-рнігів: ДНДІ ВС ОВТ, 2019.– С. 21–22.
Савченко А.С., Матросов А.В., Кравченко М.О. Модернізація засобів зчи-тування і обробки польотної інформації //Проблеми інформатизації та управлін-ня. 2024. №3(79).–С.41–49.
Райчев І.Е., Федченко С.В., Харченко О.Г., Савченко А.С. Оцінювання якості програмного забезпечення фільтрації цифрового сигналу в реальному часі для систем критичного призначення. Наукоємні технології. 2021. №1(49). С.23–32.
ДСТУ 3275–95. Системи автоматизованого оброблення польотної інфор-мації наземні. Загальні вимоги. Чинний від 1996–07–01. К.: Держстандарт України, 1996. 7 с.
Програма перевірки відповідності програмного забезпечення контролю польоту вимогам ДСТУ 3275–95 і «Порядку збирання та практичного викорис-тання інформації бортових систем реєстрації на підприємствах цивільної авіації України». К.: Держ. Департамент авіац. транс. України, 1997. 11с.
Райчев І.Е. Проблеми сертифікації програмного забезпечення автоматизо-ваних систем контролю. Вісник НАУ. 2004. №1. С. 23–28.
Райчев І.Е., Харченко О.Г. Концепція побудови сертифікаційної моделі якості програмних систем. Проблеми програмування. 2006. №2-3. С. 275–281.
Райчев І.Е., Харченко О.Г., Василенко В.А. Визначення вимог до програ-мних систем критичного призначення з використанням засобів доменного аналі-зу. Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. пр. К.: Інститут проблем моделювання в енергетиці. 2019. Вип.87. С.41–48.
Ontology Description Capture Method. [Online]. Available: http://www.idef.com/idef5-ontology-description-capture-method/ (access data 26.02.2025).
IEC 61508. Functional Safety of electrical / electronic / progammable electronic safety-related systems. International Electrotechnical Commission. Geneva. 1998. URL: http://www.iec.ch (access data 26.02.2025)
Sommerville Іan. Software Engineering. Pearson India Education Services, 10th Edition. 2017. 808pp.
Карпов І.А., Буров Є.В. Онтології у процесі прийняття рішень. Вісник Хмельницького національного університету. 2023. Том 1, №2 (319), С.149–153.
Іохов О.Ю. Застосування онтології задачі вибору для опису процесів вза-ємодії суб'єктів управління. 2021. URL: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/52520. (дата звернення 23.02.2025)
Буров Є.В. Ефективність застосування онтологічних моделей для побудо-ви програмних систем. Математичні машини і системи. № 1. 2013. С. 44–55.
Райчев І.Е. Синтез автоматних моделей контролю. Вісник НАУ. 2002. №2. С.43–52.
Райчев І.Е. Технологія визначення показників вірогідності одновимірних та багатовимірних об'єктів контролю за інформацією параметричних бортових реєстраторів. Вісник НАУ. 2002. №1. С.17–24.
Райчев І.Е. та ін. Автоматизація визначення показників вірогідності об’єктів контролю при наявності разової команди. Вісник НАУ. 2002. №3. С.73–78.
Raichev I. at oth. The features of testing critical program systems while their certification. Journal of Automation and Information Sciences. Begel House Inc. 2011. Vol. 43, Issue 4. pp.35–44.
Парадигма програмування. URL: https://uk.wikipedia.org/wiki/ (дата звер-нення 23.02.2025)
Автоматне програмування. URL: https://uk.wikipedia.org/wiki/(дата звер-нення 23.02.2025.
