Лекция 2. Основные тенденции развития систем автоматизации научно-технических экспериментов и испытаний

Основные тенденции развития систем автоматизации научно-технических экспериментов и испытаний

Системный подход к проектированию систем автоматизации научно-технических экспериментов и испытаний

Широкое внедрение научных методов исследования и проектирования систем автоматизации в практику должно проводиться на основе

- общей методологической концепции создания подобных систем,

- единого подхода к организации процесса проектирования,

- общности понимания сущности этого процесса.

В качестве такой концепции общепризнанным стал системный подход.

В основе него лежит принцип целостности изучаемых объектов, т.е. представление об объекте как о едином целом, обладающем новыми качествами по отношению к свойствам входящих в него частей.

Наиболее полной представляется следующая формулировка системы:

1) система представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов,

2) она образует особое единство со средой,

3) как правило, любая исследуемая система представляет собой элемент системы более высокого порядка,

4) элементы любой исследуемой системы, в свою очередь, обычно выступают как системы более низкого порядка.

Характерной чертой является наличие у всей системы какой-либо общей цели, общего назначения.

С понятием "система" тесно связан целый круг общенаучных и философских понятий.

К ним относятся такие понятия, как: организация, структура, элемент, окружающая среда, подсистема, свойство, отношение, цель, поведение, развитие, гибкость и др.

Системный подход требует:

1) рассмотрения процесса проектирования системы автоматизации, его целей и логики как единого целого,

2) подчинения частных целей общей цели системы и

3) интеграции представлений о системе с разных точек зрения на каждой стадии ее проектирования.

Важным при создании теории и методик проектирования систем автоматизации является также обобщение имеющегося инженерного опыта и его гармоническое сочетание с научными методами проектирования.

С позиций системного подхода проблему автоматизации экспериментальных исследований следует рассматривать как составную часть комплексной проблемы автоматизации научных исследований.

Рассмотрим основные направления развития работ по созданию систем автоматизации эксперимента.

1. Создание автономных комплексов, объединяющих лабораторную экспериментальную установку с измерительной аппаратурой и средствами обработки информации.

Такие комплексы обеспечивают автоматизацию "рутинных" работ при проведении текущих экспериментальных исследований в лабораторных условиях - регистрацию и обработку данных лабораторных экспериментов.

В ряде случаев они функционируют в реальном масштабе времени, обеспечивая автоматическое управление экспериментальной установкой.

Измерительная аппаратура и средства обработки информации зачастую разрабатываются в виде специализированных устройств, которые компонуются либо совместно с экспериментальной установкой либо выполняются автономными.

Такие приборы используются для автоматизации экспериментов, например,

- в ядерной спектроскопии,

- медицине, использующей изотопы,

- электрофизиологии,

- электроэнцефалографии,

- радиоастрономии и т.д.

Многие устройства имеют более узкие области применения. К ним относятся, например, автоматические газовые хроматографы и пр.

Широко используются совместно с лабораторными экспериментальными установками ЭВМ как универсального, так и специализированного назначения.

Ряд фирм выпускают и поставляют заказчику приборы для научных исследований с микропроцессорами или в комплексе с ЭВМ (например, приборы для выполнения рентгеноструктурного анализа веществ и пр.).

2. Создание систем автоматизации экспериментов в масштабе организации, в которой центральный процессор достаточно высокой производительности обслуживает несколько десятков лабораторных установок.

ЦП функционирует в режиме разделения времени, обеспечивая одновременно процессы регистрации, преобразования и накопления массивов экспериментальных данных и реализацию программы обработки этих данных.

ЦП может находиться как в непосредственной близости от экспериментальных установок, так и быть удаленным на значительные расстояния (десятки и сотни километров).

Примером системы рассматриваемого класса может служить система комплексных испытаний летно-испытательного центра ВВС.

Она построена на базе центральной ЭВМ и включает в себя контрольно-измерительный комплекс, обслуживающий, например,

- стенды испытаний деталей ракет,

- скоростные рельсовые салазки,

- испытательный полигон и пр.

3. Для автоматизации экспериментов на уникальных исследовательских установках (типа синхрофазотрона, ядерного реактора и т.п.) строятся системы с использованием ЭВМ очень высокой производительности.

В качестве центрального звена системы используется мощная вычислительная машина.

ЦП этой машины через коммуникационный процессор связан со многими ЭВМ разных типов, установленными в местах проведения экспериментов и связанными с экспериментальными установками.

Обмен информацией между коммуникационным процессором и периферийными ЭВМ осуществляется по специальным линиям связи. Система может быть связана радиоканалом связи с другими вычислительными системами.

4. Для автоматизации экспериментов, проводимых на движущихся объектах (авиационных, космических, морских), применяются автономные системы, обеспечивающие обычно регистрацию и накопление экспериментальных данных, а также экспресс-анализ в реальном масштабе времени.

Основная обработка данных, полученных в ходе таких экспериментов, ведется после их завершения на стационарных базовых вычислительных системах.

В ряде случаев осуществляется автоматическая связь (по радиоканалам, каналам телеизмерения и телеуправления) систем, установленных на борту движущихся объектов, с базовыми системами для осуществления:

- оперативной обработки данных в ходе экспериментов,

- управления ими или

- принятия решений об изменениях в программах их проведения.

К ЭВМ, применяемым в системах такого рода, предъявляются специальные требования по конструкции, надежности, точности управления, эффективности использования аппаратуры.

Примерами систем автоматизации подобного класса могут служить бортовые системы обработки информации геофизических, метеорологических и океанографических исследований.

5. В последние годы в области разработки технических средств систем автоматизации научно-технических экспериментов и испытаний выделилось и получило значительное развитие направление создания унифицированных средств, обеспечивающих связь систем с объектами автоматизации и внутрисистемныеинформационные связи между отдельными ЭВМ.

Возникновение этого направления определялось необходимостью практического разрешения противоречий, определяемых

- требованием типовости проектируемых систем и серийного производства их технических средств, с одной стороны,

- и разнотипностью объектов автоматизации (по виду и уровням сигналов источников и приемников информации, различным временным соотношениям и т.п.), с другой стороны.

Основой унификации является агрегатно-блочный принцип построения технических средств, предполагающий их создание в виде агрегатов, которые состоят из конструктивно самостоятельных блоков, выполняющих определенные функции.

Широкая номенклатура устройств указанного выше назначения образуется различным сочетанием таких блоков.

Например, международным стандартизированным набором средств связи ЭВМс объектами экспериментальных исследований и связи между ЭВМ в системах автоматизации экспериментов является система КАМАК.

В нашей стране разработан ряд агрегатных систем в рамках Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

6. Наряду с разработками специализированных средств, ЭВМи систем автоматизации экспериментальных исследований ведутся работы по созданию ориентированных систем математического обеспечения и внешних языков, предназначенных для обеспечения обработки информации, полученной в ходе эксперимента на универсальных ЭВМ.

7. Развитие научных исследований, проводимых крупными научно-исследовательскими центрами, приводит к необходимости создания систем комплексной автоматизации исследований.

На такие системы возлагается решение задач различных классов, например:

- задач регистрации и обработки данных экспериментальных исследований,

- вычислительных задач, сопровождающих теоретические исследования в данной области науки,

- информационно-поисковых задач,

- а также задач, связанных с организацией исследований и управления ими.

Такие системы могут быть построены:

1) в виде совокупности отдельных подсистем, каждая из которых решает задачи автоматизации одного класса,

2) либо по централизованнойиерархической структуре, на верхнем уровне которой работает мощный центральный вычислительный комплекс.

Тема 1.1. Автоматизация научных исследований - главное направление повышения эффективности науки и ускорения темпов технического прогресса (продолжение)

Дата добавления: 2014-01-05