Результатом функционирования
АСНИ является подтверждение (отклонение)
гипотез или совокупность законченных
математических моделей, удовлетворяющая
заданным требованиям, а также обработанные
результаты исследований, наблюдений
и измерений.
Функционирование АСНИ должно
обеспечивать получение выходных документов,
выполненных в заданной форме и содержащих
результаты научных исследований или
испытаний, а также рекомендации по использованию
этих результатов для прогнозирования,
управления или проектирования.
Основные принципы
создания автоматизированных систем научных
исследований и управления научным экспериментом
При создании и развитии
АСНИ рекомендуется применять следующие
принципы:
- - последовательное расширение сферы автоматизации научных исследований;
- - интеграция АСНИ;
- - типизация, унификация и стандартизация компонентов АСНИ;
- - тиражирование типовых подсистем и компонентов АСНИ;
- - применение единой методологии создания и развития АСНИ;
- - системный подход к проектированию;
- - адаптивность;
- - разработка критериев эффективности АСНИ;
- - ориентация на методики ведущих в тематике коллективов;
- - опережающее развитие базовых решений в головных организациях.
Последовательное расширение
сферы автоматизации научных
исследований предполагает:
- - внедрение средств автоматизации в новые области научных исследований, в первую очередь в те области, где получение новых существенных результатов невозможно без использования средств автоматизации;
- - расширение контингента пользователей автоматизированных систем научных исследований - от экспериментаторов до руководителей крупных научных программ;
- - автоматизация всех этапов научных исследований от планирования и управления экспериментами до анализа и перспективного планирования основных направлений научных исследований.
Тематическая, функциональная
и территориальная интеграция АСНИ
должна быть направлена в первую очередь
на создание систем коллективного пользования:
- - для крупных экспериментальных, исследовательских и опытных установок и комплексных производственных испытаний различных технических объектов в исследовательских и проектных организациях, в ВУЗах, на предприятиях, полигонах и т.п.;
- - для отдельных крупных научно-исследовательских организаций, проводящих комплексные исследования сложных объектов;
- - для взаимосвязанных единой программой работ или родственных по тематике групп исследовательских и проектных организаций;
- - для территориально объединенных групп исследовательских и проектных организаций, некоторых республиканских академий наук, академических и ведомственных научных центров.
Интеграция АСНИ включает
в себя:
- - создание многомашинных иерархических измерительно-вычислительных комплексов коллективного пользования, обслуживающих несколько экспериментов;
- - развитие информационной базы (создание централизованных и распределенных банков научных данных, обмен научными данными по каналам связи между АСНИ в согласованных форматах, унификацию структур данных и типизацию систем управления базами данных);
- - развитие общесистемного программного обеспечения (унификацию операционной среды, использование стандартных и создание специализированных телекоммуникационных методов доступа, создание многоабонентских систем реального времени, работающих в режимах мультидоступа).
В качестве основы для создания
АСНИ должны использоваться типовые, проблемно-ориентированные
или специализированные измерительно-вычислительные
комплексы (ИВК), включающие в себя серийные
средства измерительной техники, а также
типовое программное обеспечение.
Особое внимание должно быть
уделено типовой аппаратуре сопряжения
ЭВМ с объектом исследования, созданию
типовых программно-управляемых
модульных систем для сбора информации
и управления сложными объектами. Требования
к этой аппаратуре формируются на основе
соответствующих государственных и международных
стандартов с тем, чтобы обеспечить максимальную
совместимость технических и программных
средств АСНИ, производимых различными
организациями и в различных странах.
Необходимо использовать стандарты КАМАК,
обеспечивающие аппаратурную и программную
совместимость подсистем и компонентов
АСНИ.
Важнейшим условием унификации
и типизации компонентов и
подсистем АСНИ является широкое
использование в них агрегатных
средств измерительной и вычислительной
техники, удовлетворяющих требованиям
конструктивной, информационной, эксплуатационной,
энергетической и других видов совместимости.
В разработке новых компонентов
АСНИ необходимо широко применять аппаратную
реализацию наиболее типовых функций
обработки данных, операционных систем
и других функций управления операционной
средой.
Тиражирование типовых подсистем
и компонентов АСНИ основано на типизации,
унификации и стандартизации проектных
решений при создании подсистем и компонентов
АСНИ, что создает условия для массового
промышленного производства этих компонентов.
Перспективно, например, создание
и тиражирование:
- - типовых АСНИ для экспериментальных исследований в подразделениях научно-исследовательских организаций, высших учебных заведений и предприятий;
- - типовых передвижных АСНИ для полевой разведки, для научно-исследовательских судов и других подвижных объектов, а также полигонных исследований;
- - типовых проблемно-ориентированных измерительно-вычислительных комплексов для сбора и обработки информации на исследовательских установках и в лаборатории.
Единая методология создания
АСНИ должна учитывать достижения в
смежных областях науки и техники
и использовать взаимное влияние
тенденций развития техники, технологии
и производства, с одной стороны,
и автоматизации научных и
производственных экспериментов - с
другой. Это требование обеспечивается:
- - ориентацией развития автоматизации в научно-исследовательских организациях Академии наук СССР, а также министерств и ведомств на единую методологическую, техническую и программную основу технологии открытых систем;
- - типизацией, унификацией и стандартизацией проектных решений при создании АСНИ независимо от области их применения;
- - сближением принципов и технологии крупнейших научных и промышленных экспериментов;
- - использованием опыта создания и эксплуатации автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП);
- - разработкой однотипных методов и средств автоматизации крупных научных экспериментов, с одной стороны, и промышленных экспериментов, испытаний технических объектов и систем и опытного производства - с другой.
Системный подход в проектировании
предполагает проведение проектирования
на основе системного анализа, включающего
решение комплекса технических, экономических,
организационных вопросов, решение которых
в совокупности обеспечит создание АСНИ
оптимальным способом.
Адаптивность предполагает
легкую приспособляемость АСНИ к
изменению решаемых с ее помощью
задач - scalability.
Разработка критериев
эффективности АСНИ должна позволить
дать объективную оценку экономического
или иного эффекта, получаемого от внедрения
АСНИ.
При создании или заимствовании
компонентов АСНИ должны обеспечиваться
требования к этим компонентам, вытекающие
из общесистемных принципов, изложенных
выше.
Компоненты методического
обеспечения рекомендуется создавать
на основе:
- - перспективных методов автоматизации научных исследований, поиска новых принципов действия и технических решений;
- - эффективных методов математического моделирования исследуемого объекта и его элементов;
- - использование методов формализованного описания и имитационного моделирования;
- - применения методов планирования и оптимизации эксперимента;
- - использования типовых и стандартных процедур обработки данных;
- - стандартных вычислительных и расчетных методов.
Компоненты программного
обеспечения рекомендуется создавать
с использованием следующих требований:
- - максимального применения стандартного и серийного программного обеспечения технологии открытых систем;
- - адаптируемости к различным конфигурациям ЭВМ и их операционным системам - открытости, переносимости, взаимодействия;
- - обеспечения мультипрограммной работы, режима разделения времени, работы в режиме диалога;
- - модульного построения, расширения и обновления;
- - обеспечения контроля и диагностирования;
- - применения языков и систем программирования, рекомендованных ГКНТ;
- - автоматизации оборота документов;
- - в технических заданиях на разработку компонентов программного обеспечения предусматривать требования, обязывающие разработчиков использовать рекомендованные ГКНТ технологии программирования, повышающие производительность труда программистов.
Компоненты технического
обеспечения должны создаваться
на базе:
- - серийных средств вычислительной техники общего назначения;
- - серийных агрегатных средств измерительной техники общего назначения;
- - специализированных технических средств, если их применение в АСНИ технически и экономически оправдано;
- - современных технических средств общего назначения для сопряжения ЭВМ с объектами исследования.
Компоненты информационного
обеспечения должны создаваться
на основе:
- - максимального использования серийных технических и программных средств;
- - гибкой организации и открытой структуры, приспособленной к пополнению и объединению открытых систем;
- - возможности логической структуризации данных по формальным признакам;
- - возможности одновременного использования данных несколькими подсистемами АСНИ;
- - обеспечения точности стандартных и нормативных данных;
- - разграничения доступа и защиты файлов и блоков данных;
- - соответствия международным стандартам открытых систем.
Компоненты организационно-правового
обеспечения АСНИ должны создаваться
на основе:
- - прогрессивных методов научных исследований и испытаний;
- - стандартов и нормативных документов, регламентирующих научные исследования в отрасли;
- - современных методов планирования и управления;
- - анализа экономической эффективности и применения мер материального стимулирования.
Развитие (совершенствование)
компонентов АСНИ осуществляется путем
создания новых модификаций (в том
числе новых редакций, версий, типов)
этих компонентов.
Реализация автоматизированных
систем научных исследований и управления
научным экспериментом
Автоматизированные системы научных
исследований в химии и химической технологии (АСНИ), системы, в которых для повышения
эффективности научных исследований ряд
процедур получения, анализа, передачи
и накопления информации, связанных с
использованием в ходе изысканий метода
мат. моделирования, формализован и выполняется автоматизированно.
Задачи, которые можно решать с помощью
АСНИ: 1) сократить сроки исследований,
2) повысить точность моделей и получить
качественно новую информацию, 3) повысить
эффективность использования оборудования,
4) сократить вспомогательный персонал
изыскательских групп.
Автоматизация исследований требует
прежде всего расчленения изучаемой сложной
системы на составные части (уровни строения)
с целью установления закономерностей
процессов на каждом уровне. На основе
знания свойств каждого уровня предсказываются
характеристики различных вариантов еще
не существующих (гипотетических) хим.
и химико-технологических систем, а глубокое
понимание физ.-хим. механизмов явлений
позволяет целенаправленно искать наиб.
эффективные элементы и структуры разрабатываемых
систем. В мировой практике созданы и эксплуатируются
сотни АСНИ для изучения на разных уровнях
сложных химико-технологических систем.
Обобщенная структура важнейших
подсистем при автоматизации
хим. и химико-технологических исследований
приведена на рисунке. Основные классы
формализуемых процедур для выполнения
их автоматически техн. средствами АСНИ
распределяются по подсистемам след. образом.
1. В автоматизированной подсистеме исследовательских
стендов (АСИС): стабилизация режимных
параметров процессов в объектах эксперимента
(дозирование веществ, стабилизация температуры, давления и др. параметров в микрореакторах, фрагментах
аппаратов или химико-технологических
схемах) для уменьшения неконтролируемых
возмущений (шумов); программное управление
во времени и пространстве режимными параметрами
(создание контролируемых изменений независимых
переменных объекта эксперимента по заданному
плану); логическое управление устройствами
для измерения отклика объекта на контролируемые
возмущения (автоматический отбор проб на анализ, переключение режимов работы
приборов, перемещение датчиков в объекте
и др.);экспресс-анализ результатов измерений отклика объекта
на возмущения (первичная обработка данных
спектрального типа); экспресс-анализ опытов (оценки материальных и тепловых
балансов по всем параметрам, определяющим
состояние объекта эксперимента).