Некоторые осо­бенности раз­вития САПР измерительных информационно- управляющих систем

Из множества проблем интенсивного количе­ственного и качественного проектирования из­мерительных информационно, а в последнее вре­мя и управляющих, систем, формируемых в соот­ветствии с концепцией "информационного обще­ства" в мировой практике широко рассматрива­ется: первичные преобразователи информации; каналы связи; структуры измерительных информационно-уп­равляющих систем (ИИУС).

При проектировании ИИУС выделяются два класса задач: поиск решения (solving) и способности принять решения (decision making) по выбору оптимального варианта.

В мировой практике известнынесколько нап­равлений: выбор оптимального варианта человеком без применения ЭВМ; выбор оптимального варианта ЭВМ; выбор оптимального варианта человеком с использованием рекомендаций от ЭВМ; выбор оптимального варианта в результате диалога человека и ЭВМ с использованием САПР, АСНИ и информационно-поисковых систем.

В настоящее время основным элементом ИИУС является первичный преобразователь с програм­мируемым устройством и со встроенными вспомо­гательными средствами. Также эти устройства способны выполнять все функции сбора, обработ­ки и представленияинформации в реальном масштабе времени. Традиционные первичные преобра­зователи начинают уступать место, таккак рассмотренные приборы способны осуществлять и функции управления экспериментом и объектом без больших и дорогих ЭВМ.

С начала 1980 годов локальные информационно-вычислительные сети (ЛИВС) получили широ­кое распространение среди каналов связи для передачи данных и распределенной обработки информации.

В настоящее время ЛИВС служат для связи отдельных ЭВМ, процессоров, микропро­цессоров, при создании ИИС, автоматизации объектов и др. Глобальные сети строятся в соответствии с 7-уровневой моделью взаимодейст­вия открытых сетей, а локальные – в соответ­ствии со стандартом IEE802.

Однако в последние годы широкий интерес вызывают интегральные цифровые сети (ИЦС). Как показывают теоретические исследования, эк­сперименты и конкретные разработки, ИЦС спо­собны обеспечить наиболее эффективное исполь­зование ресурсов (пропускная способность ка­налов связи и производительности центров коммутации) унифицировать программные и техни­ческие средства существенно расширить перечень режимов доставки, обеспечить гибкость, надежно­сть и высокую экономическую эффективность, особенно при использовании волоконно-опти­ческихсистем, сокращение количества проектировщиков на 25 – 50%, проектирования в 2 – 4 раза, улучшение технико-экономических показателей на 10 –25%, экономииматериалов на 5 – 10%.

Из всего многообразия структур при проек­тировании ИИС и ИИУС характерны комплексы: с иерархической структурой типа дерева; с иерархической структурой и перекрестными связями; с сетью распределенной обработки информации; с мультиплексным каналом передачи данных.

Так как проектирование сложных ИИУС обычно ведётся в условиях неполной информации последнее время вместо различных вероятностно-статистических экспертных методов, теории нечетких размытых множеств, различных игр широ­кое применение получают энтропийные методы.

Что касается использования полученной ин­формации в управлении экспериментом, то все шире выдвигаетсяна инженерный уровень проектирования математическая теория систем и такие понятия как управляемость, стабильность и инвариантность.

К рассмотренному кругу задач следует добавить проблему системного анализа и синтеза «вход - выход», систем с распределенными параметрами вопросы теории реализации.

Основной тенденцией развития указанных систем являются совмещение измерительных, инфор­мационных, вычислительных и управляющих функций на основе единого технического, математи­ческого, программного и информационного обеспечений, что обеспечивается: возможностями перестройки структуры, заложенными в самой конструкции данного вида средствизмерений; многообразием подключаемых ко входу пер­вичных преобразователей (датчиков) измеряемых величин в электрический сигнал и устройств воздействия на объект исследования (регулято­ров), управляемых генерируемыми ИИУС, электри­ческими сигналами; многообразием прикладных программ обработки данных и управленияизмерительными средствами, ориентированныхна конкретные задачи испыта­ний, исследованийили управления и включаемых в состав программного обеспечения системы; простотой модификации системы путем частичной заменыили добавления отдельныхизмерительныхили вычислительных компонентов, отвечающих требованиям совместимости и взаимозаменяемости.

Свойства и технические возможности ИИУС,а также трудоемкостьих создания в значительной степени определяются свойствами ИВК, номенкла­турой и свойствами дополнительных компонентов, которые могут быть включены в состав ИВК при их системном применении. Очевидно, что требу­емые свойства обеспечиваются в полноймерепри агрегатном построении ИИУСиз серийно вы­пускаемых компонентов (модулей). Программное обеспечение также должноиметь модульную стру­ктуру. Возможность реализации агрегатных принципов построения ИВК и ИИС наих основе поддерживается развитием подобных тенденций в обла­сти вычислительной техники, с одной стороны, и электроизмерительной техники – с другой.

Таким образом, наступил этап, когда классы средств информационно – измерительной техники – преобразователи, локальные измерительные си­стемы, ИИС, ИВК, АСНИ и др., очевидно, переросли в класс информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС), т.е. интеллектуаль­ных систем.

Наиболее существенные задачи, стоящие перед разработками и изготовителями ИИУС формируются следующим образом. При проектировании первичных и вторичных измерительных преобразователей необходимо все­мерное улучшениеих метрологических характери­стик и увеличение числа физических параметров, преобразуемых в электрический сигнал. При разработке каналообразующих устройств необходимо стремиться к созданию устройств наиболее ком­пактно формирующих общеканальное сообщение, т.е. имеющих высокий КПД по полосе и мощности, позволяющих осуществлять простой допуск к лю­бому из каналов ИИУС, минимизирующих взаимное влияние каналов друг на друга. В группе преобразователей, осуществляющих передачу и приём сигналов, необходимо разрабатывать новые виды каналов связи, позволяющих с минимальной по­грешностью осуществлять передачу сигналов по зашумленному каналу связи. Сюда же относятся и вопросы разработки более совершенных устройств синхронизации работы локальных ИИУС. При этом следует помнить, что отличительной особен­ностью измерительных сообщений являетсяихбольшая избыточность, что в ряде случаев поз­воляет значительно увеличить верность передачи измерительных сообщений сравнительно простыми средствами.

При усложнении измерительных систем весьма существенным является эффективное отображение информации. Поэтому устройство представления сообщений становится весьма существенной и важной частью ИИУС. Общей задачей специалистов, занимающихся разработкой ИИУС, является создание общихтеоретических принципов и методов анализа, синтеза и оптимизации как преобразо­вателей ИИУС, таки самих систем, включая ка­налы связи ЭВМ и др. компоненты.

Сущность задач анализа состоит в том, что необходимо определить, как влияет структура и параметры тех или иных измерительных преобра­зований, сообщений, помех, на характеристики самой ИИУС и на качественные характеристики полученной информации, точность и быстродей­ствие управляющих сигналов. Основной задачей при этом является задача оценки метрологичес­ких характеристик ИИУС, достаточных для оцен­ки метрологических характеристик, получаемой измерительной информации, на выходе ИИС и ИИУС в управляющем воздействии.

Сущность задач синтеза состоит в том, чтобы найти такие структуры и параметры операторов преобразований сигналов и помех, которые обеспечивают требуемое качество получения и пе­редачи информации и управляемость объектом.

Задачей оптимизации ИИУС является нахожде­ние таких операторов преобразования, которые обеспечивают экстремум качества передачи ин­формации и управления. По существу в настоящее время задачи анализа, синтеза и оптимизации сводятся к анализу, синтезу и оптимизации структурных схем и параметров измерительных и управляющих представлений ИИУС.

Отметим далее, основные характеристики ра­бот в области метрологического обеспечения ИИУС и перспективыих развития:

а) Особенности, направленность. Основной особенностью работ является стремление обоснованного, хотя и приближенного подхода к оценке погрешности ИИУС, стремление получить дляметрологических характеристикоценку "сверху", но в то же времяне слишком завышенную. Принципиально важным стал подход к погрешности как к процессу, и возможность оценки погрешности мно­жества ИИУС, а не только одного экземпляра;

б) Цели. Кроме традиционных целей, пресле­дуемых этими работами, - оценки погрешности измерении, подбора комплекса метрологических характеристик, преобразователей, каналов связи, выделительных мощностей, САИ и др. для получения заданной погрешности ИИУС, контроля и проверки, - развиваются ра­боты, ставящие своей целью решение задач син­теза ИП, ИИС и ИВК и частые задачи оптимизации систем.

В качестве основного направления в разви­тии технических структур ИИУС следует отметить отказ от иерархической и переход к распределен­ной структуре.

В качестве тенденций в теории следует от­метить появление и развитие логическихсхем алгоритмов (ЛСА) и содержательных логических схем алгоритмов (СЛСА) на базе операторов и специаль­ныхизмерительных языков.

В качествеэлементной базы ИИУС используются БИС и сверх БИС и микропроцессорной техники пятого поко­ления.