Автоматизированные системы научных исследований
 Скачать 7.63 Mb.
|
|
Автоматизированные системы научных исследований В настоящее время научные исследования во многих областях знаний проводят большие коллективы ученых, инженеров и конструкторов с помощью весьма сложного и дорогого оборудования. Большие затраты ресурсов для проведения исследований обусловили необходимость повышения эффективности всей работы. Эффективность научных исследований в значительной степени связана с уровнем использования компьютерной техники. АСНИ Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) – программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода экспериментальных установок и измерительных приборов, и на основе их анализа облегчающие обнаружение новых эффектов и закономерностей. Компьютеры в АСНИ используются в информационно-поисковых и экспертных системах, а также решают следующие задачи: управление экспериментом; подготовка отчетов и документации; поддержание базы экспериментальных данных и др. Цели, решаемые с помощью АСНИ Повышение эффективности и качества исследований Получение качественно новых научных результатов, достижение которых невозможно без использования АСНИ Снижение сроков и трудоемкости научных исследований Отличительные особенности АСНИ ключевая роль средств вычислительной техники единство аппаратных и программных средств целевое назначение АСНИ, ее ориентация на получение математических моделей в виде формул, графиков, таблиц Составные части АСНИ Научно-методическое обеспечение Техническое обеспечение АСНИ Программное обеспечение АСНИ Информационное обеспечение АСНИ Метрологическое обеспечение АСНИ Организационно-правовое обеспечение Принципы построения АСНИ Комплексность Многоуровневая организация Расширяемость Адаптируемость Коллективность использования Интеграция АСНИ Типизация инженерных решений при создании АСНИ Структура АСНИ Структура Объектный уровень Инструментальный уровень Сервисный уровень Подуровни АСНИ Конфигурация АСНИ Обобщенная структура автоматизированной системы научных исследований: АСИС, АСМ, АСЭИ - автоматизированной системы исследовательских стендов, моделирования гипотетических систем и управления экспериментальных исследованиями; КМ-константы моделей (оценки); СИ-сигналы измерения; СМ-структуры моделей; СУ-сигналы управления. АСИС стабилизация режимных параметров процессов в объектах эксперимента (дозирование в-в, стабилизация т-ры, давления и др. параметров в микрореакторах, фрагментах аппаратов или химико-технол. 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 (автоматич. 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). АСУЭ В подсистеме управления экспериментами (АСУЭ) автоматизируются: качественный и численный анализ априорных мат. моделей для конструирования исследовательских стендов, включая анализ для выбора типа объектов эксперим. изысканий, методик измерения и управления ими; выявление наиб. информационных опытов для данной модели или неск. ее вариантов (планирование экспериментов); определение статистич. оценок констант моделей сравнением вычисленных по модели значений отклика "объекта на контролируемые возмущения с измеренными значениями по заданным критериям оценки (обратные задачи моделирования). АСМ В подсистеме моделирования гипотетических систем (АСМ) автоматизируются: синтез вариантов мат. моделей гипотетич. систем и расчеты отклика моделей (прямые задачи моделирования) на основе априорной информации об элементах синтезируемой системы на первых этапах исследований и скорректированных моделей по эксперим. данным; оптимизация характеристик синтезируемых гипотетич. систем и сравнение их с заданными целями изысканий; анализ оценок гипотетич. систем для уточнения познавательных задач, решаемых в подсистеме эксперим. исследований (АСЭИ), образуемой сочетанием подсистем АСИС и АСУЭ; анализ чувствительности оценок гипотетич. систем к параметрам элементов моделей для определения направления поиска более эффективных элементов. При объединении подсистем АСЭИ и АСМ образуется АСНИ. Главный принцип создания технических и программных средств АСНИ - модульное построение систем с обеспечением сопряжения пользователем отдельных модулей в систему без спец. дополнит. разработок (стандартизация интерфейсов, создание унифицированных магистралей для подключения цифровых приборов в систему). Важнейшее условие эффективного функционирования АСНИ - обеспечение возможности для исследователя активно контролировать все выполняемые АСНИ процедуры и управлять ими Основой АСНИ Является компьютерная техника, построенная по общим принципам построения вычислительных систем (ЦП, УВВ, УП), изучаемых в дисциплинах: Организация ЭВМ и систем, Архитектура и конфигурирование ЭВМ, Микропроцессорные системы и др. Примеры Персональные компьютеры – универсальные (офисные) вычислительные машины с комплектом плат расширения и внешними устройствами Специализированные ВМ – микропроцессорные устройства, как правило, минимальной конфигурации - Система MATLAB (MATrix LABoratory) область применения: математика и вычисления; вычислительный эксперимент, имитационное моделирование, макетирование; анализ данных, исследование и визуализация результатов; научная и инженерная графика - EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System) – система управления для экспериментальной физики и промышленности АСНИ применяются в разных областях науки: - ядерная физика (сбор и обработка экспериментальных данных, получаемых на реакторах, ускорителях и установках термоядерного синтеза) - физика плазмы и физика твердого тела - радиофизика и электроника - астрономия и радиоастрономия - космические исследования (обработка информации, получаемой с искусственных спутников) - геология и геофизика (разведка полезных ископаемых) - исследования Мирового океана, экологические исследования, прогнозирование погоды и стихийных бедствий - биология и медицина (исследования в области молекулярной биологии, микробиологического синтеза, диагностики заболеваний) - химическая технология (моделирование технологических процессов, получение материалов с заданными свойствами) СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! |