КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Многоточечные (последовательно-параллельного действия) ИС. 3 страницаСхема функциональной структуры системы должна отражать все функции, выполняемые ИИС. Структурными элементами схемы могут быть отдельные функции или функции, сгруппированные по каким-либо логическим признакам. Схема организационной структуры системы показывает взаимодействие оперативного персонала ИИС, пункты управления (места расположения оперативного персонала ИИС) и связи между пунктами управления, соответствующие передаче информации (автоматически, в виде документов, по телефону и т.п.). Расчет ожидаемой экономической эффективности ИИС должен определять результирующие показатели эффективности ИИС (годовой экономический эффект, срок окупаемости и коэффициент эффективности) с указанием конкретных технически обоснованных источников эффективности и социальных факторов, влияющих на результаты работы. Смета на создание ИИС включает детальный перечень затрат на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы; приобретение и монтаж средств технического обеспечения; проектирование; разработку новых технических средств; приобретение и монтаж средств технического обеспечения. В состав документации математического обеспечения технического проекта ИИС должны входить следующие документы: • пояснительная записка к разделу проекта «Специальное математическое обеспечение»; • алгоритмы контроля и управления, а также контрольных задач; • алгоритмы функционирования системы в реальном масштабе времени, обеспечивающие работоспособность, надежность и возможность развития системы в пределах указанных в техническом задании; • алгоритмы контрольных задач, которые должны обеспечивать контроль правильности функционирования комплексных технических средств (КТС); • задание на программирование, которое должно содержать описание алгоритмов, указание о конфигурации технических средств, языке программирования, операционной системе и др. В состав документации информационного обеспечения технического проекта ИИС должны входить следующие документы: • пояснительная записка к разделу «Информационное обеспечение»; • перечень входных сигналов и данных, в которых приводятся входные измеряемые (аналоговые и дискретные) и инициативные сигналы, поступающие в информационно-управляющий комплекс, и их характеристики; • перечень выходных сигналов и документов, включающий способы представления выходной информации и ее дальнейшего использования при выполнении функций системы; • схема сбора, обработки и использования информации с указанием видов устройств и процедур. В состав документации технического обеспечения, входящей в технический проект ИИС, должны включаться в основном следующие документы: • пояснительная записка к разделу «Техническое обеспечение»; • структурная схема КТС, которая определяет состав комплекса технических средств ИИС и основные взаимосвязи в нем; структурными схемами могут быть отдельные средства или группы средств, объединенные по каким-либо логическим признакам. Например, можно сгруппировать средства, обеспечивающие выполнение отдельных или нескольких функций ИИС, отдельных или нескольких систем автоматизации, можно принять группировку по назначению средств (для получения, формирования, передачи, переработки информации и т.д.), а также по другим признакам; • структурная схема вычислительного информационного комплекса, которая раскрывает состав и построение ИВК; • планы расположения пунктов контроля, щитов, пультов средств вычислительной техники и т.п.; • ведомости (перечни) приборов и средств, контроля и автоматизации, средств телемеханики, вычислительной техники, электроаппаратуры, трубопроводной арматуры, щитов и пультов, основных монтажных материалов и изделий, нестандартизованного оборудования и др. Рабочая документация. Цель работ, выполняемых на этой стадии, — выработка рабочих решений по создаваемой системе с выпуском проектно-сметной документации, необходимой и достаточной для приобретения, монтажа и наладки КТС системы, а также документации программного и организационного обеспечения, необходимой и достаточной для наладки и эксплуатации системы. Основанием для начала работ стадии являются утверждение технического проекта и наличие документа об их финансировании. Исходные данные для выполнения рабочего проекта ИИС — утвержденное ТЗ на создание ИИС, утвержденный технический проект ИИС и исходные данные заказчика о ТО исследования и управления, здании, энергоснабжении и др. Основные участники работ, привлекаемые к выполнению на стадии «Рабочий проект», определяются планом-графиком создания ИИС. Результатом стадии является выпуск документации рабочего проекта и передача заказчику специальных программ на машинных носителях. Рабочая документация делится на общесистемную, информационную, программную, техническую, организационную и метрологического обеспечения. В состав общесистемной документации рабочего проекта должны включаться в основном документы, раскрывающие общие решения: • пояснительная записка к рабочему проекту ИИС; • схема функциональной структуры системы; • схема организационной структуры системы; • другие общесистемные документы ТП. В состав документации технического обеспечения рабочего проекта должны включаться: • пояснительная записка к разделу технического обеспечения; • схема (структурная) комплекса технических средств; • схема (структурная) средств ВТ; • схемы (функциональные) контроля и измерений; • схемы принципиальные и др. В состав документации организационного обеспечения проекта должны включаться: • техническое описание системы; • инструкция по эксплуатации ИИС; • прочие документы (по усмотрению генерального разработчика системы). Этап, относящийся к созданию рабочей документации программного и информационного обеспечения, имеет целью разработку программного обеспечения ИИС, включающую изготовление оригиналов и копий программ специального обеспечения, а также выпуск полного комплекта программной документации и документации информационного обеспечения функций, реализуемых с помощью программируемых средств вычислительной техники. Этап включает следующие работы: • синтез полной программной структуры системы; • анализ синтезированной структуры с целью выделения программных модулей, подлежащих непосредственному программированию и изготовлению в виде отдельных программ; • программирование, отладку и проверку модулей; • изготовление программ-оригиналов, дубликатов и копий в необходимых количествах; • разработку и оформление программной и эксплуатационной документации системы в целом; • разработку рабочей документации информационного обеспечения ИИС. Результаты работ этапа представляются в виде программ на машинных носителях (оригиналы, дубликаты и копии в необходимом количестве), эксплуатационной программной документации в целом и рабочей документации для информационного и метрологического обеспечения Стадии реализации. Ввод в действие. Целью работ на этой стадии является физическая реализация системы и передача ее в промышленную эксплуатацию. Основанием для начала работ по вводу ИИС служит готовность рабочей документации. Работы проводятся в соответствии с планом-графиком, утвержденным орга- низацией-заказчиком и согласованным с организацией-разработчиком и соисполнителями. План-график работ по внедрению может предусматривать поочередный ввод системы. Основные этапы работ ИИ С: подготовка объекта к вводу; наладка и испытания системы; опытная эксплуатация; приемосдаточные испытания. Подготовка объекта к вводу ИИС включает в себя организационно-технические работы (в том числе строительные работы и модернизацию технологического оборудования), комплектацию системы, монтаж оборудования ИИС. Комплектация системы производится в установленном порядке в соответствии с заказными спецификациями, разработанными на стадии рабочего проектирования. Монтаж оборудования ИИС производится специализированными организациями, привлекаемыми заказчиком на основании рабочей документации на систему и в соответствии с ней. Завершение всех работ по монтажу технических средств ИИС в полном объеме фиксируется комиссией из представителей заказчика и исполнителя в виде двухстороннего акта. Наладка и испытания ИИС охватывают отладку комплекса технических средств системы, ее программного обеспечения и проведение предварительных испытаний системы до ее передачи в опытную эксплуатацию. В результате предварительных испытаний определяются количественные и качественные характеристики выполнения отдельных функций, выявляются возможность совместного функционирования всех подсистем и характеристики системы в целом. Опытная эксплуатация ИИС проводится силами заказчика с участием исполнителя для проверки работоспособности системы и готовности оперативного и ремонтного персонала к работе в условиях промышленной эксплуатации системы. На этапе опытной эксплуатации выполняются следующие работы: включение системы в опытную эксплуатацию, определение эксплуатационных характеристик системы, дополнительная отладка программ и устройств, коррекция эксплуатационной документации. В ходе опытной эксплуатации осуществляются устранение ошибок в программах и внесение исправлений в техническую и эксплуатационную документацию. Приемосдаточные испытания проводятся с целью проверки соответствия созданной системы общим техническим требованиям ИИС, требованиям, содержащимся в ТЗ на создание системы, и приемки ее в промышленную эксплуатацию. Приемосдаточные испытания ИИС организуются и проводятся заказчиком, который совместно с исполнителем представляет государственной (межведомственной) комиссии следующую техническую документацию на систему: техническое задание, технико-экономическое обоснование, протокол опытной эксплуатации, проекты программ и методику проведения приемосдаточных испытаний, эксплуатационную документацию. Комиссия после изучения представленных материалов принимает решение о готовности (неготовности) ИИС для проведения государственных (межведомственных) испытаний. После окончания приемосдаточных испытаний составляется акт, в котором формулируется заключение о соответствии (несоответствии) рассматриваемой ИИС предъявляемым к ней требованиям и целесообразности (нецелесообразности) передачи ее в промышленную эксплуатацию. Анализ функционирования. Цель работ, выполняемых на стадии «Анализ функционирования», состоит в получении объективных и систематизированных данных о качестве созданной системы, о текущем состоянии и реальном эффекте от использования системы на основании опыта ее промышленной эксплуатации. Для этого определяются показатели эксплуатационной надежности системы в целом и отдельных реализуемых ею функций, показатели технико-экономической эффективности системы и оценивается функционально-алгоритмическая полнота (развитость) системы. Исходными данными для проведения работ этой стадии являются: • эксплуатационная документация, содержащая все сведения о системе, необходимые для освоения ИИС и ее эксплуатации; • формуляр системы (отражающий работу системы и ее комплекса технических средств с фиксацией всех видов неисправностей и способов их устранения); • известные методики по определению экономической эффективности и эксплуатационной надежности ИИС. Исследования, проводимые на стадии «Анализ функционирования», включают следующие этапы: • предварительное обследование состояния ИИС; • экспериментально-статистические исследования; • анализ полученных результатов; • разработка рекомендаций и заключительных материалов обследования. Основные итоговые материалы стадии «Анализ функционирования» — научно-технический отчет по результатам анализа функционирования конкретной ИИС и техническое заключение или справка о результатах обследования. Результаты работ по анализу функционирования ИИС могут использоваться для развития и совершенствования данной ИИС, разработки унифицированных и типовых решений как в части технических структур, так и программного обеспечения, необходимых для тиражирования ИИС, создания ИИС, предназначенных для аналогичных или близких по технологии объектов, научных обобщений по всему циклу работ при создании ИИС. Экономическая эффективность. Основным показателем народнохозяйственной экономической эффективности ИИС является годовой экономической эффект от внедрения системы, представляющий собой суммарную экономию в расчетном году всех производственных ресурсов: трудовых, материальных и финансовых, которую получают как предприятия, использующие ИИС, так и предприятия, потребляющие произведенную продукцию с помощью ИИС. Показатель годового экономического эффекта используется для оценки целесообразности разработки каждой конкретной ИИС, выбора наиболее эффективного варианта системы, оценки экономической эффективности научно-исследо- вательских работ по созданию ИИС и научно-производственной деятельности организаций-разработчиков систем, а также для определения размера премий по новой технике за разработку и внедрение ИИС. Другими важными показателями экономической эффективности ИИС являются годовая экономия (годовой прирост прибыли), коэффициент эффективности и срок окупаемости. Годовая экономия (годовой прирост прибыли). Она представляет собой прирост по сравнению с базовым вариантом прибыли (снижение себестоимости) потребителя ИИС в результате функционирования системы. Показатель годовой экономии применяется при планировании развития производства, формировании фондов экономического стимулирования работников предприятий, изменении норм, нормативов и основных хозрасчетных показателей работы предприятия. Коэффициент эффективности. Коэффициент эффективности капитальных вложений на внедрение ИИС характеризует годовой прирост прибыли (и годовую экономию) от увеличения объема производства, снижения себестоимости и улучшения качества продукции, получаемый на каждый рубль капитальных вложений на внедрение ИИС. Срок окупаемости. Срок окупаемости капитальных вложений на внедрение ИИС характеризует период времени, в течение которого капитальные вложения на внедрение ИИС возмещаются за счет годового прироста прибыли (годовой экономии) от увеличения объема производства, снижения себестоимости и улучшения качества продукции, достигаемых в результате применения системы. Дополнительными показателями экономической эффективности ИИС, характеризующими изменение степени полезного использования отдельных видов ресурсов и повышение технико-экономического уровня выпускаемой продукции в результате применения системы, являются увеличение объема производства, повышение производительности труда, снижение материала и энергоемкости производства, повышение фондоотдачи, улучшение качества продукции. Источники экономической эффективности, характер и степень воздействия ИИС на технико-экономические показатели производства зависят от функциональных, алгоритмических, программных и технических решений, а также от особенностей объекта измерения и контроля. Обычно основной экономический эффект от применения ИИС получается благодаря улучшению функционирования объекта исследования в результате вывода его нерегла- ментированных режимов, вызванных внешними помехами. В соответствии с существующей практикой планирования и с учетом мероприятий научно-технического прогресса годовой экономический эффект принято определять только на один расчетный год — первый полный календарный год после окончания планируемого (нормативного) срока освоения системы. Годовой экономический эффект от применения ИИС определяется по формуле Э=ЛЛ-ЕНК1, где Пл — годовая экономия (годовой прирост прибыли) от функционирования ИИС, тыс. руб.; К* — единовременные затраты, связанные с созданием и внедрением ИИС, тыс. руб.; Ен — среднеотраслевой нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, равный 0,15. Расчетный коэффициент экономической эффективности характеризует величину годовой экономии и определяется по формуле Ер = ПА/К£, где — капитальные вложения на создание ИИС. Для решения вопроса об экономической целесообразности капитальных вложений, затраченных на разработку ИИС, расчетный коэффициент экономической эффективности Ер сопоставляется с нормативным значением коэффициента экономической эффективности капитальных вложений на создание ИИС и внедрение вычислительной техники для данной отрасли Ен_вл. Этот коэффициент представляет собой нижнюю допустимую границу эффективности капитальных вложений на ИИС. Создание ИИС считается экономически целесообразным мероприятием, если расчетный коэффициент эффективности окажется не меньше нормативного: Ер ^ ^н.в.т* Если ИИС обеспечивает решение социальных и других специальных задач, £i,iB_T может быть ниже нормативного. Срок окупаемости капитальных вложений на разработку и внедрение ИИС представляет собой отношение капитальных вложений на создание системы к годовой экономии: тр = кцпл. 10.14. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ САПР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ Из множества проблем интенсивного количественного и качественного проектирования измерительных информационных, а в последнее время и управляющих систем, формируемых в соответствии с концепцией «информационного общества», в мировой практике широко рассматриваются: первичные преобразователи информации; каналы связи; структуры измерительных информационно-управляющих систем (ИИУС). При проектировании ИИУС выделяют два класса задач: поиск решения (solving) и собственно принятие решения (decision making) по выбору оптимального варианта. В мировой практике известны несколько направлений: выбор оптимального варианта человеком без применения ЭВМ; выбор оптимального варианта ЭВМ; выбор оптимального варианта человеком с использованием рекомендаций ЭВМ; выбор оптимального варианта в результате диалога человека и ЭВМ с использованием САПР, автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) и информационно-поисковых систем. В настоящее время основным элементом ИИУС является первичный преобразователь с программируемым устройством и встроенными вспомогательными средствами. Эти устройства также способны выполнять все функции сбора, обработки и представления информации в реальном масштабе времени. Традиционные первичные преобразователи начинают уступать место, так как рассмотренные приборы способны осуществлять функции управления и экспериментом, и объектом без больших и дорогих ЭВМ. С начала 1980-х 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 IEE-802. 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-оптических систем. Из всего многообразия структур при проектировании ИИС и ИИУС следует выделить 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 ведется в условиях неполной информации, в последнее время вместо различных вероятностно-статистических экспертных методов, теории нечетких размытых множеств, различных игр широко применяют энтропийные методы. Что касается использования полученной информации в управлении экспериментом, то все шире выдвигается на 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 и некоторые вопросы теории реализации. Все это, по оценкам экспертов, обеспечит повышение производительности на 25...50%, сокращение сроков проектирования в 2...4 раза, улучшение технико-экономических показателей на 10...25 %, экономию материалов на 5... 10%. 10.15. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Наиболее полную информацию для оценки погрешности ИИС содержат функция распределения вероятностей F(x) и плотность распределения вероятностей /(х), однако эти функции не всегда известны, тем более при проектировании систем. Наиболее часто применяются экспериментальные интегральные оценки и оценки доверительных интервалов и вероятностей. Оценка систематической составляющей дс погрешности конкретного экземпляра средства измерений в точке X диапазона измерения определяется формулой д _ А№ + д, 2 ' где Ат, Д, — средние значения погрешности в точке ^диапазона измерений, полученных экспериментально при медленных измерениях информативного параметра входного сигнала средства измерений со стороны меньших (больших) значений X: п п X А«' X Д»' Д =Ы_____ • Д -tl______ п п где п — число опытов при определении Ат и А, (и > 1); Ami, Д„ — первая реализация (отсчет) погрешности средства измерений информативного параметра входного или выходного сигнала со стороны меньших (больших) значений до значения X. Примечание. Если вариация не учитывается или отсутствует, Дс определяется формулой 1 " Ac—IXя /=1 где rt — число опытов при определении Дс (я > 1); А,— /-я реализация (отсчет) погрешности средства измерений.
Оценка среднего квадрата отклонения д(А) случайной составляющей погрешности конкретного экземпляра средств измерений определяется формулой ы 1_____________ ы1_________ 1п -1 Примечание. Если вариация не учитывается или отсутствует, то 297 Оценка погрешностей средств измерений, у которых наибольшее значение среднеквадратичного отклонения а(Д) случайной составляющей погрешности не превышает q в процентах от предела допускаемого значения погрешности Д, определяется при п = 1 как наибольшее по абсолютному значению из полученных экспериментально значений Дт и А, или как единственное полученное значение погрешности, если вариация не учитывается или отсутствует. Для средств измерения, у которых наибольшее значение среднеквадратичного отклонения а(Д) случайной составляющей погрешности превышает q в процентах от допускаемого значения Дд погрешности Д, определяется как граница интервала, симметричного относительно нулевого значения погрешности, в который попадают р реализаций из общего числа п реализаций погрешностей. Значения пир регламентируются в разделе «Методы испытаний» нормативно-технической документации, указанной в водной части стандарта. Погрешности образцовой аппаратуры, применяемой при контроле метрологических характеристик, и число опытов (объем выработки) при поверке средств измерений, случайная составляющая погрешности которых соизмерима с систематической составляющей, должны устанавливаться в стандартах технических требований на отдельные виды средств измерений как функция вероятности брака контроля (поверки).
Оценка вариации b должна определяться как абсолютное значение разности между значениями Ат и Д0(при п >1), Д0 и Ат (при п = 1): Ъ= I Дт-Дс|; ь=1д* Значения характеристик могут корректироваться по мере накопления статистических данных в процессе серийного выпуска средств измерений. Если значения характеристик М [Дс], а(Ас) и М [Д], ст(Д) отличаются от ранее установленных значений, это не может служить основанием для признания средств измерения негодными.
Оценка математического ожидания М(Дс) систематической составляющей погрешности и математического ожидания М [Д] погрешности Д средств измерений данного типа определяется соответственно формулами: 1 т I т М[Дс] = -£лс,; М[Д] = -£Д„ ты где т — количество средств измерений, используемых при оценке М [Дс] и М [Д]; Дс„ Д/ — значение величины Д0, Д для /-го экземпляра средств измерений. Оценки среднеквадратичного отклонения систематической составляющей погрешности б(Дс) и среднеквадратичного отклонения ст(Д) погрешности Д средств измерений данного типа определяются соответственно формулами:
т ^
£(ДС/-М[ДС]) 1=1 т-1 4 Y т-1 Оценка нормализованной автокорреляционной функции г д(Х) =----- *------ X ° (Д/ - д)(д/ + ^ - Д), (и-
где я — число отсчетов пофешностеи при определении автокорреляционной функции; Т0— интервал времени между двумя по- - 1 " следовательными отсчетами; Д = — У Д, для средств измерений, «/=1 допускающих плавное изменение входной величины, отсчеты берутся при подходе к данной точке диапазона измерения только с одной (любой) стороны, Д, — /-я реализация (отсчет) погрешности
1(Д/-А)2.
10.16. ИНТЕРФЕЙСЫ ИНФОРМАЦИОННО- ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Интерфейс — совокупность цепей, объединяющих различные устройства и алгоритмы, определяющая порядок передачи информации между этими устройствами. Цепи интерфейса делятся на три группы: информационные, адресные и управляющие. Различают программные и физические интерфейсы. Информация передается в виде кодов определенного числа или словами. Для различия байтов данных, команд и адресов используются осведомительные сигналы. Для инициирования передач, синхронизации работы устройств и завершения передачи служат управляющие сигналы. Основной характеристикой интерфейса является скорость передач информации, которая зависит от алгоритма передачи и технических характеристик цепей связи. С целью модульного принципа построения систем разработаны стандартные интерфейсы, обеспечивающие информационную, электрическую и конструктивную совместимость различных устройств. К настоящему времени появились структуры интерфейсов: одноступенчатые и двухступенчатые с возможными вариантами исполнения: цепочная, радиальная, магистральная, ради- ально-магистральная, каждая из которых может быть с централизованным или децентрализованным управлением. Обмен информацией может быть осуществлен синхронным и асинхронным методами. Синхронный метод передачи и приема сигналов производится в фиксированные моменты времени. Темп обмена информацией при асинхронном методе определяется сигналом квитирования. Этот метод особенно эффективен при обмене информацией с различным быстродействием функциональных блоков. В ИИС используются следующие основные интерфейсы: ЕЕЕЕ- 480, ISA, EISA, PSKI, PCI, RS-232, RS-485, KAMAK, PDP-11, а также системные интерфейсы: 8, 16, 32-разрядных микроЭВМ и др. Приборный интерфейс предназначен для взаимодействия программируемых и непрограммируемых приборов и построения на их основе измерительных информационных систем. Соединение приборов осуществляется через многопроходный магистральный канал общего пользования (КОП, зарубежный аналог IEEE-488) длиной не более 20 м. Число приборов, подключаемых к магистрали, не должно превышать 15. Обмен информацией между приборами происходит под управлением контроллера. Всего регламентируется десять интерфейсных функций. Каждая функция позволяет прибору выполнять прием, передачу и определенную обработку сообщений. Функции могут быть реализованы как аппа- ратно, так и программно.
|