11.5. Метрологическое обеспечение измерительно-информационных и управляющих систем

Кроме общих стандартных подходов МО измерительных средств как отдельных компонентов систем управления для них, исходя из концепции целостности, специфичен ряд характерных подходов в МО согласно назначению и целевым функциям управления.

В метрологическом обеспечении систем управления выделяют два этапа, которые обусловлены включением в их состав вычис­лительной техники. На первом этапе структура и функции систе­мы согласованы и измерительная функция является определяю­щей, а информационные функции рассматриваются как вспомо­гательные. На втором этапе система становится в определенной степени информационной, т. е. реализует не только измеритель­ную, но и информационные функции. Результатом большой ра­боты было создание измерительно-информационных систем (ИИС), которые предназначены для выполнения на основе изме­рительных систем функций контроля, испытаний, диагностики, обнаружения, распознавания образов и др.

Включение в состав ИИС и АСУТП современных средств вы­числительной техники имело два важных последствия, которые коренным образом изменили традиционный взгляд на системы как объект МО. Были значительно расширены и усложнены функции систем, что сопровождалось усложнением обработки ре­

зультатов измерений. При этом изменилось соотношение между числом задач преобразования сигналов, решаемых с помощью аппаратных и программных средств, в пользу последних. Поэто­му трудно, а зачастую и невозможно разграничить измерительные и неизмерительные функции, реализуемые с помощью систем, так как граница между ними в основном проходит через про­граммное средство.

Специалисты, создающие и эксплуатирующие системы, заин­тересованы в обеспечении эффективности достижения целей, ради которых она создана, в частности для ИИС — для контроля, обнаружения, распознавания и др., а для АСУТП — для управле­ния технологическими процессами. Однако лишь для одной функции (естественно, подсистемы, см. рис. 14.2) — измеритель­ной (являющейся базовой, но «внутренней», а не итого­вой) — создана система обеспечения эффективности, т. е. система обеспечения единства измерений (система МО).

Другие функции систем, включая целевые функции (системы в целом), пока не имеют такой мощной методической организа- ционно-правовой и технической поддержки. Учитывая, что каче­ство функционирования ИИС и АСУТП можно охарактеризовать точностью или аналогичными ей показателями, целесообразно было распространить методы МО на ИИС и АСУТП в целом и на их целевые (неизмерительные) функции. Эти соображения были положены в основу концепции целостности МО измери­тельных информационных и управляющих систем.

Сущность концепции состоит в том, что в качестве объекта МО рассматриваются системы в целом, включая не только изме­рительные подсистемы и функции. Методической основой кон­цепции являются два фундаментальных положения. Во-первых, выделены функции контроля, испытаний и диагностики, обнару­жения и распознавания, во-вторых, то, что измерительная функ­ция есть по сути функция классифицирования.

Технический контроль осуществляют на основании измерений совокупности параметров объекта (технологического процесса). При этом необходимо принять решение об отнесении состояния объекта к одному из двух классов: нормальное (параметры кото­рого соответствуют нормам), либо «ненормальное», т. е. о реше­нии элементарной классификационной задачи, в которой про­странство возможных состояний объектов (значений параметров объектов) разбивается на два разнообразных класса.

465

Техническая диагностика представляет собой двухуровневую классификационную процедуру: вначале объект относят к одному из двух классов — работоспособных или неработоспособных (не­исправных), а затем — к одному из подклассов, которые характе-

30 - 4869

ризуют степень (запас) работоспособности или характер (степень) неисправности.

Распознавание образов также сводится к классифицированию, так как требуется установить признаки объектов, определяющие образы, разбить пространство признаков на области, характери­зующие классы состояний объектов и отнести конкретные объек­ты, на основании измерения их признаков, к соответствующим классам. При этом если классы разбивают пространство состоя­ний на две области, то распознавание становится дважды альтер­нативным, т. е. сводится к обнаружению объекта.

Процедура измерения

Известно, что измерение — это процедура, в основе которой лежит сравнение измеряемой величины с однородной величиной, принятой за единицу (или со шкалой) в системе СИ. Основой сравнения служит выбор модели измеряемой величины, включая проверку адекватности модели объекту. По сути — это классифи­кационная задача, так же, как сравнение с единицей измерения, поскольку система единиц и схема передачи единиц (их разме­ров) носят дискретный характер и описываются с помощью ха­рактерных (классификационных) признаков. Результат измерения определяет измеряемую величину и позволяет отнести ее к кон­кретной области значений по шкале. Критерием различия смеж­ных областей является погрешность результата измерений. При ее оценке снова решают классификационную задачу выбора мо­дели погрешности и параметрической идентификации этой моде­ли. При этом имеет место разделение шкалы на области (ее классификация) и отнесение измеряемой величины (свойства объекта) к конкретной области на основе сравнения (идентифи­кации).

Согласно вышеизложенному, управляющую подсистему под­разделяют на две подсистемы: классификационную (анализатор) и подсистему, вырабатывающую информацию (синтезатор) (см. рис. 14.2).

Фундаментальным положением является то, что важнейшим фактором, обеспечивающим целостность системы, является ин­формация об объекте, с которым система взаимодействует, т. е. функционирование системы есть процесс преобразования инфор­мации.

В АСУ, как наиболее сложной из рассматриваемых систем, включающей в себя ИИС, где информация «возникает» (как из­мерительная) на выходе преобразователя (датчика), передается неизменной по измерительному каналу (включающему в себя

средство обработки результатов измерения), преобразуется в классификационную информацию (в соответствующей подсисте­ме АСУТП) и «исчезает» (превращается в определенное воздейст­вие на объект управления) в исполнительной подсистеме. Следо­вательно, в соответствии с концепцией целостности ИИС и АСУТП (в том числе автоматизированные системы для научных исследований) следует рассматривать как информационные сис­темы, предназначенные для решения задач классифицирования объектов (принятия решений) и управления объектами. При этом компоненты систем являются информационными преобразовате­лями.