3. Автоматизация измерений

И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

3.1. Общие положения

Автоматизация процессов измерения имеет своей целью освобо­дить оператора от ручного труда и передать как можно большее число операционных действий от человека к ЭВМ, микропроцессорам и раз­личным системам преобразования и передачи информации.

Усложнение современного производства, развитие научных исследо­ваний в различных направлениях привели к необходимости измерять или контролировать одновременно сотни, а иногда и тысячи физиче­ских величин, изменяющихся в широком диапазоне значений.

Во многих случаях решения при этом принимают на основе резуль­татов не отдельных измерений, а потоков измерительной информа­ции, интенсивность которых возрастает за счет увеличения частотного диапазона и количества измеряемых величин. Например, в 1983 г. со­стояние космической станции «Салют-7» контролировали с помощью 2100 первичных измерительных преобразователей и при этом за 1 с проводили 25 600 измерений, а в 2004 г. Центр дистанционного зон­дирования Югорского НИИ информационных технологий способен принимать потоки информации уже со скоростью до 320 Мбит/с.

Естественная физиологическая ограниченность возможностей че­ловека воспринять и переработать большие объемы информации при­вела к возникновению измерительных информационных систем (ИС).

Измерительная система — совокупность функционально объеди­ненных мер, измерительных приборов, измерительных преобразовате­лей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в различных точках контролируемого объекта, чтобы измерять одну или несколько физических величин, свойственных этому объекту, а также, чтобы вы­рабатывать измерительные сигналы в разных целях.

Измерительные системы можно применять как автономно, так и в составе различных комплексов, включающих в себя, кроме средств измерений и вычислительных устройств, устройства автоматического управления, а в ряде случаев и устройства принятия решения о состоя­нии объекта исследования.

В зависимости от назначения ИС подразделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы. Различают также ИС ближнего действия и ИС дальнего действия (телеизмерительные системы).

На вход ИС поступает множество величин, изменяющихся во времени и (или) распределенных в пространстве. На выходе ИС получают результаты измерений в виде именованных чисел или отношения из­меряемых величин. Такие системы могут выполнять прямые, косвен­ные, совместные и совокупные измерения. Наиболее распространены измерительные системы для прямых измерений.

Для всех ИС характерно наличие воспринимающих элементов - первичных измерительных преобразователей (в дальнейшем име­нуемых датчиками (Д), элементов сравнения (С), мер (М) и элемен­тов выдачи результатов (BP). Перечисленные элементы — основные для построения ИС. В зависимости от числа элементов в структуре ИС подразделяют на многоканальные (ИС с параллельной структу­рой), сканирующие (ИС с обшей мерой) и многоточечные ИС (ИС с параллельно-последовательной структурой). Средства автоматизации измерений и контроля, которые используют в ИС и системах контро­ля, могут быть классифицированы (рис. 3.1).

Особое место среди ИС занимают автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), предназначенные для эксперимен­тальных исследований в науке и технике и проведения комплексных испытаний различных объектов.

В производствах различных отраслей вопросы измерений — базо­вые для всех систем контроля, в настоящее время реализуемых в виде автоматизированных систем, в которых роль человека-оператора хотя и присутствует, но значительно снижена. Автоматические системы контроля (АСК) сложных объектов в большинстве случаев можно отнести к классу недетерминированных систем, характеризуемых на­личием в процессе работы таких ситуаций, когда жесткая программа работы не обеспечивает удовлетворительного решения поставленных задач. В этом случае необходимо вмешательство человека-оператора, принимающего то или иное решение.

Рис. 3.1. Классификация средств автоматизации и контроля

Системы автоматического контроля (САК) и системы технической диагностики (СТД) — это разновидности ИС, с помощью которых контролируют состояние различных объектов.

Под контролем понимается процесс установления соответствия меж­ду состоянием объекта контроля и заранее заданной нормой. В резуль­тате контроля выдается суждение о состоянии объекта (годен, негоден, больше, меньше и т.п.) без количественной оценки параметров объекта.

Отличием СТД и САК является то, что СТД не только выдает ин­формацию об исправности или неисправности контролируемого объ­екта, но и указывает место неисправности. Практически любая СТД имеет в своем составе устройство воздействия на объект в виде гене­раторов стимулирующих воздействий, в то время как САК может не иметь таких устройств.

Роль человека-оператора в АСК — следить за ходом и состоянием контролируемых объектов, ставить технические диагнозы, определя­ющие причины неисправностей в контролируемом объекте или в са­мой системе контроля по комбинации вышедших из нормы парамет­ров, а также принимать ответственные решения. Чтобы вся система «человек-машина» работала эффективно, необходимо обеспечить на­дежную и устойчивую работу человека-оператора, являющегося ее ин­тегральным звеном. Если человек не способен выполнять какие-либо функции, то надежность системы «человек—машина» может быть очень низкой. Поэтому требование высокой эффективности работы оператора, обеспечивающей оптимальное использование возможностей системы «человек-машина» неразрывно связано с необходимо­стью создать наилучшие условия для работы человека.

Обобщенная схема связи между АСК и оператором приведена на рис. 3.2. Оператора в такой схеме можно рассматривать как приемник и передатчик в системе коммуникаций, а его способность принимать решения, действовать, физические и психологические пределы нагрузок на оператора являются показателями эффективности этой системы.

Рис. 3.2. Обобщенная схема связи АСК и оператора

На эффективность работы системы АСК-оператор влияют три основные группы факторов:

1) психофизиологические факторы, характеризующие особенно­сти человека-оператора: субъективность характеристик, степень тренированности, эмоциональное состояние, внешние воздействия, возраст и др.;

2) информационные факторы, отражающие характер перерабаты­ваемой информации: статистическая СЛОЖНОСТЬ (вероятности по­явления сообщений, временная неопределенность поступления со­общений), тип, поток и значимость (важность) информации и др.;

3) технические факторы, характеризующие систему отображения информации, средства и методы отражения и т.д.

Первая группа характеризует человека-оператора, а вторая и третья - систему отображения информации. Следовательно, работа оператора бу­дет зависеть от его психофизиологических характеристик, а также от технических и информационных характеристик индикаторных устройств.

Наиболее важные характеристики, определяющие эффективность работы оператора, могут быть представлены следующим образом:

- характеристики оператора;

- способ отображения.

- задачи оператора;

- внешние условия;

- тип информации;

- плотность информации;

- сложность информации;

- требования к точности работы.

В настоящее время характеристики человека-оператора долж­ным образом не определены. Отметим, что изучением характеристик человека-оператора занимается инженерная психология. Задача опти­мального согласования человека-оператора с устройствами отображе­ния пока еще не решена.