В настоящее время наибольшее распространение получили АСНИ, ориентированные на автоматизацию экспериментальных ис­ следований (АСНИ-Э).

1.6.Основы построения АСНИ-Э

1.6.1.Экспериментальные исследования

Процесс научного познания человеком окружающего мира проис­ ходит в тесном взаимодействии теоретического и экспериментального (практического) познания. Предметом экспериментального исследова­ ния является реальный объект, предметом теоретического исследова­ ния - некоторая модель изучаемого объекта. Теория и эксперимент - это две стороны научной деятельности человека, основной целью ко­ торой является практика, общественное производство материальных ценностей.

В процессе научного познания эксперимент играет важную роль. На рис. 1.2 приведена общая функциональная схема системы экспе­ риментального исследования.

Экспериментальная установка

Рис. 1.2

Предметом экспериментального исследования (предметом труда) является изучаемый объект с неизвестными свойствами, технически­ ми средствами (орудиями труда) - экспериментальное оборудование, позволяющее оказывать на объект различного рода физические и хи­ мические воздействия, измерительная аппаратура, фиксирующая и регистрирующая реакцию взаимодействия изучаемого объекта

и экспериментального оборудования, устройство обработки экспери­ ментальных данных. В центре экспериментального исследования на­ ходится человек - экспериментатор, который определяет функциони­ рование всей системы экспериментального исследования.

Цель эксперимента состоит в опытном изучении неизвестных свойств объекта исследования и построении физической (описатель­ но) и математической модели объекта. При выборе структуры мате­ матической модели объекта в качестве априорной информации ис­ пользуются имеющиеся теоретические знания или предварительные экспериментальные сведения об объекте.

Методика экспериментального исследования может включать следующие основные этапы:

-постановку задачи исследования (определение объекта и цели исследования);

-разработку методики эксперимента;

-выбор техники эксперимента;

-разработку плана эксперимента;

-составление программы проведения (реализации) эксперимента;

-настройку экспериментального оборудования;

-контроль работоспособности техники эксперимента;

-проведение эксперимента по заданной программе;

-сбор экспериментальных данных;

-обработку экспериментальных данных;

-интерпретацию и обсуждение результатов обработки;

-оформление отчетной документации (пояснительный текст, таблицы, графики, рисунки);

-передачу отчетной документации в научный центр;

-поиск направлений дальнейшего исследования.

Наряду с творческой работой, связанной с постановкой задачи ис­ следования, выбором методов ее решения и интерпретацией результа­ тов эксперимента экспериментатору необходимо проделать большой объем сравнительно однообразной работы по проведению экспери­ мента, сбору и обработке экспериментальных данных.

Экспериментальное исследование связано с большим количест­ вом трудоемких операций, особенно в области контроля, управления экспериментом и обработки экспериментальных данных. Повысить эффективность и качество работы экспериментатора возможно лишь

путем автоматизации экспериментальных исследований на базе со­ временных средств автоматизации и вычислительной техники.

Определение целесообразности автоматизации эксперимента должно проводиться с использованием определенных критериев, ко­ торые условно можно подразделить на две группы. Критерии первой группы учитывают возможности осуществления принципиально но­ вых методов исследования, традиционных исследований в режимах, недостижимых без применения средств автоматизации, увеличения информативности эксперимента за счет повышения точности измере­ ний, чувствительности аппаратуры, воспроизводимости эксперимента и его быстродействия, динамической оптимизации алгоритма иссле­ дования. Критерии второй группы основаны на учете: дополнитель­ ных затрат ресурсов на автоматизацию; повышения производительно­ сти эксперимента в результате автоматизации; объема исследований, намеченных к выполнению с применением данного метода; возмож­ ностей формализации алгоритмов эксперимента.

1.6.2. Цели автоматизации экспериментальных исследований

Можно сформулировать основные цели создания АСНИ-Э:

-обеспечение высоких темпов научно-технического прогресса;

-повышение эффективности и качества НИ на основе получения

иуточнения с помощью ЭВМ более полных моделей исследуемых объектов, явлений или процессов, а также применения этих моделей для проектирования, прогнозирования и управления;

-повышение эффективности разработок объектов исследований

иуменьшение затрат на их создание;

-получение качественно новых научных результатов, достижение которых принципиально невозможно без использования АСНИ-Э;

-сокращение сроков и уменьшение трудоемкости НИ и ком­ плексных испытаний образцов новой техники.

1.6.3. Назначение АСНИ-Э

АСНИ-Э представляют собой человеко-машинную систему, кото­ рая в общем случае решает следующие основные задачи:

-планирование эксперимента;

-реализация (проведение) эксперимента;

-контроль и управление экспериментом;

-обработка экспериментальных данных.

Планирование эксперимента в АСНИ-Э осуществляет человекэкспериментатор, который выполняет следующую работу:

-выдвижение гипотез и постановку задачи исследования;

-выбор методов и путей решения задачи;

-контроль за прохождением эксперимента;

-анализ и интерпретация результатов эксперимента;

-корректировка эксперимента;

-выводы и рекомендации;

-поиск направлений дальнейших исследований.

АСНИ-Э обеспечивает:

-настройку и проверку работоспособности экспериментальной установки;

-программное управление ходом эксперимента;

-сбор, индикацию, регистрацию и хранение экспериментальных данных;

- оформление отчетной документации в алфавитно-цифровом

играфическом виде;

-передачу данных в научный центр.

1.6.4.Основные требования

ипринципы построения АСНИ-Э

Для успешного решения задач автоматизации экспериментальных исследований АСНИ-Э должна удовлетворять следующим основным требованиям:

-гибкость структуры технических средств измерения, управле­ ния, обработки и отображения данных;

-удобство и оперативность взаимодействия человека с системой;

-высокая надежность и работоспособность системы;

-малые габариты и стоимость;

-отличное эстетическое оформление.

Чтобы удовлетворить этим требованиям, при посгроении АСНИ-Э необходимо использовать следующие принципы:

-модульность технических средств и программного обеспечения;

-магистратьность связи между модулями (принцип общей шины);

-расширяемость системы по иерархическому принципу;