Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Процессы массопереноса в системах с участием твердой фазы. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 108 9 10 > Следующая >>>

Рис. 13. Этапы научных исследований (а) и структурная схема модульной си-

стемы автоматизации (б):

М – функциональный модуль (прибор для измерения или управления);

КС – контроллер секции для сопряжения с машиной; НМД – накопители

на магнитных дисках

Рис. 14. Обобщенная модель системы автоматизации сбора большого

объема статистических событий высокой интенсивности:

Fi – средняя интенсивность поступления информации на i-м уровне;

с-1;Ii – объем измерительной информации на i-м уровне сбора, бит;

Сi – объем управляющей информации на i-м уровне, бит

На втором уровне осуществляют обработку по распознаванию образов, например, выделяют линейные траектории частиц в пространстве, снижая среднюю интенсивность потока еще на один-два порядка.

На третьем уровне вводят сложные алгоритмы анализа (типа геометрической реконструкции полных событий в пространстве) с затратами времени на

обработку до 1 мс на одно событие. Все это снижает интенсивность потока данных, что позволяет регистрировать их на магнитных лентах. Вместе со средствами предварительной обработки при сборе данных (п. 1), сокращающих объем каждого события, отбор по двузначным решениям, уменьшает интенсивность их поступления с большей вероятностью регистрации искомых редких событий (явлений). Эти методы сокращают во много раз емкость памяти и время последующей обработки данных, а следовательно, и повышают эффективность исследований в целом.

3. Контроль и управление сложной детектирующей аппаратурой, технологическим оборудованием и электронными системами, что требует, как правило, нескольких подсистем, индивидуальных для каждого типа детектора. Такие подсистемы, позволяющие независимо проверять части эксперимента и управлять их работой, стремятся создавать в виде локальных сетей, обеспечивающих интеграцию распределенных приборов и вычислительных средств. Задачи контроля требуют выборочной обработки накапливаемых событий по алгоритмам, подобным основному анализу, с интерпретацией на графических и знаковых видеотерминалах результатов. Такой процесс называют мониторированием эксперимента.

4. Проверка работоспособности электронных систем (тесты) и диагностика неисправностей. Тестовые задачи выполняют не обязательно во время эксперимента, они требуют независимой настройки нескольких подсистем (по типам детекторов) с помощью средств контроля и управления. Если же тестовые задачи работают периодически, то для них выделяют отдельные средства (микроЭВМ), которые целесообразно также включать в единый информационновычислительный комплекс.

5. Хранение научных данных осуществляют в информационно-поисковых системах в виде банков данных. ЮНЕСКО регулярно проводит Межправительственные конференции по вопросам создания и функционирования Всемирной системы научной информации (ЮНИСИСТ), целью которой является выработка рекомендаций по принципам создания таких электронных банков, а также процедур, с помощью которых государства, члены и международные организации могли бы играть активную роль в ее создании и использовании.

В банках данных различают несколько уровней работы с информацией: сырые экспериментальные данные (распределения, графики и т. д.), результаты конкретных исследований, систематизированные, оцененные и справочные данные. Реализована идея перехода к распределенным банкам данных по областям знаний.

9.2. Структурное развитие систем автоматизации экспериментов

Развитие средств автоматизации экспериментов в значительной степени определяется возможностями микроэлектроники, при этом можно выделить следующие типы систем (рис. 15).

1. Специализированные информационно-измерительные (ИИС) и инфор-

мационно-управляющие системы (ИУС) с блочной структурой и радиальными

связями создавались аппаратурно в виде набора блоков. Вывод результатов осуществлялся на устройства печати, графопостроители и перфоленты. Позже их стали соединять с ЭВМ для прямой передачи результатов измерений на обработку. Это, по существу, были специализированные автоматы со средствами измерения и регистрации. В отдельных случаях создавали измерительнорегистрирующие центры на основе общих блоков памяти и средств вывода данных, получаемых от одного или нескольких мест измерения. Произвольные радиальные связи блоков приводили к усложнению таких систем и увеличению затрат на разработку индивидуальных приборных интерфейсов. Поэтому начали использовать магистраль данных, но с радиальным управлением выборкой. В дальнейшем стали разрабатывать специальные средства сопряжения (адаптеры) измерительных и управляющих устройств с ЭВМ. Приборные подсистемы выделяли в виде измерительных станций, соединяемых дискретными каналами с ЭВМ (центром обработки), от которых использовали выносные терминалы

(рис. 15, а).

Ранее такие системы на основе мини-ЭВМ получили название измери-

тельно-вычислительных комплексов (ИВК). Появление большого парка микроЭВМ позволило создать микроИВК с теми же возможностями. С появлением микропроцессов начали создавать встраиваемые модули на их основе, возникли модульные информационно-вычислительные системы (ИВС) в виде распределенных микропроцессорных структур.

Во многих современных ИВС применяют стандарты типа НР (с байтовым кабельным интерфейсом) и КАМАК (с параллельным интерфейсом на магистраль секции). При этом малые ИВС иногда используют с микроЭВМ в бездисковом варианте (резидентное программное обеспечение), средние ИВС представляют собой обычно дисковые системы реального времени, а большие ИВС содержат несколько ЭВМ, объединяемых в сложные комплексы.

МикроЭВМ, входящие в состав измерительной и управляющей аппаратуры, работают с мини-ЭВМ в режиме разделения времени. Получает развитие новый класс систем, использующий много процессоров (ансамбль) для автоматизации одного эксперимента. При этом используют встраиваемые процессоры без периферии, работающие под управлением центральной ЭВМ.

Другое направление развития – терминальные ИВС для измерения и управления, выполняемые в виде выносных рабочих станций с терминалом, имеющие доступ к файлам центральной ЭВМ. С развитием микропроцессоров и микроЭВМ оказывается возможным создавать достаточно мощные системы сбора и анализа данных из набора относительно дешевых средств. По существу, с развитием модульных систем, включающих наряду с параллельным и последовательный канал связи, решается проблема создания локальных сетей модульных ИВС в экспериментах. Важным качеством таких распределенных модульных систем является совместимость компонентов, основанная на использовании унифицированных аппаратурных и программных средств, при этом различают следующие требования к совместимости систем:

1) информационные, обеспечиваемые стандартизацией интерфейсов;

Рис. 15. Системы автоматизации на основе ЭВМ: а – измерительные ИИС

и управляющие ИУС системы с аппаратурной реализацией; б – системы

с индивидуальным сопряжением на основе миниЭВМ; в – магистральные

информационно-измерительные системы со стандартным сопряжением;

г – многопроцессорные магистральные модульные системы распределенного

управления и обработки; ИМ – измерительные модули; УМ – управляющие

модули; Т – терминал; ОУ – объект управления; МП – микропроцессор;

ПЛ – перфолента; Д –датчики

Рис. 16. Эволюция структуры измерительных и вычислительных систем:

а – радиальная структура связей ИИС, ИУС и миниЭВМ; б – магистраль обмена

данными в ИИС, ИУС и ЭВМ; в – общая магистраль данных, адресов

и управления для ИИС и ЭВМ; А – адаптеры сопряжения; УУ – устройство

управления; ИМ – измерительные модули; УМ – управляющие модули;

ЗУ – запоминающее устройство; УВВ – устройство ввода–вывода;

ПР – процессор; ВЗУ – внешнее запоминающее устройство

2) программные, обеспечиваемые выбором средств программирования

(языков, операционных систем и прикладного программирования в реальном масштабе времени);

3) энергетические, основанные на унификации источников питания;

4) конструктивные, включающие стандартизацию секций (крейтов), мо-

дулей (блоков) и соединителей (разъемов);

5) метрологические, предполагающие единство средств измерения, обеспе-

чивающих расчет характеристик с учетом аппаратурных и программных средств;

6) электрические, использующие типовые методы передачи и приема сиг-

налов согласно стандартному протоколу связи.

Первые типовые ИВК были предназначены для автоматизации общефизических экспериментов (ИВК-1, ИВК-2), для оптических приборов в задачах спектроскопии (ИВК-3), для геофизических задач (ИВК-5) и др.

9.3. Физико-технические проблемы автоматизации научных исследований

При разработке систем автоматизации необходимо учитывать физикотехнические возможности создания средств, что можно свести к следующим основным вопросам:

1) элементная база (технология), определяющая потенциальное быстродействие, надежность, потребляемую мощность, радиационную стойкость, функциональные возможности, габаритные размеры и другие характеристики разрабатываемых устройств;

2) унификация уровней взаимодействия и связи устройств, стандартизация их сопряжения, передача сигналов и сообщений;

3) функциональное магистрально-модульное построение систем в зависимости от выбора конструктивов и соединителей для выполнения электронного оборудования до общей структуры и организации систем;

4) энергетические проблемы (питание, разводка), охлаждение аппаратуры до рабочей температуры и др.

Развитие микропроцессоров показало, что они, как и мини-ЭВМ, дости-

гают возможностей больших ЭВМ предшествующих поколений. Уже широко применяются в экспериментах как мини-ЭВМ, имеющие 32 разряда (например VАХ-11, IBM PC США), так и микропроцессоры такой же разрядности. При этом очень важен вопрос использования программно-совместимых серий микропроцессоров, микро- и мини-ЭВМ для совместного использования средств в единых системах.

10. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

На рис. 17 представлена структура системы автоматизированного проектирования (САПР).

Рис. 17. Структура САПР

В соответствии с ГОСТ [1], [2] в структуре САПР выделяют следующие

элементы:

 КСАП САПР – комплекс средств автоматизации проектирования САПР

 подсистемы САПР, как элемент структуры САПР, возникают при

эксплуатации пользователями КСАП подсистем САПР;

 КСАП-подсистемы САПР – совокупность ПМК, ПТК и отдельных

компонентов обеспечения САПР, не вошедших в программные комплексы, объединённая общей для подсистемы функцией;

 ПТК – программно-технические комплексы:

компоненты обеспечения ПТК САПР, ПМК – программно-методические комплексы,

компоненты обеспечения ПМК САПР;

 компоненты обеспечения САПР, не вошедшие в ПМК и ПТК.

Совокупность КСАП различных подсистем формируют КСАП всей

САПР в целом.

П одс и с т е м ы

По ГОСТ 23501.101-87 [2] составными структурными частями САПР яв-

ляются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Каждая подсистема – это выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая выполнение некоторых функционально-законченных последовательностей проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

 Обслуживающие подсистемы – объектно-независимые подсистемы, ре-

ализующие функции, общие для подсистем или САПР в целом: обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т. п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР.

 Проектирующие подсистемы – объектно-ориентированные подсистемы,

реализующие определенный этап проектирования или группу связанных проектных задач. В зависимости от отношения к объекту проектирования, делятся:

 на объектные – выполняющие проектные процедуры и операции,

непосредственно связанные с конкретным типом объектов проектирования;

 инвариантные – выполняющие унифицированные проектные про-

цедуры и операции, имеющие смысл для многих типов объектов проектирования.

Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Типичными обслуживающими подсистемами являются:

 подсистемы управления проектными данными;  обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реа-

лизованных в САПР;

 подсистемы графического ввода-вывода;  система управления базами данных (СУБД).

Комп о н е н т ы и о б е с п е ч ение

Каждая подсистема, в свою очередь, состоит из компонентов, обеспечи-

вающих функционирование подсистемы. Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.) [1], [2].

Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения

САПР. Выделяют следующие виды обеспечения САПР:

 техническое обеспечение (ТО) — совокупность связанных и взаимодей-

ствующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства).

 математическое обеспечение (МО), объединяющее математические ме-

тоды, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования. По назначению и способам реализации делят на две части:

 математические методы и построенные на них математические модели;  формализованное описание технологии автоматизированного проек-

тирования.

 Программное обеспечение (ПО). Подразделяется на общесистемное и

прикладное:

 прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосред-

ственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР);

 общесистемное ПО предназначено для управления компонентами

технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ. Примером компонента общесистемного ПО явля-

ется операционная система.

 Информационное обеспечение (ИО) – совокупность сведений, необхо-

димых для выполнения проектирования. Состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР — базы данных.

 Лингвистическое обеспечение (ЛО) — совокупность языков, использу-

емых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога "проектировщик — ЭВМ" и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 108 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]