Системный подход, как основа проектирования

Под проектированием – как известно – понимают комплекс работ по изысканиям, исследованиям, расчетам и конструированию, имеющих целью получения всей необходимой документации для создания новых изделий или реализации новых процессов, удовлетворяющих заданным требованиям.

Спроектировать изделие – значит, выбрать наилучшее (частое компромиссное) решение относительно его структуры, параметров и способа технической реализации, определяющих эффективность изделия в течение установленного периода эксплуатации.

Для решения комплексных вопросов проектирования применима единая исследовательская позиция – системный подход. Использование системного подхода обусловлено тем, что в традиционных методах изучения и формализации сложных объектов и процессов основное внимание уделяется качественному и количественному описанию свойств объекта и составляющих его частей. Это не позволяет строить адекватные действительности модели, отражающие связи объектов с окружающей средой, их функцию и многоуровневую структуру.

Одним из требований системного подхода является изучение системы во взаимодействии с окружающей средой. Любая система существует в связи с другими системами, через эти связи осуществляется взаимное влияние систем. В качестве возмущающих факторов, характеризующих внешнюю среду выступают входного воздействия, изменение условий эксплуатации, подключение и отключение других блоков и агрегатов, а также источников питания. Отличительной особенностью системного подхода является рассмотрение возможных альтернативных вариантов построения систем. Часто оказывается, что желаемый конечный результат может быть практичным при различном выборе структуры и параметров системы и ее элементной базы. Системный подход предполагает в рассмотрении проблемы уделять внимание тенденции развития системы аналогичного назначения, предполагая, что при разработке новой системы необходимо не только учитывать положительный опыт, но и предвидеть возможность модернизации системы и ее отдельных подсистем в ходе эксплуатации.

Принцип агрегатирования при проектировании приборов и систем

В настоящее время существует государственная система приборов (СГП), которая отражает техническую политику, направленную на удовлетворение основных потребностей технической реализации. Основная идея СГП заключается в том, что при построении приборов и систем используются типовые процессы расчета, конструирования, диагностики, которые могут проводиться на средствах, компонуемых методом агрегатирования. Применение метода ГСП представляет создание сложных устройств из более простых унифицированных изделий методом их наращивания и стыковки.

Выбор интерфейсов измерительных систем

Современное проектирование автоматических средств измерений и контроля широко использует системный подход, при котором любое достаточно сложное средство измерений (прибор, система) представляется как совокупность унифицированных типовых узлов – функциональных блоков (ФБ). Выполняющих специализированные функции и соединенных между собой унифицированными линиями связи. В свою очередь, всякое средство измерений может рассматриваться как некоторый ФБ, входящий в систему более высоко уровня или ранга.

Следовательно, под ФБ понимается совокупность схемных элементов, объединенных электрически и конструктивно в одно устройство, с помощью которого в системе может быть реализована определенная функция.

Из нескольких простых ФБ может быть построен ФБ более высокого уровня. Совокупность определенных ФБ в автоматических средствах измерений и контроля позволяет решить все возлагаемые на них задачи. При этом каждый ФБ реализует более количество функций, чем измерительный преобразователь.

Сопряжение ФБ и микропроцессора (МП) в автоматических средствах измерений и контроля осуществляется с помощью интерфейсных средств, обеспечивающих передачу данных одинакового формата. Существует ряд типовых структур интерфейса для автоматических средств измерений и контроля, имеющих в своем составе микроЭВМ или МП.

Под интерфейсом (или сопряжением) понимают совокупность схематических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов ИИС (ГОСТ 15971-74). Т.е. как уже было сказано – устройства подсоединяются к системе сопряжения и объединяются в ИИС по определенным правилам, относящимся к физической реализации сопряжений.

Конструктивное исполнение этих устройств, характеристики вырабатываемых и принимаемых блоками сигналов и последовательности выдаваемых сигналов во времени позволяют упорядочить объем информацией между ФБ.

Под интерфейсной системой понимают совокупность логических устройств объединенных унифицированным набором связей и предназначенных для обеспечения информационной, электрической и конструктивной совместимости. Интерфейсная система также реализует алгоритм взаимодействия функциональных модулей в соответствии с установленными нормами и правилами.

Возможны два подхода к организации взаимодействия элементов системы и построению материальных связей между ними:

- жесткая унификация и стандартизация входных и выходных параметров элементов системы;

- использование ФБ с адаптивными характеристиками по входам-выходам.

На практике часто сочетают оба подхода. Стандартизация интерфейсов позволяет:

- проектировать ИИС различных конфигураций;

- значительно сократить число типов СИ и их устройств сопряжения;

- ускорить и упростить разработку отдельных СИ и ИИС в целом;

- упростить техническое обслуживание и модернизацию ИИС;

- повысить надежность ИИС.

Между ФБ ИИС осуществляется обмен информационными и управляющими сообщениями.

Информационное сообщение содержит сведения о значении измеряемого параметра, диапазона измерения, времени измерения, результатах контроля состояния измерительных каналов и др.

Управляющее сообщение содержит сведения о режиме работ ФБ, порядке выполнения или последовательности операций во времени, команде контроля состояния измерительных каналов.

Интерфейс может быть общим для устройств разных типов, наиболее распространенные интерфейсы определены международными, государственными и отраслевыми стандартами. Стандарт (ГОСТ 26016-81 «Единая система стандартов приборостроения. Интерфейсы, признаки классификации и общие требования») включает четыре признака классификации: способ соединения компонентов системы (магистральный, радиальный, цепочечный, комбинированный); способ передачи информации (параллельный, последовательный, комбинированный); принципы обмена информацией (асинхронный, синхронный); режим передачи информации (двусторонняя одновременная передача, двусторонняя поочередная передача, односторонняя передача).