Автоматизированные системы научных исследований

В настоящее время автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) находят широкое применение и обеспечивают дальнейшее развитие фундаментальных направлений в науке.

АСНИ отличаются от других типов автоматизированных систем (АСУТП, АСУП, САПР и других) характером информации на выходе системы. Прежде всего, это получаемые в результате научной деятельности человека, а также создаваемые на основе этих данных математические модели исследуемыx объектов, явлений или процессов, адекватность и точность таких моделей обеспечиваются всем комплексом методических, программных и других средств. Поэтому АСНИ являются системами для получения, корректировки или исследования моделей, используемых затем в других типах автоматизированных систем для управления или проектирования.

При проработке общей части дипломного проекта следует учитывать, что системный подход требует рассмотрения процесса проектирования автоматизированной системы, его целей и логики как единого целого, подчинения частных общей цели системы и интеграции представлений о системе с различных точек зрения на каждом ее этапе проектирования. На этой основе должны создаваться требуемые практикой конкретные методы и соответствующие инженерные методики проектирования.

Ниже приводятся возможные варианты тем дипломных проектов:

а) Разработка технического проекта АСНИ.

Цель дипломного проекта по данной теме -это выработка технических решений, дающих полное представление о создаваемой АСНИ и ее подсистемах. Последовательность работ на стадии разработки технического проекта АСНИ следующая:

-разработка предварительной технической структуры АСНИ;

 -анализ характеристик функционирования АСНИ;

-разработка базовой технической структуры АСНИ;

-разработка структуры информационного обеспечения АСНИ;

-разработка структуры математического обеспечения АСНИ.

В дипломном проекте чаще всего приводятся разработки одной из стадий создания технического проекта АСНИ, или же некоторых стадий, но для какой-то конкретной подсистемы. При разработке предварительной технической структуры АСНИ решаются следующие вопросы:

-определение числа уровней АСНИ и совокупности алгоритмов, выполняемых на каждом уровне;

-определение трудоемкости и сложности алгоритмов каждого уровня;

-определение технической структуры АСНИ и распределение функций по подсистемам;

-определение параметров устройств каждой функциональной группы технических средств.

Решение задач анализа характеристик функционирования АСНИ должно учитывать, что процесс функционирования АСНИ имеет информационный характер, в котором учитывают четыре основных звена: объект исследований, АСНИ, исследователь и внешняя среда. Процедура анализа состоит из следующих составных частей:

-анализ входящих и выходящих потоков в АСНИ. Входящие потоки образуются из контролируемой информации, поступающей от объекта, исследователя и внешней среды. Выходящие состоят из потоков, выдаваемых системой на объект автоматизации, исследователю и во внешнюю среду;

-выбор параметров для описания функционирования АСНИ. Производится обоснование и выбор характеристик, связанных с производительностью системы, эффективностью использования в системе накопителей и вероятностных характеристик. Выбор совокупности характеристик определяется спецификой разрабатываемой АСНИ;

-составление модели функционирования АСНИ в целом. Производится детальное описание функционирования АСНИ (как правило, в терминах теории массового обслуживания);

-разработка и анализ моделей подсистемы АСНИ. При решении данного вопроса в качестве базовых принимаются типовые конфигурации подсистем;

-анализ модели функционирования АСНИ в целом. Анализ проводится "снизу-вверх" и осуществляется компоновка и уточнение параметров подсистем каждого уровня;

-разработка рекомендаций по выбору средств автоматизации.

При разработке базовой технической структуры АСНИ разрабатываются следующие вопросы:

-определение специфических требований к отдельным подсистемам, корректировка состава технических средств;

-сопоставление требований информационной и программной частей с технической частью АСНИ;

-построение загрузочной диаграммы АСНИ;

-определение производительности отдельных подсистем и системы в целом.

Разработка структуры информационного обеспечения АСНИ основывается на базовой технической структуре АСНИ и характеристиках входящих в нее средств автоматизации. Информационное обеспечение должно строиться с учетом методологических положений проектирования АСНИ.

Разработка информационного обеспечения выполняется по следующим этапам:

-выбор структуры данных; здесь разрабатывается способ размещения данных в памяти, выбирается вид структуры записей и дается обоснование его выбора;

-выбор структуры и типа массива; при выборе преимущество имеет та структура, при которой коэффициент использования памяти выше;

-анализ общей схемы организации массива; при работе с массивами необходимо учитывать следующие основные требования: единство использования информационной базы всеми решаемыми в системе задачами; типизация схем оперирования с массивами, позволяющая разработать общий программный аппарат для работы с ними; при составлении общей схемы разрабатываются следующие структуры: входного документа, входного массива, основного массива, подмассивов для соответствующих задач, выходных массивов, выходных документов;

-выбор и обоснование метода сортировки данных;

-анализ распределения данных по информационной базе; при распределении данных по информационной базе центральным моментом является сохранение принятой для нее структуры. Для эффектного поиска и ориентации в массивах необходимо организовать каталоги для всех массивов данных;

-анализ организации доступа к данным; разрабатываются вопросы использования поступающей и хранимой в системе информации. Для этого должно быть определено, какая информация требуется для функционирования

АСНИ и где она хранится;

-оценка работ по созданию банков данных. Для сложных АСНИ необходимо разрабатывать банки данных, состоящие из совокупности данных большого объема и сложной структуры и комплекса программных средств для создания, обновления, поддержания и использования содержимого базы данных.

Проектные решения математического обеспечения реализуют через программное обеспечение. На стадии разработки структуры программного обеспечения АСНИ должны рассматриваться, в основном, вопросы выбора и создания прикладного программного обеспечения, то есть программ и пакетов прикладных программ, предназначенных для осуществления процедур исследований для испытаний. Выполняются следующие основные этапы:

-определение набора типовых (стандартных) программ обработки, составление списка программ; на основании анализа видов обработки данных и анализа объектов автоматизации определяется необходимый состав стандартного математического обеспечения;

-определение списка программ, которые необходимо разработать;

-разработка алгоритмов и программ, она производится согласно списку,

определенному выше. Алгоритм разрабатывается на основании математической модели автоматизированного процесса. При этом должна учитываться структура используемых информационных массивов и особенности используемых технических средств.

б) Проектирование автоматизированной системы комплексных испытаний сложных объектов.

При комплексных испытаниях сложных объектов АСНИ решают задачи получения и анализа совокупности рабочих параметров объектов, их агрегатов и узлов, управления технологическими процессами при подготовке и проведении исследований. Основной целью создания подобных систем является повышение производительности труда при подготовке и проведении испытаний, сокращение исследовательского цикла обработки объектов и их агрегатов, уменьшение количества экспериментальных изделий за счет уплотнения программ испытаний, сокращения потерь от качественного проведения ряда технологических операций и так далее.

При разработке комплексных испытаний в дипломном проекте разрабатываются вопросы:

-сбора данных, измерения, регистрации и индикации отдельных параметров, контроль состояний отдельных узлов, отработка законов регулирования, регистрация аварийных ситуаций, экспресс-обработка информации с целью выдачи управляющих действий;

-вопросы обработки данных с целью анализа группы взаимосвязанных параметров; формирования промежуточных массивов с целью организации режима “визуального контроля”, выдачи массивов на устройства отображения, анализа аварийных ситуаций с целью выдачи данных оператору;

-задачи реализации алгоритмов на конкретном вычислительном комплексе.

При разработке названных вопросов необходимо учитывать особенности регистрации данных испытаний, обработки данных и организации оперативного контроля за ходом испытаний и ряд других особенностей.

Необходимо определить количественные значения следующих информационных показателей:

-объем экспериментальных данных за одно испытание (в 1х/байтах);

-среднее количество экспериментальных данных, требующих долговременного хранения (байт);

-среднее количество операций по обработке данных, приходящихся на одно измерение (операций/измерение);

-средняя интенсивность потока информации (байт/с) и так далее.

Дипломные проекты могут быть посвящены решению вопросов общего характера по отношению к рассмотренным системам. В этом случае можно предложить следующие варианты тем: