Автоматизированные системы научного исследования

      Введение.

      Повышение эффективности фундаментальных  и прикладных научных исследований становится важным фактором ускорения  научно-технического прогресса. Особое значение для повышения эффективности  науки приобретает автоматизация  научных исследований, позволяющая получать более точные и полные модели исследуемых объектов и явлений, ускорять ход научных исследований и снижать их трудоемкость, изучать сложные объекты и процессы, исследование которых традиционными методами затруднительно или невозможно.

      Применение автоматизированных систем научных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники (АСНИ) наиболее эффективно в тех современных областях науки и техники, которые имеют дело с использованием больших объемов информации. К ним прежде всего относятся:

• ядерная физика (сбор и обработка экспериментальных данных, получаемых на реакторах, ускорителях и установках термоядерного синтеза);
• физика плазмы и твердого тела;
• радиофизика и электроника;
• астрономия и радиоастрономия;
• космические исследования (обработка информации, получаемой с искусственных спутников для нужд народного хозяйства);
• геология и геофизика (разведка полезных ископаемых);
• исследования Мирового океана, экологические исследования, прогнозирование погоды и стихийных бедствий;
• биология и медицина (исследования в области молекулярной биологии, микробиологического синтеза, диагностики заболеваний);
• химическая технология (моделирование технологических процессов, получение материалов с заданными свойствами);
• исследования сложных технологических процессов в промышленности;
• исследования и разработки в области энергетики (электростанции, сети электропередачи, энергетические системы);
• исследования и разработки в области транспортных коммуникаций, сетей связи и сетей вычислительных машин;
• натурные и стендовые испытания сложных технических объектов (летательных аппаратов, транспортных устройств, машин, сооружений);
• экономика, социальные исследования, право и языкознание.

      Автоматизированные  системы научных исследований и  комплексных испытаний образцов новой техники обеспечивают получение значительного народнохозяйственного эффекта. Этот эффект образуется от повышения производительности труда в исследовательских и испытательных подразделениях, улучшения технико-экономических характеристик разрабатываемых объектов на основе получения и использования более точных моделей этих объектов, сокращения дорогостоящих натурных испытаний, исключения некоторых стадий опытно-конструкторских работ, что в конечном счете приводит к снижению затрат на разработку объектов новой техники.

      АСНИ  отличаются от других типов автоматизированных систем (АСУ, АСУТП, САПР и т.д.) характером информации, получаемой на выходе системы. Прежде всего это обработанные или  обобщенные экспериментальные данные, но главное - полученные на основе этих данных математические модели исследуемых объектов, явлений или процессов. Адекватность и точность таких моделей обеспечивается всем комплексом методических, программных и других средств системы. В АСНИ могут использоваться также и готовые математические модели для изучения поведения тех или иных объектов и процессов, а также для уточнения самих этих моделей. АСНИ поэтому являются системами для получения, корректировки или исследования моделей, используемых затем в других типах автоматизированных систем для управления, прогнозирования или проектирования.

      Как правило, все типы АСНИ должны создаваться  на базе серийных средств вычислительной техники широкого применения (процессоров, устройств памяти на магнитных лентах и дисках, печатающих устройств, дисплеев и т.п.). Однако, в АСНИ может примениться и специальная аппаратура для сопряжения ЭВМ с исследуемыми объектами. Эта аппаратура должна обеспечивать разнообразные функции предварительной обработки информации, иметь гибкую структуру и максимальную взаимозаменяемость модулей и блоков.

      Поэтому создание аппаратуры сопряжения ЭВМ  с объектами является одним из важнейших направлений работ, обеспечивающих эффективную разработку и развитие различных типов АСНИ. Блоки и  модули аппаратуры сопряжения должны выпускаться серийно в соответствии с международными стандартами.

      При разработке Общеотраслевых руководящих  методических материалов по созданию автоматизированных систем научных  исследований и комплексных испытаний  образцов новой техники были учтены Государственные стандарты и общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию автоматизированных систем различного назначения.

      Назначение  и применение руководящих  материалов

 

      Настоящие Общеотраслевые руководящие методические материалы устанавливают основные положения о назначении, функциях, структуре и порядке создания автоматизированных систем научных исследований.

      Руководящие материалы предназначены для  министерств, ведомств и научно-исследовательских  организаций и предприятий, ведущих  работы по созданию АСНИ или использующих подсистемы и компоненты АСНИ.

      Руководящие материалы направлены на проведение единой технической политики при  создании, функционировании и развитии АСНИ в научно-исследовательских  организациях и на предприятиях. Руководящие материалы рекомендуется применять при разработке планов создания АСНИ, а также на всех стадиях создания и развития АСНИ.

      Методические, технические, а также руководящие  материалы и стандарты, касающиеся создания АСНИ, должны разрабатываться  министерствами, ведомствами, организациями и предприятиями с учетом основных положений настоящих руководящих материалов.

      Цели  создания АСНИ

 

      АСНИ  создаются в организациях и на предприятиях в целях:

• обеспечения высоких темпов научно-технического прогресса;
• повышения эффективности и качества научных исследований на основе получения или уточнения с помощью АСНИ математических моделей исследуемых объектов, явлений или процессов, а также применения этих моделей для проектирования, прогнозирования и управления;
• повышения эффективности разрабатываемых с помощью АСНИ объектов, уменьшения затрат на их создание;
• получения качественно новых научных результатов, достижение которых принципиально невозможно без применения АСНИ;
• сокращения сроков, уменьшения трудоемкости научных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники.

      Достижение  целей создания АСНИ обеспечивается путем:

• систематизации и совершенствования процессов научных исследований и испытаний на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;
• комплексной автоматизации исследовательских работ в научно-исследовательской организации с необходимой перестройкой ее структуры и кадрового состава;
• повышения качества управления научными исследованиями;
• применения эффективных математических методов организации и планирования экспериментов;
• использования методов обработки и представления результатов научных исследований и испытаний в виде математических моделей, имеющих заданную форму;
• автоматизации трудоемких работ;
• замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием.

      Определение АСНИ

      Автоматизированная  система научных исследований и  комплексных испытаний образцов новой техники (АСНИ) - это программно-аппаратный комплекс на базе средств вычислительной техники, предназначенный для проведения научных исследований или комплексных испытаний образцов новой техники на основе получения и использования моделей исследуемых объектов, явлений и процессов.

      Программно-аппаратный комплекс АСНИ состоит из средств  методического, программного, технического, информационного и организационно-правового обеспечения.

      Взаимодействие  исследуемого объекта, явления или  процесса с АСНИ осуществляется через  аппаратуру сопряжения, входящую в  состав программно-аппаратного комплекса. Взаимодействие подразделений научно-исследовательской организации или предприятия с АСНИ регламентируется средствами организационно-правового обеспечения системы.

      Функции АСНИ

 

      Основная  функция АСНИ состоит в получении  результатов научных исследований (комплексных испытаний) путем автоматизированной обработки экспериментальных данных и другой информации, получения и исследования моделей объектов, явлений и процессов на основе применения математических методов, автоматизированных процедур, планирования и управления экспериментом.

      Автоматизированные  процедуры в АСНИ состоят в  том, что исследования (испытания) объектов, явлений и процессов, получение  и исследование математических моделей  осуществляется путем взаимодействия пользователя с АСНИ в режиме диалога.

      В АСНИ могут осуществляться автоматические процедуры, при которых обработка  данных, идентификация или построение математических моделей производятся без участия человека.

      В АСНИ могут применяться также  процедуры планирования и управления экспериментом, при которых использование моделирования корректирует условия эксперимента, а экспериментальная информация используется для выбора математической модели из некоторого заданного множества таких моделей.

      Результатом функционирования АСНИ является подтверждение (отклонение) гипотез или совокупность законченных математических моделей, удовлетворяющая заданным требованиям, а также обработанные результаты исследований, наблюдений и измерений.

      Функционирование  АСНИ должно обеспечивать получение  выходных документов, выполненных в заданной форме и содержащих результаты научных исследований или испытаний, а также рекомендации по использованию этих результатов для прогнозирования, управления или проектирования.

      Структура АСНИ

 

      Основными структурными звеньями АСНИ являются подсистемы. Подсистемой АСНИ называется выделенная по некоторым признакам часть АСНИ, обеспечивающая выполнение определенных автоматизированных процедур исследований (испытаний) и получение соответствующих выходных документов.

      Различаются объектно-ориентированные (объектные) и обслуживающие подсистемы АСНИ.

      Объектная подсистема осуществляет получение  и обработку экспериментальных  данных с некоторого объекта.

      Объектными  могут быть, например, подсистемы:

• обработки экспериментальных данных, получаемых со специализированных установок (ускорителей, спектрометров, испытательных стендов);
• обработки данных на морских судах, системы для сейсморазведки и т.п.;
• коллективного пользования для куста однородных экспериментальных установок или стендов.

      Обслуживающая подсистема осуществляет функции управления и обработки информации, не зависящие от особенностей исследуемого явления, объекта или процесса.

      Обслуживающими  могут быть, например, подсистемы:

• управления АСНИ;
• диалоговых процедур;
• численного анализа;
• планирования и оптимизации эксперимента;
• ввода, обработки и вывода графической информации;
• информационно-поисковых процедур.

      Подсистема  АСНИ состоит из компонентов, объединенных общей для данной подсистемы процедурой.

      Компонентом называется элемент средств обеспечения, выполняющий определенную функцию в подсистеме АСНИ.

      Структурное единство подсистемы АСНИ обеспечивается связями между компонентами различных  средств обеспечения, образующими  подсистему.