Измерительные информационные системы в научных исследованиях. Особенности построения

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Бийский технологический  институт (филиал) федерального

государственного  бюджетного образовательного

учреждения  высшего профессионального образования 

"Алтайский  государственный технический университет 

им. И.И. Ползунова"

 

 

 

Реферат по курсу

«Измерительные информационные системы»

на тему:

 

 

«Измерительные информационные системы в научных исследова

ниях. Особенности построения»

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ПС-01

Шадрин В.А.

 

Проверил:

доц. Абраменко Д.С.

 

 

 

Бийск 2012

Содержание

 

Содержание 2

ВВЕДЕНИЕ 3

1 Измерительные  информационные системы 4

1.1 Измерительная система 4

2 Основные этапы создания ИИС 5

3 Классификация ИИС 7

4 Общие принципы построения и применения ИИС 12

4.1 Принцип  сочетания системности и агрегирования 14

4.2 Принцип  однородности иерархического уровня 14

4.3 Принцип  максимальной функциональной замкнутости 14

4.4 Принцип  минимизации старших иерархических  информационных  связей 15

4.5 Принцип  наращиваемости аппаратуры 15

4.6 Принцип  физической однородности распределения  функций 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Измерительная информационная система (ИИС) -  это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных  технических средств, для получения  измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации и др.

Это определение было написано в ГОСТ 8.437-81 Системы информационно-измерительные, который утратил силу в Российской Федерации от 27.09.2001. На сегодняшний день прямой замены этому ГОСТу нет.

В наш век информационных технологий становится все более  актуальным необходимость ИИС т.к. это упрощает и облегчает, доступ к необходимой информации, регулирование сложными технологическими процессами и т.д.

 

.

В связи с вышеизложенным была сформулирована цель работы – изучить общие принципы построения и применения ИИС

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- рассмотреть основные составляющие и основные направления ИИС;

 

 

 

 

 

 

 

1 Измерительные информационные системы

 

Измерительная информационная система (ИИС) -  это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных  технических средств, для получения  измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации и др. [1].

В зависимости от выполняемых  функций ИИС реализуются в  виде измерительных систем (ИС), систем автоматического контроля, технической диагностики и др.

В свою очередь в зависимости  от назначения измерительные системы  разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др. [2].

1. Измерительная система

Измерительная система (ИС) — совокупность определенным образом соединенных между собой линиями связи средств измерений (измерительных преобразователей, мер, измерительных коммутаторов, измерительных приборов) и других технических устройств (компонентов измерительной системы), образующих измерительные каналы, реализующая процесс измерений и обеспечивающая автоматическое (автоматизированное) получение результатов измерений (выражаемых числом или кодом) в общем случае изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих определенные свойства (состояние) объекта измерений.

Измерительные системы обладают основными  признаками средств измерений и являются их специфической разновидностью [3].

 Основными областями  применения собственно измерительных  систем являются научные исследования, испытания различных объектов, и др.

2. Основные этапы создания ИИС

 

1) Выбор физической и математической моделей исследуемого объекта и формирование на их основе цели ИИС с учетом ее функций в технологическом или исследовательском процессе. На этом этапе ведущая роль принадлежит заказчику (пользователю). При этом возможно проведение совместных предпроектных работ с целью уточнения окончательного вида моделей.

2) Разработка алгоритмов  сбора и первичной обработки  измерительной информации, разработка  структуры ИИС и выбор технических  средств с учетом их комплексирования и системной совместимости (информационной, конструктивной, энергетической, метрологической, эксплуатационной и т. п.). Задачи этого этапа решаются разработчиком ИИС.

3) Разработка программно-математического  обеспечения (ПМО).

4) Разработка метрологического  обеспечения ИИС, включающего  в себя методы оценки неопределенности получаемых результатов и методику поверки или калибровки.

Задачи каждого этапа  могут быть решены только при совместной работе заказчика (пользователя) ИИС  и разработчика. Особенно велик удельный вес работ заказчика на первом этапе, поскольку только он может  определить, какие физические величины используются для описания ИО, какие  используются при этом физические и математические модели и что является целью функционирования ИИС (целью измерения или целью обработки полученных результатов). На последующих этапах основная роль принадлежит разработчику, однако и на этих этапах необходимо учитывать мнение заказчика, в первую очередь в части эргономических свойств ИИС.

Современные ИИС обладают большой гибкостью, когда на базе одних и тех же аппаратных средств (измерительных каналов и средств  вычислительной техники) можно решать различные измерительные задачи, часть которых могла не ставиться на начальном этапе разработки ИИС. Эта специфика ИИС должна учитываться при их проектировании. В частности, должна предусматриваться возможность подключения новых измерительных каналов, а возможно, и разработка этих каналов. При этом мнение заказчика в части возможного развития ИИС также является определяющим.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Классификация ИИС

 

Классификация различных  изделий производится с целью  выявления общих моментов в функционировании, конструировании и эксплуатации уже имеющихся видов изделий, что может оказаться полезным при создании новых видов однотипной продукции, указывая возможные направления решения поставленной задачи. Классификация может производиться по различным классификационным признакам, отражающим различные свойства классифицируемых изделий. Это приводит к появлению различных групп классов для изделий одного вида. При этом следует иметь в виду, что всякая классификация условна и ее содержание может меняться по мере изменения свойств классифицируемых изделий, в частности в результате изменения используемых при их изготовлении материалов, комплектующих и технологий. Это относится и к классификации ИИС, и к другим видам классификации, с которыми мы встретимся ниже.

Классификация ИИС производится в соответствии с различными классификационными признаками, отражающими область применения, функции и конструкцию ИИС [4]:

- функциональное назначение;

- вид и характер входных  величин;

- вид выходной информации;

- вид структурно-функциональной  схемы ИИС;

- принцип построения.

Первый классификационный  признак нам представляется наиболее важным. Он в первую очередь интересует потребителя (пользователя) ИИС. Этот признак не зависит от технических средств реализации ИИС. Не случайно, что этот вид классификации не менялся и не встречал возражений за более чем полувековую историю существования ИИС.

Целью функционирования всех сложных технических систем является либо исследование физических явлений, либо управление технологическим процессом. В последнем случае одной из функций всегда является определение значений физических величин, являющихся непременной частью любого технологического процесса. Таким образом, необходимой составляющей функционирования всех без исключения сложных технических систем является определение состава параметров физических процессов, которые эти системы должны обслуживать, их измерение, анализ полученных результатов и принятие на их основе определенных решений. Последняя функция в основном относится к управляющим системам. Однако в силу высокого уровня развития современных ИИС эти задачи могут решаться и ими.

С учетом этого в зависимости  от функционального назначения, то есть в зависимости от вида решаемых задач, ИИС подразделяются на следующие  классы:

- измерительные системы;

- статистические измерительные  системы;

- системы автоматического  контроля;

- системы технической  диагностики;

- системы распознавания  образов;

- системы идентификации.

Иногда выделяется еще  один класс выявления (обнаружения) событий. Однако этот класс столь  неопределенен с точки зрения формулировки решаемой задачи (например, выявление неопознанных летающих объектов или установление факта телепатической связи), что, не отрицая возможности постановки таких задач, трудно найти общие черты в методах их решения.

Эта общепринятая классификация  является четкой по отношению к виду решаемых задач. Однако с терминологической и конструктивной точек зрения можно сделать два замечания.

Во-первых, выделение класса измерительных систем из измерительных  информационных систем содержит некоторую  тавтологию, особенно, если вспомнить, что в настоящее время в терминологических документах ИИС трактуется как подкласс измерительных систем.

Во-вторых, измерительные  системы в подавляющем большинстве  случаев составляют основу всех других систем, будучи дополнены соответствующими алгоритмами обработки измерительной информации. При этом важно подчеркнуть, что структура всех классов ИИС оказывается одинаковой. Терминологически было бы более правильным говорить об ИИС, предназначенных для решения только измерительных задач. Однако стилистически такой оборот не совсем удобен.

Другие классификационные  признаки нам представляются менее  существенными, прежде всего потому, что их содержательная сторона быстро изменяется с изменением используемых технических средств.

Вид входных величин определяется физическими свойствами исследуемого объекта (ИО). Если эти величины одинаковы по физической природе, то классификация по этому признаку информативна. Например, при измерении размеров детали используются ИИС для пространственных или геометрических измерений, при контроле напряжений в механических элементах машин используются механические ИИС, для контроля энергопотребления в электросети применяются ИИС для измерения электрических величин и т. д. Однако очень часто входные величины бывают различными по физической природе. С такими ситуациями сталкиваются при исследовании свойств материалов, при контроле окружающей среды и влияющих на нее факторов и др. Очевидно, что если величины разнородны, то этот признак классификации нецелесообразен.

Характер входных величин (независимо от их физической природы) отражается в следующих признаках:

- количество величин;

- поведение во времени:  неизменное или изменяющееся;

- расположение в пространстве: сосредоточенное или распределенное;

- представление величин:  дискретное или непрерывное;

- энергетический признак:  активность, пассивность;

- характер помех, суммирующихся  с величиной: независимые помехи; помехи, зависимые от исследуемых  величин.

Остальные признаки связаны  в основном с конструкцией ИИС  и слабо влияют на их функциональное назначение.

Классификация по видам выходной информации включает в себя следующие классы:

- характер выходной информации: измерительная информация (именованные числа, их отношения, графики и т. п.), количественные суждения (выводы по результатам контроля, диагностики, идентификации);

- степень обработки выходной  информации: результаты оценки одного  показателя; показатели, характеризующие  функциональные зависимости; статистические показатели ит. д.;

- потребитель информации: человек-оператор, ЭВМ, АСУ.

Различают следующие виды структурных схем ИИС:

- последовательного действия (одноканальная система);

- параллельного действия (многоканальная система);

- параллельно-последовательного  действия (с коммутатором на входе);

- мультиплицированная структура.

При классификации по принципам  построения используются следующие признаки:

- наличие специального  канала связи;

- унификация состава системы;

- порядок выполнения операций: последовательный или параллельный;

- наличие или отсутствие  структурной и информационной  избыточности;