Измерительные системы

Создаваемая ИИС должна обеспечивать достижение постав­ленных перед ней целей. Эти цели могут быть достигнуты раз­личными способами. Поэтому должны быть определены крите­рии сравнения различных вариантов количественные пока­затели качества ИИС. Эти показатели, как и для всех сложных устройств и систем, имеют многоплановый характер.

Основным показателем качества ИИС как СИ, отражаю­щим ее назначение и специфику конкретного применения, является показатель достоверности выдаваемой информа­ции. Для измерительных систем (включая статистические) показателем достоверности, как и для всех СИ, является по­грешность измерения или неопределенность результата из­мерений. Для систем контроля и систем распознавания обра­зов достоверность принимаемых решений характеризуется вероятностями ошибок. Более сложна оценка достоверности результатов, выдаваемых системами технической диагнос­тики и системами идентификации.

Свойства ИИС как информационной системы характери­зуются количеством выдаваемой информации, скоростью выдачи и информационной избыточностью. Эти показатели могут непосредственно интересовать потребителя. Следует отметить, что возможности современной вычислительной техники и каналов передачи информации таковы, что во многих случаях обеспечение требуемых информационных характеристик достигается без особых усилий

ИИС характеризуется также общетехническими показа­телями: габариты, масса, потребляемая мощность, показате­ли безопасности, надежность и др. Определенной специфи­кой среди этих показателей обладает надежность, так как она определяется не только надежностью технических средств и общей структурой ИИС, но зависит и от свойств программно-математического обеспечения.

Организация структуры сложных технических систем должна исходить из нескольких общих принципов. Принцип сочетания системности и агрегирования Этот принцип является основным в создании систем и предполагает обязательный учет двух факторов. Во- первых, система рассматривается как единое целое со своими функци­ональными, информационными и конструктивными связями и показателями. Во-вторых, образующие систему элементы, сохраняя определенную автономность и заменяемость, долж­ны быть совместимы: конструктивно, информационно (уров­ни входных и выходных сигналов, интерфейсы), по характе­ристикам питания, условиям эксплуатации и т. д.

Принцип однородности иерархического уровня На одном иерархическом уровне не должны присутство­вать устройства, принадлежащие другому иерархическо­му уровню. Например, в одном функциональном уровне не должны сосуществовать первичные и вторичные преобразо­ватели, хотя конструктивно устройства младшего иерархи­ческого уровня могут быть размещены в устройствах соот­ ветствующего старшего уровня. Обеспечение этого принципа позволит четко определить функциональную принадлеж­ность каждого устройства.

Принцип максимальной функциональной замкну­ тости Этот принцип предполагает создание такой иерархиче­ ской структуры, при которой любое более крупное (старшее) объединение делится на более мелкие (младшие) объедине­ния по функциональному признаку. Принцип максимальной функциональной замкнутости предполагает, что каждое структурное объединение способ­но функционировать без привлечения каких- либо структур, размещенных в других структурных объединениях. Говоря о возможности функционирования без привлечения других структур, мы имеем в виду функциональные и информаци­онные аспекты. Для выполнения важных, но вспомогатель­ных функций, например для обеспечения электропитания, могут привлекаться элементы других уровней.

Необходимость обеспечения максимальной функцио­нальной замкнутости выдвигает два следующих правила от­несения младших структурных объединений к старшим. 1. Каждое старшее структурное объединение должно включать в свой состав те младшие структуры, функциони­рование которых при невозможности их полной автономии обеспечивается другими младшими структурными объеди­нениями, принадлежащими этому старшему структурному объединению.

2. Каждое старшее структурное объединение должно включать в свой состав те младшие структурные объедине­ния, которые обеспечивают функционирование этого стар­шего объединения.

Принцип минимизации старших иерархических ин­формационных связей Отработка всякой системы тем сложнее и тем делитель­ нее, чем больше устройств нужно сопрячь для совместной работы. Представляет трудность отработка каждой функ­ции, которая должна решаться несколькими устройствами совместно. Поскольку количество таких функций обычно прямо пропорционально объему информации, которой обме­ ниваются эти устройства, то следует стремиться к сокраще­нию этого объема, тем самым сокращая и число совместно реализуемых функций.

Принцип наращиваемости аппаратуры Этот принцип заключается в возможности добавления или, наоборот, съема части аппаратуры системы без каких- либо изменений в оставшейся части. Выполнение этого принципа оказывается крайне полезным как в условиях экс­плуатации, так и при наращивании функций ИИС. Реализа­цией этого принципа, наряду с возможностью наращивания программно-математического обеспечения, обеспечивается гибкость ИИС в части выполняемых функций. Принцип наращиваемости аппаратуры предполагает ис­пользование таких технических решений, которые позволят изменять состав аппаратуры в большую или меньшую сторо­ну без какого бы то ни было изменения любых звеньев ИИС, в том числе в их аппаратной или функциональной части.

Принцип физической однородности распределе­ ния функций Непосредственно измеренная датчиками первичная ин­формация о физических величинах не всегда пригодна для непосредственной математической обработки совместно с ре­зультатами измерения других величин. Первичная инфор­мация должна пройти предварительную первичную обработ­ку фильтрацию, усреднение, совместную математическую обработку с другими однородными физическими величина­ми и т. п.

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 сов­ местных 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).

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.