WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 16 |

Отсюда следует, что мы не можем построить "эксперимент вообще", а можем говорить только об "эксперименте под конкретную модель". Одним из возможных выходов из этого порочного круга можно считать рассмотрение некой "универсальной модели", для которой многие конкретные модели достаточно широкого (но известного) класса являются частным случаем. Тогда, организовав эксперимент под эту "универсальную модель", можно рассчитывать, что он будет "работать" и для конкретных частных моделей. Именно в этом смысле полезно рассмотреть предложенный Н. Винером кибернетический подход для экспериментального нахождения модели объекта, доступного для наблюдения только по входам и выходам.

Кибернетическая модель научного эксперимента.

Эксперимент Н. Винера (мысленный) Общий подход к эксперименту состоит в следующем: имеется в наличии (то есть доступен для наблюдений) объект, экспериментатор может сам устанавливать либо определять из опыта каковы воздействия на объект (входы) и, наблюдая реакцию объекта (выходы), попытаться объяснить причинно-следственные связи между воздействиями и реакцией (то есть создать модель).

"ЧЕРНЫЙ ЯЩИК" ГЕНЕРАТОР (ОБЪЕКТ) "БЕЛОГО ШУМА" СРАВНЕНИЕ "БЕЛЫЙ ЯЩИК" (МОДЕЛЬ) Мера рассогласования УПРАВЛЕНИЕ Рис. 1.5. Мысленный эксперимент Винера по раскрытию "черного ящика".

Эксперимент Н. Винера (мысленный) (Рис. 1.5) предполагает кибернетический подход к проблеме: объект исследования мыслится как "черный ящик", модель - как "белый ящик". Под "черным ящиком" понимается система, у которой доступны для наблюдения только входы и выходы и, кроме того, на вход можно в принципе подавать произвольное воздействие. Внутреннее устройство "черного ящика" считается принципиально недоступным.

В противоположность этому, "белый ящик" – это система, доступная не только снаружи (по входам и выходам), но и изнутри, то есть полностью известно его внутреннее устройство. Более того, "белый ящик" имеет управляющий вход, с помощью которого его можно настроить на выполнение любого заданного преобразования вход-выход. Н. Винер в результате теоретического анализа этой задачи дал положительный ответ на вопрос о принципиальной возможности "раскрытия" любого (в определенном классе систем) "черного ящика". При этом сам эксперимент рассматривается как система с обратной связью. Винер показал, что существует такой алгоритм работы этой системы (задаваемый устройством управления), при котором в установившемся состоянии после завершения переходного процесса "белый ящик" (модель) по своему внешнему поведению (вход-выход) будет неотличим от "черного ящика" (объекта).

Недостатки эксперимента Винера 1. Отсутствие целенаправленности поиска модели. По сути, процесс основан на полном переборе входных воздействий с помощью генератора «белого шума». В результате время эксперимента (до завершения переходного процесса) может быть сколь угодно большим.

2. Реальные объекты могут не выдержать произвольного воздействия («белого шума»), разрушиться.

3. Применительно к сложным системам (со сложным поведением) трудно определить, что такое «белый шум».

4. Реальные объекты – это скорее «таинственные ящики», т. е. они могут целенаправленно изменять свое поведение.

Эти недостатки являются следствием поиска «вслепую», когда совершенно не используется априорная информация об объекте, добытая какимнибудь способом до начала эксперимента. А такая априорная информация, часто в значительных объемах, имеется практически всегда и есть смысл ее использовать.

Усовершенствованный эксперимент Н. Винера На практике экспериментатор обычно располагает значительным объемом априорной информации из предыдущих экспериментов и из опыта своих предшественников. Часть этой информации учитывается при построении гипотез относительно внутреннего устройства и поведения исследуемого объекта. Гипотеза представляет собой предполагаемую модель или набор моделей. При этом цель эксперимента заключается в проверке адекватности предполагаемой модели и (или) в уточнении ее параметров.

Усовершенствованный эксперимент Винера - это эксперимент с учетом априорной информации (Рис. 1.6). При этом учитывается также то, что имеются неформализованные процедуры, которые выполняет человек, как непосредственный участник эксперимента. Ключевая идея, лежащая в основе такого усовершенствования, состоит в том, чтобы избавиться от бездумного перебора за счет разумного использования априорной информации. В результате этого эксперимент по раскрытию "черного ящика" с учетом априорной информации строится по принципу целенаправленного поиска все более точной модели исследуемого объекта.

УПРАВЛЯЕМЫЙ "ЧЕРНЫЙ ЯЩИК" ГЕНЕРАТОР (ОБЪЕКТ) ВОЗДЕЙСТВИЙ СРАВНЕНИЕ "БЕЛЫЙ ЯЩИК" (МОДЕЛЬ) Мера рассогласования УПРАВЛЕНИЕ АПРИОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ Человек-оператор Рис. 1.6. Усовершенствованный эксперимент Винера Процесс такого эксперимента состоит в том, что на основании априорной и текущей (апостериорной) информации о результатах сравнения осуществляется такое управление "белым ящиком" и генератором воздействий, чтобы свести к минимуму различия в поведении "черного" и "белого" ящиков. Выбор возможных моделей и видов воздействий на объект является в общем случае неформальной (не поддающейся алгоритмизации) процедурой. Поэтому подготовка эксперимента и общее управление его проведением требует обязательного участия человека. Таким образом, человек служит неотъемлемой частью (участником) эксперимента и его участие является принципиальным. С этой точки зрения цель автоматизации эксперимента состоит в том, чтобы максимально разгрузить человека от рутинных операция и оставить за ним выполнение только необходимых функций, связанных с принятием творческих (неформализуемых) решений.

Автоматизированные системы научных исследований и их функции Идея усовершенствованного эксперимента Винера на практике реализуется в виде автоматизированной системы научных исследований (АСНИ), структура аппаратной части которой показана на Рис. 1.7), где обозначены:

УУИМ – устройство управления исполнительными механизмами; ИМ – исполнительные механизмы; Д – датчик (первичный преобразователь); ИУ – измерительный усилитель; ПФ – полосовой фильтр; МАЦП – многоканальный АЦП ИМ Д ИУ ПФ УУИМ МАЦП Объект Д ИМ ИУ ПФ Главная магистраль Управляющая ЭВМ Человек-оператор Рис. 1.7. Структура аппаратной части АСНИ.

Основная цель автоматизации эксперимента: максимально разгрузить человека от рутинных операций и оставить за ним выполнение только необходимых функций, связанных с принятием творческих (неформальных) решений.

Определение по ГОСТ (Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию автоматизированных систем научных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники):

«Автоматизированная система научных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники (АСНИКИ) – это программно-аппаратный человеко-машинный комплекс на базе средств вычислительной техники, предназначенный для проведения научных исследований или комплексных испытаний на основе получения и использования моделей исследуемых объектов, явлений и процессов.» Концепция АСНИ во многом опирается на методологию усовершенствованного эксперимента Винера, рассмотренного выше. Основные функции, выполняемые АСНИ, обеспечивающие достижение указанной цели автоматизации эксперимента и непосредственно вытекающие из логики построения усовершенствованного эксперимента Винера перечислены ниже.

1. Формирование испытательных воздействий на объект (если эксперимент активный).

2. Получение (измерение) и обработка экспериментальных данных.

3. Получение и анализ моделей объектов.

4. Выработка решений об адекватности моделей.

5. Планирование и управление экспериментом.

6. Накопление, хранение, обработка и организация доступа к априорной информации.

7. Выдача результатов в виде документов заданного формата.

8. Обеспечение всех перечисленных выше функций в режиме диалога с экспериментатором.

1.2.3. Информационно-логическая структура АСНИ Информационно-логическую структуру АСНИ (не путать со структурой аппаратной части, приведенной выше на Рис. 1.7) можно представить в виде обобщенной блок-схемы. Основными структурными звеньями информационно-логической структуры АСНИ являются подсистемы и средства обеспечения (ресурсы).

Подсистемой АСНИ называется выделенная по некоторым признакам часть системы, обеспечивающая выполнение определенных процедур и выдачу результатов в виде выходных документов либо в виде промежуточных данных для других процедур.

Различают объектно-ориентированные (объектные) и обслуживающие процедуры.

Объектная подсистема осуществляет получение и обработку экспериментальных данных с некоторого объекта или с выделенной части сложного объекта.

Объектными подсистемами являются, к примеру, подсистемы сбора и обработки экспериментальных данных, получаемых со специализированных установок (ускорителей, спектрометров, испытательных стендов и т.п.).

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

Состав обслуживающих подсистем более или менее постоянен и определяется основными типовыми функциями АСНИ.

Подсистемы связаны между собой или с внешней средой информационными потоками. В каждый конкретный момент времени подсистемы могут находиться в активном или пассивном состоянии.

Каждая подсистема требует для своей реализации определенных ресурсов. Ресурсы, необходимые для построения и поддержания функционирования подсистем, содержатся в средствах обеспечения (или просто в обеспечении).

Обеспечение –это некоторое условное хранилище или обобщенное название объединенных по некоторым признакам ресурсов, которые в организованном порядке представляются (по мере необходимости в процессе разработки и функционирования) подсистемам.

В АСНИ выделяют следующие средства обеспечения:

•методическое обеспечение;

•программное обеспечение;

•техническое (или аппаратное) обеспечение;

•информационное обеспечение;

•организационно-правовое обеспечение.

Средства информационного обеспечения образуют некую обобщенную информационную базу данных АСНИ, в которой хранится вся априорная информация (математические модели, законы, формулы, результаты прошлых экспериментов).

Средства методического обеспечения содержат информацию о том, как использовать априорную информацию, имеющуюся в распоряжении системы, то есть определяют методологию экспериментальных исследований.

Средства технического обеспечения объединяют в себе устройства вычислительной, организационной техники, средства и устройства связи с объектом, измерительные или другие устройства, обеспечивающие функционирование подсистем.

Средства программного обеспечения –это набор компьютерных программ (на машинных носителях) и эксплуатационные документы, обеспечивающие функционирование программных единиц и комплексов.

Программное обеспечение подразделяется на системное и прикладное, Системное программное обеспечение строится на базе операционных систем и включает в себя управляющие программы, трансляторы, драйверы периферийных устройств, стандартные библиотеки и т.п.

Совокупность средств технического и программного обеспечения образует программно-аппаратный комплекс.

Средствами организационно-правового обеспечения являются документы, обеспечивающие взаимодействие подразделений организации или предприятия при создании, эксплуатации и развитии АСНИ. Сюда относятся методические и руководящие материалы, положения, инструкции, приказы и т.п.

Следует отметить, что все обеспечения, кроме технического, поставляют информационные ресурсы, то есть сведения, знания, выраженные в знаках.

Таким образом, структура АСНИ мыслится как набор связанных между собой подсистем, каждая из которых выполняет определенные процедуры по переработке информации. Подсистемы поддерживаются ресурсами из средств обеспечения. Средства технического и программного обеспечения образуют неразрывное единство в виде программно-аппаратного комплекса.

Программно-аппаратный комплекс служит передаточным звеном и позволяет активизировать ресурсы информационного, методического и организационно-правового обеспечения.

1.2.4. Организация работ по созданию и эксплуатации АСНИ АСНИ являются сложными и дорогостоящими системами, поэтому четкая организация работ по их созданию и внедрению в масштабах страны и отрасли, а также распределение ответственности за принятие отдельных решений являются очень важными факторами.

Принципы организации работ по созданию АСНИ являются общими и характерными для всех научно-технических программ по созданию сложных образцов новой техники. Эти принципы заключаются в основном в следующем.

Для проведения единой технической политики по созданию и использованию АСНИ министерство или ведомство назначает головную организацию по АСНИ из числа ведущих научно-исследовательских организаций, имеющих опыт создания АСНИ. Головная организация выполняет следующие функции:

•координирует все работы по созданию АСНИ в отрасли;

•обеспечивает создание и развитие отраслевого фонда компонентов методического, программного, информационного и организационно-правового обеспечения АСНИ;

•осуществляет или координирует тиражирование типовых компонентов и подсистем.

Создание, эксплуатацию и развитие АСНИ в организациях и предприятиях отрасли обеспечивают специализированные подразделения –служба АСНИ. Непосредственное руководство работами по созданию и развитию АСНИ в организации осуществляет главный конструктор АСНИ, назначаемый из числа ответственных руководителей этой организации.

Служба АСНИ может привлекать в качестве соисполнителей при создании объектных подсистем специализированные подразделения данной организации. Как правило, это подразделения-пользователи, для которых и создаются АСНИ.

Служба АСНИ обеспечивает выполнение следующих функций:

•подготовка прогнозов и планов по созданию АСНИ в организации;

•управление исследованиями и проектными работами по созданию АСНИ;

•создание и ввод в действие компонентов АСНИ;

•приемка и адаптация подсистем и компонентов, разработанных в других организациях;

•проведение всех видов испытаний;

•эксплуатация компонентов всех средств обеспечения АСНИ;

•модернизация подсистем и компонентов АСНИ.

В подразделениях-пользователях назначаются ответственные лица и организуются группы специалистов, которые обеспечивают функционирование и развитие подсистем и компонентов АСНИ в соответствии со специализацией этих подразделений.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 16 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.