Автоматизированные системы научных исследований

Введение

Важным условием повышения эффективности работы научных институтов является автоматизация научных исследований. Она позволяет формировать наиболее точные и совершенные модели объектов исследования и явлений, понижать исследовательскую трудоёмкость, изучать сложные процессы и объекты. Автоматизированные системы научных исследований эффективно применяются в следующих областях:

1. В сфере ядерной физики, а именно, при сборе и обработке информационных данных экспериментов, проводимых на ядерных реакторах, ускорителях и других подобных установках.
2. В области физики плазмы и твёрдых тел.
3. В области радиофизики и электроники.
4. В астрономических исследованиях.
5. В сфере космических исследований, то есть, при обработке информации, поступающей с искусственных спутников для народнохозяйственных потребностей.
6. В сфере биологии и медицины, а именно, осуществление исследований в молекулярной биологии, микробиологическом синтезе, диагностике заболеваний.

Автоматизированные системы научных исследований

Автоматизированной системой научных исследований (АСНИ) является программный и аппаратный комплекс на основе средств вычислительной техники, который предназначен для выполнения научных исследований или проведения испытаний новых образцов техники на базе формирования и применения моделей объектов исследований, явлений и процессов.

Программно-аппаратный комплекс формируется из методических, программных, технических, информационных, организационных и правовых средств обеспечения.

В автоматизированных системах научных исследований следует выделить следующие моменты:

1. Определяющая роль принадлежит вычислительной технике.
2. Наличие единения аппаратного и программного обеспечения.
3. Система ориентирована на формирование математических моделей в формате формул, таблиц или графиков.

Информационный обмен объекта исследований с АСНИ выполняется при помощи аппаратуры сопряжения, которая входит в состав программно-аппаратного обеспечения. Реализация модели выполняется путём сопоставления теории и эксперимента. Данное сопоставление имеет обычно итерационный характер, что может быть отображено в форме алгоритма, приведённого на рисунке ниже:

Рисунок 1. Алгоритм. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

С каждым шагом итерации осуществляется уточнение модели, что конечно её усложняет.

На промышленных предприятиях и других организациях реализация АСНИ преследует следующие цели:

1. Обеспечить высокие темпы научно-технического прогресса.
2. Повысить эффективность и качество научных исследований на базе формирования или уточнения при помощи АСНИ математических моделей объектов исследования, а также использование полученных моделей для выполнения проектов, составления прогнозов и управления.
3. Повысить эффективность проектируемых при помощи АСНИ объектов, снижение стоимости их реализации.
4. Получить качественно новые научные результаты.
5. Сократить сроки, уменьшить трудоёмкость научных исследований и комплексных испытаний новых технических образцов.

Достигнуть данные цели реализации АСНИ возможно при выполнении следующих условий:

1. Необходимо систематизировать и совершенствовать процессы научных исследований и испытаний на базе использования математических методик и средств вычислительной техники.
2. Осуществление комплексной автоматизации исследовательской деятельности с модернизацией её структурной организации и кадрового состава.
3. Повышение качественного уровня управления процессом научных исследований.
4. Применение методик переработки и отображения итоговых результатов научных исследований и испытаний в форме математических моделей, которые имеют заданный формат.
5. Подмена натурных испытаний и макетов математическими моделями.

В состав автоматизированных систем научных исследований входят следующие компоненты:

1. Аппаратное обеспечение, состоящее из комплекта применяемых технических средств, таких как, измерительная аппаратура, электронная вычислительная машина, модули связи с объектом, экспериментальная установка.
2. Научное и методическое обеспечение, которое включает в свой состав разные методы и методики, способы и алгоритмические структуры реализации эксперимента, работы с экспериментальными данными и их отображения.
3. Информационным обеспечением являются справочные и обучающие системы, системы информационного поиска, информационные базы данных.
4. Программным обеспечением является документация с текстом программ, программные приложения на машинных носителях.

Разные компоненты исследовательских работ должны обеспечиваться и разной технической базой в границах автоматизированной системы научных исследований. К примеру, проработка теоретических вопросов часто должна сопровождаться выполнением значительных вычислительных операций, построением моделей, нахождением требуемых научных данных. Всё это может потребовать существенных вычислительных мощностей и объёмов памяти компьютера. Но при этом, АСНИ обращается к данным ресурсам сравнительно нечасто и не всегда, при этом, необходима оперативность. Кроме того, процедуры, сопряжённые с реализацией автоматизированных экспериментов, всегда выполняются в реальном масштабе времени, что не требует значительных вычислительных мощностей. Возможная структура АСНИ изображена на рисунке ниже:

Рисунок 2. Структура АСНИ. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Чтобы реализовать самые разные компоненты исследований современные АСНИ формируются на многоуровневом принципе. Самой целесообразной является структура, которая содержит следующие уровни:

1. Объектный уровень.
2. Инструментальный уровень.
3. Сервисный или базовый уровень.