При этом принципиально осуществляется отказ от тиражирования однотипного оборудования, применяемого в составе учебного курса, и организуется фронтальное выполнение экспериментальных работ с помощью ограниченного набора универсального лабораторного оборудования. Предполагается также наличие многих рабочих мест, представляющих собой персональные компьютеры, связанные со средствами измерения и управления лабораторным оборудованием по локальной или глобальной компьютерной сети.
Программное обеспечение (ПО) комплекса выполняется многоуровневым и включает ряд компонентов, выполняющих различные функции:
· ПО объектного уровня содержит набор программ-драйверов управления стандартными и специально разработанными средствами многоканального аналогового, цифрового и частотного измерения и управления.
· ПО базового сервера предназначено для реализации дистанционного обмена информацией между комплексом и рабочими местами удаленных пользователей и выбрано таким образом, чтобы обеспечить работы технических средств телекоммуникации и, в частности, поддерживать протокол сетевого обмена ТСРЛР.
· ПО рабочего места удаленного пользователя создается с применением инструментальных средств: Borland С++, ComponentWorks, Pspice и др.
Методическое обеспечение комплекса должно содержать полную совокупность средств, необходимых и достаточных для его использования в учебном процессе и научных исследованиях:
· информационно-справочные средства, предназначенные для изучения теоретических основ исследуемых физических процессов;
· программные средства имитационного компьютерного моделирования динамических процессов в сложных технических системах и их компонентах;
· средства подготовки и проведения натурных исследований сложных технических систем и их компонентов в режиме удаленного доступа;
· средства обработки и анализа экспериментальных данных для практической проверки адекватности применяемых математических моделей.
Подсистема моделирования включает совокупность математических моделей различного физического содержания (например, электромагнитную, электромеханическую, тепловую и т.д.), а также математические модели используемых технологических процессов. Если математические модели достаточно просты, то их носителем может быть один достаточно мощный компьютер. Однако для эффективной работы в реальном масштабе времени одновременно нескольких математических моделей целесообразно воспользоваться несколькими менее мощными компьютерами с сетевым обменом информацией. При этом для обмена информацией между подсистемами объектного и модельного уровней необходима - организация и поддержка "шлюза" обмена данными, сложность которого зависит от выбранных исходных интерфейсов на каждом уровне.
Важное свойство компьютерных моделей состоит в возможности имитировать различные режимы работы объектов изучения, а также переходы от одного режима к другому. Следует также предусмотреть имитацию, например, независимого или подчиненного изменения электропитания, электрических, механических, тепловых нагрузок. Наконец, имитационные модели должны учитывать случайные факторы, неизбежно влияющие на функционирование системы, т.е. модели должны быть вероятностными. В функции вероятностных моделей необходимо включить также возможности оценки корреляции показателей системы, что может обеспечить уменьшение количества информационных каналов и объем сохраняемых и обрабатываемых данных в процессе контроля и диагностики.
Система компьютерных моделей, как правило, должна быть многоуровневой. С помощью наиболее полных моделей имитируются динамические процессы в вероятностной постановке, в результате чего получаются опорные данные, непосредственно используемые в процессах диагностики, управления, и прогнозирования, Важно учесть при этом вероятностный характер получаемых опорных данных, что позволяет перейти к решению перечисленных задач с применением понятий нечеткого математического программирования.
Второй уровень модельного обеспечения составляют упрощенные регрессионные математические модели, позволяющие судить о чувствительности системы к изменению множества управляющих воздействий.
Наконец, на третьем уровне функционируют модели в виде совокупности детерминированных или вероятностных оценок значений контролируемых показателей управляемого объекта и некоторое множество формализованных правил, необходимых для оценки ситуаций и выработки управляющих воздействий. Эти модели должны работать в режиме реального времени, что предъявляет самые жесткие требования к их быстродействию, а следовательно, к допустимой сложности.
Функциональные возможности предлагаемого комплекса позволяют ставить и решать качественно новые, недоступные ранее и чрезвычайно важные задачи:
· оперативного многоканального мониторинга динамических процессов в сложных технических системах;
· диагностики и прогнозирования технического состояния сложных технических систем и их компонентов;
· идентификации параметров математических моделей исследуемых объектов по экспериментальным данным;
· многоканального функционально сложного управления техническими системами для обеспечения их качественного функционирования.
В организационном плане предполагается тиражирование подобных комплексов и создание на их основе отраслевых и региональных учебно-научных Центров при ведущих технических университетах и академических институтах, объединенных научно-образовательной компьютерной сетью, что позволит обеспечить значительное сокращение:
· требуемого количества квалифицированных педагогических кадров, участвующих в текущем процессе обучения, поскольку подготовленные и сертифицированные курсы реализуются на машинных носителях (лазерных дисках) и требуют лишь ограниченной консультационной поддержки. Наиболее квалифицированные педагоги должны работать над созданием и совершенствованием фундаментальных учебных курсов.
· общего количества основного лабораторного оборудования, используемых площадей, затрат энергии, обслуживающего персонала за счет дистанционного коллективного использования этого оборудования в режиме дистанционного доступа.
Выбор базовых программно-технических средств разработки является ответственным моментом, поскольку разрабатываемые с их помощью курсы и практикумы должны пройти сертификацию и отбор на соответствие современному уровню образовательных технологий. Эти технологии базируются на процедурах обмена информацией распределенными информационными и техническими ресурсами на основе корпоративных образовательных сетей. По этой причине выбор средств разработки должен определяется не случайным выгодным вариантом, предлагаемым на достаточно разнообразном рынке, а целевой совокупностью принятых критериев создания автоматизированных учебных курсов, а также следующими общими ми требованиями, в соответствии с которыми используемые базою программно-технические средства должны быть:
· открытыми, т. е. допускать их свободное конфигурирование и развитие подготовленными пользователями без дополнительного обращения к изготовителю;
· комплектными, т. с. обеспечивать наилучшее согласование компонентов и допускать свободный обмен информацией между ними;
· стандартными, т. е. выполненными на базе отечественных международных стандартов, как в части используемых конструктивных решений, так и программных продуктов;
· гибкими, т. е. обеспечивать возможность автоматического перестроения конфигурации оборудования, включая смену объектов исследования по заданиям пользователей с применением специальных блоков коммутационной аппаратуры;
· информацинно совместимыми, т. е. предполагающими согласованность действий функциональных элементов, единство способов кодирования и форматов команд и данных, совместимость адресов и временных характеристик передачи данных;
· электрически совместимыми, т. е. предполагающими согласованность параметров электрических сигналов на шинах и линиях связи;
· конструктивно-совместимыми, т. е. обеспечивающими согласованность конструктивных элементов интерфейса, предназначенных для обеспечения механического контакта соединений и механической замены элементов, блоков и устройств.
В частности, конструктивная совместимость определяется:
· типами соединительных элементов (разъем, штекер и распределение линий связи внутри соединительного элемента);
· конструкцией платы, каркаса, стойки;
· конструкцией кабельного соединения.
При этом следует учитывать, что условия конструктивной совместимости в рекомендациях стандартных интерфейсов не всегда определяются полностью, а в некоторых случаях могут отсутствовать или иметь несколько вариантов использования (разъемов, типов кабеля и т.п.).
Телекоммуникационные технологии базируются на 3-х компонентах, среди которых: физическая среда передачи информации между абонентами (каналы), организационные структуры передачи информации (сети) и процедуры формирования информационных потоков (протоколы). При этом различают следующие виды названных компонентов:
Каналы имеют следующие разновидности: