Инженер по проектированию механизированных разработок (автоматизированные системы научных исследований). В. С. Шнейдеров

Расширение наших знаний об окружающем мире происходило на основе лавинообразного увеличения объема "сырой" информации, то есть данных, получаемых в результате эксперимента. Увеличивалось количество измеряемых характеристик исследуемого объекта, все более быстропротекающими становились изучаемые явления. Все это привело к тому, что исследователь уже чисто физически не мог справиться с регистрацией громадного количества характеристик. Так, еще лет двадцать назад было привычным, когда экспериментатор подавал команду: "Приготовились... Мотор!", и бригада лаборантов дружно переключала множество тумблеров, включала записывающие осциллографы и другую регистрирующую аппаратуру.

Но провести эксперимент мало. Необходимо обработать зарегистрированные явления. Для этого приходилось кропотливо измерять циркулем высоты графиков, переводить их в числа, записывать их на бланках, а затем набивать на перфокартах и вводить в ЭВМ для обработки. Это был такой тяжелый труд, что множество явлений, даже будучи зарегистрированными, ускользало от внимания исследователя. Таким образом, удавалось обработать только малую часть экспериментальных данных, да и сама обработка растягивалась на недопустимо большие сроки.

В такой кризисной ситуации ЭВМ с ее огромной емкостью информационной памяти, умением мгновенно извлекать хранящиеся данные оказалась единственным средством, позволяющим найти выход.

Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) представляют собой новый и важный этап развития современной науки и техники. В АСНИ решаются следующие задачи научных исследований: выполнение теоретических расчетов; сбор, обработка и накопление больших объемов измерительной информации; управление ходом эксперимента; проектирование и изготовление узлов экспериментальных установок; проведение машинного эксперимента. Развитие АСНИ предполагает создание сложных комплексов аппаратуры, включающих датчики информации, измерительные устройства, микропроцессоры, управляющие микро- и мини-ЭВМ, устройства регистрации. Взаимодействие этих устройств на всех этапах исследования должно обеспечивать оптимальную обработку сигналов и представление полученной информации в удобной для исследователя форме.

Данные об исследуемом объекте поступают на измерительную аппаратуру со специальных датчиков в виде электрических сигналов. К измерительной аппаратуре относятся линии передачи, усилители, аналого-цифровые преобразователи, кодировщики номера датчика и т. п.

Связь измерительной аппаратуры с ЭВМ осуществляется через интерфейс - сопрягающее устройство. В ЭВМ производится накопление, обработка и первичный анализ данных. Результаты обработки выводятся на терминал, состоящий из устройства отображения на электронно-лучевой трубке и клавиатуры, физически связанный с ЭВМ. Выходная информация может быть представлена как в цифровой, так и в графической форме - в виде различных диаграмм, графиков, цветных изображений. С помощью терминала исследователь получает возможность вести диалог с ЭВМ, оперируя естественными для него понятиями, образами. При этом исследователь может выполнять задачи, требующие творческого воображения, опыта и научной интуиции.

Подключение к ЭВМ множества терминалов обеспечивает возможность коллективного обслуживания десятков независимых исследователей, каждый из которых может выполнять свою собственную программу исследования (в рамках общего направления проведения эксперимента).

Зафиксированные в памяти ЭВМ характеристики эксперимента могут быть извлечены для обработки спустя любое время, причем количество извлечений ничем не ограничено и производится до тех пор, пока то или иное явление не будет изучено с достаточной полнотой.

Время легких и случайных открытий в науке прошло. Потоки "сырой" информации могут завалить ученого. И здесь ЭВМ, обрабатывая массу эмпирического материала, освобождает ученого для настоящих творческих размышлений.

При исследовании быстропротекающих процессов с помощью автоматизированных систем научных исследований появляется возможность "заморозить" их, то есть наблюдать сколь угодно долго любую фазу процесса, либо изменять временной масштаб при воспроизведении, подобно "замедленному" кино и, наоборот, при изучении медленно протекающих процессов их можно ускорить по желанию в любое количество раз.

Очень интересным направлением в автоматизации научных исследований является вычислительный (машинный) эксперимент. Он заключается в том, что исследуемое явление изучается опосредованно, через математическую модель, введенную в ЭВМ. Сходство между действительным явлением и явлением, описываемым моделью, заключается только в том, что оба они описываются одинаковыми математическими уравнениями. При этом, если модель выбрана правильно, то могут быть открыты новые, ранее неизвестные эффекты.

Инженер-проектировщик автоматизированных систем научных исследований у терминала, выводящего результаты обработок

Особенно возрастает значение автоматизированных систем научных исследований при проведении уникальных, дорогостоящих экспериментов. Так, в физике некоторые эксперименты требуют многолетней подготовки, для их проведения используется дорогостоящая аппаратура, приглашаются высококвалифицированные специалисты. Стоимость эксперимента измеряется миллионами рублей. А некоторые эксперименты вообще практически неповторимы, например, встреча с кометой, солнечные затмения, сильные землетрясения и т. п. Необходимо зафиксировать все условия проведения и результаты такого исследования с наибольшей полнотой, чтобы по мере развития науки и техники, появления новых гипотез повторить их анализ на новом, более высоком уровне.

В истории науки можно найти примеры, когда второстепенные и подчас случайно зафиксированные эффекты приводили к неожиданным открытиям. Применение памяти в ЭВМ в автоматизированных системах научных исследований позволяет продолжать исследования после проведения эксперимента.

Этап автоматизации научных исследований является закономерным в развитии научно-технического прогресса. Вначале появилась автоматизация процессов производства, затем процессов управления и, наконец, сейчас автоматизация научных исследований.

Эксплуатация автоматизированных систем отличается от эксплуатации обычной промышленной установки, потому что они не являются чем-то застывшим, раз и навсегда созданным. Они подобны живому организму - постоянно развиваются, перестраиваются. Расширяется диапазон измеряемых характеристик исследуемых явлений, улучшается наглядность представления полученной информации за счет применения более совершенных цветных дисплеев и более эффективного программного обеспечения, повышается гибкость работы всего комплекса. Такой динамизм системы вызывает и повышенные требования к ее эксплуатации.

Инженер автоматизированных систем научных исследований должен быть широко эрудированным специалистом в области планирования экспериментов, управления и обработки экспериментальных данных и ряда других.

Инженеры-проектировщики автоматизированных систем научных исследований работают в научно-исследовательских институтах, организациях АН СССР, крупных научно-производственных объединениях. Они находятся на переднем крае науки. Это привлекательно, престижно, но в то же время требует от специалиста постоянного повышения уровня своих знаний.

Специализация "Автоматизированные системы научных исследований" введена на специальностях "Автоматика и телемеханика", "Информационно-измерительная техника" и "Автоматизированные системы управления", подготовка по которым осуществляется более чем в 60 вузах нашей страны.