Тема: «Автоматизація наукових досліджень» (50 годин)
10. Вступ
Підвищення ефективності суспільного виробництва зв’язано з його інтенсифікацією, на основі прискорення науково-технічного прогресу, що у свою чергу вимагає підвищення ефективності наукових досліджень. Автоматизація наукових досліджень — основний шлях рішення цієї проблеми.
Дисципліна «Основи наукових досліджень» є складовою частиною підготовки магістрів. Одним із завдань дисципліни є вивчити теоретичні основи побудови автоматизованих наукових досліджень. У процесі вивчення дисципліни студент повинен ознайомитися з загальною концепцією побудови АСНД й організацією робіт з їхнього створення, складовими частинами технічного забезпечення АСНД, складом і структурою програмного забезпечення АСНД.
На основі отриманих знань студент повинний опанувати методами проектування АСНД, уміти вибрати ефективні обробки результатів досліджень і керування ходом наукових експериментів і реалізовувати їх з урахуванням можливостей технічних засобів у виді конкретних підсистем АСНД.
Автоматизація наукових досліджень, що виникла більш 30 років тому у фізиці, перетворилася в окрему галузь. Науково-виробничий потенціал суспільства визначається зараз у чималому ступені і рівнем автоматизації.
Для підвищення ефективності наукових досліджень необхідно вирішити двох проблем.
Перша — створення сучасної бази автоматизації і планування наукових досліджень, заснованої на широкому впровадженні ЕОМ, вимірювально-інформаційних систем, стандартизації апаратного і програмного забезпечення ЕОМ.
Друга — підготовка інженерних і наукових кадрів, здатних створити, освоїти і впровадити автоматизовані системи.
З вирішенням другої проблеми і пов’язане введення в програму вищої школи дисципліни ОНД — основи наукових досліджень.
Визначення. Під АСНД розуміють програмно-апаратний комплекс на базі засобів вимірювальної й обчислювальної техніки для проведення наукових чи досліджень комплексних випробувань об’єктів на основі одержання і використання моделей досліджуваних об’єктів, явищ і процесів.
Дисципліна ОНД містить у собі загальні концепції побудови АСНД, організацію робіт з їхнього створення, технічне забезпечення АСНД, склад і структуру програмного й інформаційного забезпечення АСНД.
Мета дисципліни — освоєння майбутнім фахівцем — методів проектування АСНД, питань вибору ефективних алгоритмів обробки результатів досліджень і керування науковим експериментом, прийомів їх реалізації з урахуванням можливостей технічних засобів і програмного забезпечення різних підсистем АСНД. Це дозволить досліднику розробляти і створювати АСНД, а також ефективно використовувати готові вимірювально-інформаційні комплекси к повсякденній роботі.
11. Загальні питання побудови АСНД
У науковій діяльності одне з перших місць займають прилади й інструменти. Тому в даний час для підвищення ефективності наукових досліджень важливого значення набуває автоматизація наукових досліджень, що дозволяє не тільки автоматизувати експеримент, але і здійснити моделювання досліджуваних об’єктів, явищ і процесів, вивчення яких традиційними засобами неможливе. Рішенню цієї задачі покликані служити автоматизовані системи наукових досліджень (АСНД).
11.1. Особливості наукових досліджень як об’єкта автоматизації.
Для тогощоб автоматизувати той чи інший об’єкт, необхідно ясно представити його основні особливості. Для автоматизації наукових досліджень доцільно виділити деякі їхні Головні риси. До них відносять наступні.
1. Багатогранність дослідницької діяльності, що включає в себе елементи різного характеру: постановка наукової задачі, розробка теорії, проведення наукових розрахунків, моделювання, систематизація і пошук наукової інформації, розробка методології експерименту, проведення експерименту, обробка, нагромадження і відображення інформації, інтерпретація результатів, прийняття рішень і т. д. Різні сторони наукової діяльності в неоднаковому ступені піддаються формалізації і реалізації в рамках АСНД. Порівняно просто автоматизуються процедури, зв’язані з проведенням експерименту (реєстрація, обробка, нагромадження, відображення інформації і т. п.). Разом з этим, такі сторони наукової діяльності, як постановка задачі дослідження, розробка теорії, інтерпретація результатів вимагають обов’язкової творчої участі людини-дослідника.
2. Істотна роль людського фактора. Людина залишається головною, ключовою фігурою дослідження і при наявності автоматизованої системи. З погляду розроблювача АСНД це означає необхідність створення максимальних зручностей користувачу АСНД при роботі із системою. Як наслідок цього, у сучасних АСНД спостерігається широке використання діалогового режиму роботи, засобів графічного представлення інформації.
3. Високий рівень апріорної невизначеності ходу і результатів дослідження. Наукові дослідження завжди проводяться для одержання деякої нової інформації про властивості об’єкта досліджень. Тому, розроблювачі АСНД завжди змушені працювати в при дефіциті апріорної інформації. Це одне з принципових відмінностей АСНД від автоматизованих систем інших класів (АСУТП, АСУП, САПР). Дана особливість вимагає таких технічних рішень при створенні АСНД, що дозволяють зробити систему максимально гнучкої, легко перебудовуваної, модернізованої з урахуванням нової інформації про об’єкт дослідження, отриманої в ході відпрацьовування системи автоматизації.
4. Безперервність процесу наукового дослідження. Дослідницька діяльність носить, як правило, безупинний характер, тому що будь-який дослідник по завершенні деякого етапу робіт звичайно намічає їхній подальший розвиток, формулюючи нову програму робіт (нову мету, задачу і т. п.) для того ж, чи іншого об’єкта. Це означає необхідність безупинного розвитку, удосконалювання відповідної АСНД. Фактично, роботи зі створення будь-якої АСНД ніколи не можуть вважатися цілком завершеними. Стан незмінності для АСНД завжди обмежено відрізком часу — тим меншим, чим більш плідним є дослідження.
5. Унікальність наукового дослідження. Кожне наукове дослідження має визначені особливості, що відрізняють його від інших аналогічних досліджень. Ці особливості можуть виявлятися в різних дослідженнях у неоднаковому ступені; однак тією чи іншою мірою їхня присутність обов’язкова, оскільки інакше таке дослідження вже не може відноситися до категорії наукового. Риси унікальності можуть бути обумовлені багатьма причинами, зв’язаними з особливостями самого об’єкта дослідження, постановки задачі, підходу до дослідження, методу експериментування, використовуваного устаткування і т. д.
У зв’язку з унікальністю наукових досліджень, кожна АСНД, як правило, має специфічні риси, властивій тільки даній системі в частині её технічного, програмного чи науково-методичного забезпечення.
6. Різноманіття дослідницьких задач. Людина прагне пізнати навколишній світ у всій його складності, у взаємозв’язку всіх сторін явища, поводження і властивостей приватних процесів. Можна виділити деякі основні моменти, що дозволяють більш конкретно вказати, у чому ж складається різноманіття дослідницької роботи. До їхнього числа звичайно відносять:
· різноманіття об’єктів дослідження в різних галузях наук, в окремій галузі і навіть у межах однієї предметної області;
· розмаїтість фізичних процесів, що характеризують поводження як завгодно складного об’єкта дослідження;
· по-різному масштабність (просторова і тимчасова) досліджуваних об’єктів, і відповідного устаткування;
· розмаїтість умов реалізації досліджень ( від комфорту стаціонарних лабораторій до досліджень за допомогою засобів, що знаходяться на рухливих носіях у несприятливих умовах на значному видаленні від дослідника);
