Система виртуальных инструментов и приборов

Система виртуальных инструментов и приборов
Тип	автоматизированная система научных исследований, графическая среда разработки приложений
Автор	Дмитриев Вячеслав Михайлович
Разработчик	научная группа "РЕВИКОМ" (каф. КСУП ТУСУР)
Разработчики	Дмитриев В.М., Ганджа Т.В., Зайченко Т.Н., Шутенков А.В., Кураколов А.Н., Панов С.А., Григорьева Т.Е., Кочергин М.И.
Написана на	Microsoft Visual C++
Интерфейс	графический
Операционная система	Microsoft Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 10, Windows 11
Языки интерфейса	русский
Первый выпуск	2005
Аппаратная платформа	x86
Последняя версия	1.0 (01.01.2023)
Состояние	в активной разработке
Лицензия	проприетарное программное обеспечение
Сайт	Группа в социальной сети "ВКонтакте", посвящённая научной группе "РЕВИКОМ"

Система виртуальных инструментов и приборов (СВИП) — программный комплекс, предназначенный для автоматизированного формирования виртуального прибора с функциями сбора, интерпретации и визуализации результатов виртуального (вычислительного) и физического (натурного) экспериментов, а также управления параметрами объекта и компьютерной модели. Физический эксперимент проводится с помощью лабораторного автоматизированного рабочего места (ЛАРМ). Виртуальный эксперимент выполняется в среде моделирования МАРС, с которой интегрирована система виртуальных инструментов и приборов.

Теоретические основы построения виртуальных инструментов и приборов

Любой измерительный или генерирующий прибор состоит из лицевой панели, на которой располагаются органы управления параметрами прибора и средства отображения результатов измерений, схемы (алгоритмы) функционирования прибора, которая и осуществляет его функционирование, и интерфейса соединения прибора с исследуемым объектом или его компьютерной моделью.

Под виртуальным прибором понимается оконный интерфейс, имитирующий на компьютере логику работы реального прибора и предназначенный для генерации сигналов на реальный объект или его компьютерную модель и отображения результатов измерения и анализа.

Для осуществления этих целей виртуальный прибор по аналогии с реальным прибором должен содержать:

• лицевую панель, представляющую собой замкнутую экранную область, в которой производится визуализация результатов измерений и располагаются органы управления параметрами прибора;
• схему (алгоритм) функционирования прибора, осуществляющую обработку измеренных данных для её вывода на лицевую панель или подготовку информации для её передачи на исследуемый технический объект;
• интерфейс взаимодействия с объектом, представляющий собой выводы прибора для его подсоединения к необходимым точкам исследуемого объекта или его виртуального аналога.

Виртуальный прибор формируется из виртуальных инструментов, каждый из которых представляет собой неделимую часть и осуществляет некоторую функцию виртуального прибора.

Цели создания системы

Методики и алгоритмы автоматизации лабораторного эксперимента должны позволить перестроить процессы в учебных лабораториях, а именно:

1. снизить стоимость лабораторного автоматизированного рабочего места (ЛАРМ) за счёт замены целой совокупности дорогостоящих измерительных и задающих приборов и устройств либо виртуальным аналогом объекта исследования, создаваемым в среде моделирования МАРС, либо производить эксперименты с реальным объектом, применяя программно-аппаратный комплекс ЛАРМ, содержащий виртуальные измерительные и задающие устройства, сопряжённые с лабораторным макетом (или установкой) и с компьютером;
2. повысить эффективность лабораторных исследований за счёт автоматизации рутинных операций (ознакомления, входного контроля, съёма и обработки результатов, составления отчёта и протокола);
3. сократить количество единиц лабораторного оборудования за счёт перехода на виртуальные инструменты и приборы;
4. сократить время работы персонала, обслуживающего лабораторию, проводить лабораторные работы как фронтальным, так и маршрутным способом;
5. проводить лабораторные исследования не только в специализированных лабораториях, но и в любых помещениях, где есть персональные ЭВМ;
6. заместить на российском рынке аналоги из США и тем самым сэкономить государству десятки миллионов рублей.

Функции системы

Система виртуальных инструментов и приборов (СВИП) предназначена для формирования виртуальных инструментов и приборов и исследования с их помощью реальных технических объектов и (или) их виртуальных аналогов. Исходя из назначения, основными функциями СВИП являются:

1. отображение и функционирование визуальных инструментов, представляющих собой органы управления прибором и средства обработки результатов измерений и компьютерного моделирования;
2. формирование виртуальных измерительных приборов и стендов, позволяющих обрабатывать и визуализировать данные измерений реальных технических объектов и результатов моделирования их виртуальных аналогов, а также управлять параметрами исследуемого объекта и формировать алгоритмы проведения экспериментов;
3. обработка и визуализация результирующей информации, принятой с реальных технических объектов через контроллер лабораторного автоматизированного рабочего места (ЛАРМ) и (или) с моделей измерительных компонентов схемного слоя редактора;
4. программное обеспечение средств связи с аппаратной частью технических объектов.

Средства интеграции системы с внешними программными модулями

С целью параметризации исследуемых с помощью ВИП реальных технических объектов и их компьютерных моделей, а также для автоматизированного оформления отчётов о выполненных исследованиях и экспериментах, СВИП взаимодействует со следующими внешними программными модулями:

1. системой автоматизированного документирования, позволяющей автоматически формировать интерактивные отчёты о выполнении исследований и экспериментов;
2. базами данных, содержащими актуальные параметры, позволяющие выполнять параметризацию исследуемых компьютерных моделей технических объектов;
3. базами знаний, содержащими продукционные модели знаний, позволяющие определять параметры требуемых физически реализуемых режимов функционирования реальных технических объектов.

Обеспечение интеграции СВИП с перечисленными выше модулями осуществляется за счёт реализации соответствующих компонентов, расположенных на логическом уровне компьютерных моделей ВИП.

Аналоги системы

LabVIEW

Компания National Instruments уже более 30 лет производит аппаратное и программное обеспечение, которое помогает создавать системы измерений, управления, тестирования. Преимущество технологии состоит в использовании интуитивно понятного и мощного ПО в сочетании с гибко настраиваемой модульной аппаратурой. Программная составляющая определяет функциональность системы и позволяет гибко настраивать и расширять аппаратную часть.

Технология виртуальных приборов (ВП) опирается на современную компьютерную технику в сочетании с гибким программным обеспечением и высокопроизводительным модульным оборудованием. Такой подход позволяет использовать постоянно растущую производительность персональных компьютеров и создавать системы автоматизации, отвечающие различным требованиям пользователя.

Используя технологию ВП компании National Instruments (NI), могут создаваться мощные приложения для повышения производительности и эффективности на всех этапах производства — от исследований и опытных разработок до реального производства. Такие системы измерений и автоматизации легко адаптируются к изменяющимся требованиям в условиях постоянно развивающегося рынка.

Используя универсальные технологии NI, такие как LabVIEW и модульную архитектуру PXI на всех технологических этапах производства, компании оптимизируют издержки на разработку, тестирование и выпуск продукции.

Другие системы

Помимо системы LabVIEW фирмы National Instruments для автоматизации вычислительного эксперимента могут быть применены системы MultiSim, Simulink, Trace Mode и другие подобные системы.

См. также

• Виртуальный прибор
• Дмитриев, Вячеслав Михайлович
• Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
• Среда моделирования МАРС
• Автоматизированная система научных исследований

Литература

1. Дмитриев В. М. Редактор виртуальных инструментов и приборов / В. М. Дмитриев, Т. В. Ганджа, Т. Ю. Коротина // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. — 2009. — № 6. — С. 19-24.
2. Ганджа Т. В. Виртуальный прибор «вычислитель функций» / Т. В. Ганджа, В. М. Юров, Д. В. Пеунков // Современное образование: Новые методы и технологии образовательного процесса: материалы между-нар. науч.-метод. конф., 31 января — 1 февраля 2013 г., Россия, Томск. — Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2013. — С. 179—180.
3. Пец А. В. Технология виртуальных приборов как ресурс развития физического практикума // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. — 2006. — № 4. — С. 106—109.
4. Коротина Т. Ю. Моделирование виртуальных инструментов и приборов в среде МАРС // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований’2009». Том 3. Технические науки. 16-27 марта 2009 г. — Одесса: Черноморье, 2009. — С. 24-27.
5. Дмитриев В. М. Универсальное вычислительное ядро для создания виртуальных лабораторий / В. М. Дмитриев, А. В. Шутенков, Т. В. Ганджа // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. — 2004. — № 2. — С. 24-28.
6. Дмитриев В. М. Система виртуальных инструментов и приборов для автоматизации учебных и научных экспериментов / В. М. Дмитриев, Т. В. Ганджа, С. А. Панов // Программные продукты и системы. — 2016. — № 3. — С. 154—162.
7. Дмитриев В. М. Компьютерное моделирование визуальных интерфейсов виртуальных инструментов и приборов / В. М. Дмитриев, Т. В. Ганджа, В. В. Ганджа, С. А. Панов // Научная визуализация. — 2016. — Т. 8, № 3. — С. 111—131.

Ссылки

• Лабораторное автоматизированное рабочее место (ЛАРМ) и система виртуальных инструментов и приборов (СВИП)