4. Интегрированные системы.

Понятие интегрированной системы. Под интеграцией систем понимается целенаправленное объединение их программных и аппаратных средств в целостную систему, реализующую заданную функцию и удовлетворяющую предусмотренным требованиям.

Интегрированная система (ИС) состоит из нескольких частей, причем целью объединение этих частей является выполнение новой задачи, для решения которой требуется использовать функции объединяемых частей.

При построении современных ИС применяется системный подход. Основной общий принцип этого подхода заключается в рассмотрении частей системы с учётом их взаимодействия. Системный подход включает в себя выявление структуры системы, типизацию связей, определение атрибутов, анализ влияния внешней среды. Применительно к процессу судовождения системный подход состоит в учете всех особенностей этого процесса, всех существенных связей между различными частями системы вождения судна, между ней и внешней средой, между системой и оператором с целью достижения максимальной эффективности в решении задач судовождения.

Эффективность интегрированной системы определяется не только качеством разработки и реализации каждого ее уровня но и оптимальностью их взаимодействия.

Интегрированные системы именуют также комплексными системами.

Конфигурация ИС – это совокупность из определенного числа частей, образующих интегрированную систему той или иной мощности. Под мощностью ИС понимается характеристика объема решаемых системой задач. Минимальный комплект интегрированной системы, при котором она еще отвечает своим основным целям, называется ее базовой конфигурацией. Совокупность частей интегрированной системы, участвующих в данный момент при решении задач, называют используемой конфигурацией ИС.

Открытость интегрированных систем. Интеграция систем является одним из основных механизмов повышения уровня автоматизации различного рода процессов. Чтобы обеспечить совершенство этого механизма, к ИС предъявляются определенные требования.

Пожалуй, самым важным требованием к интегрированным системам является обеспечение их открытости. Она состоит в том, что должна быть возможность подключения к системе дополнительного оборудования и организации его работы в составе ИС. Это требование определяет способность ИС к расширению функций, к модернизации, к дальнейшей автоматизации процессов в той или в другой предметной области.

Открытость систем в настоящее время обеспечивается использованием единой дискретной основы построения аппаратуры, стандартизацией оборудования, применением магистрально-модульного и модульно-иерархического принципа формирования структуры и рядом других мер.

Единая дискретная основа означает, что все отдельные части ИС должны управляться микропроцессорной техникой, преобразовывать данные и выдавать их в цифровой форме. Такое построение аппаратуры позволяет более просто и надежно организовывать информационное взаимодействие между частями системы, а также между системой и другим оборудованием.

Когда все части имеют микропроцессорную основу, то для образования ИС они объединяются в сеть с помощью информационного канала и специального программного обеспечения и взаимодействуют в соответствии с определенным протоколом.

Стандартизация оборудования направлена на обеспечение требуемых эксплуатационных, технических характеристик ИС и совместимости различного вида входящей в ИС аппаратуры, выпускаемой различными фирмами и организациями.

Различают конструктивную, информационную и энергетическую совместимость аппаратуры.

Конструктивная совместимость предполагает согласованность конструктивных параметров частей ИС, позволяющая соединять функциональные устройства в единое конструктивное целое.

Информационная совместимость определяется условиями для единообразной передачи сообщений между частями системы.

Энергетическая совместимость состоит в обеспечении, по возможности, одинакового электропитания объединяемых частей.

Касаясь интегрированных систем ходового мостика, необходимо отметить следующее.

Минимальные эксплуатационные требования к морским навигационным приборам и системам определяются Международной морской организацией - ИМО (IMO - International Maritime Organization).

На основе эксплуатационных требований Международная электротехническая комиссия вырабатывает технические стандарты к электрическому и электронному оборудованию. МЭК также определяет протоколы взаимодействия входящих в ИСМ устройств.

Отдельные части ИСМ должны удовлетворять и касающихся их требованиям других международных организаций. Например, необходимо, чтобы система с электронными картами ECDIS отвечала стандартам Международной гидрографической организации - МГО (IHО - International Hydrographic Organization). Бортовая аппаратура автоматической идентификационной системы должна соответствовать требованиям Международного телекоммуникационного союза (ITU – International Telecommunication Union).

Создание интегрированных систем базируется на международных стандартах, определяющих, как должны работать друг с другом компоненты этих систем. Во всех странах компоненты информационного взаимодействия называются протоколами.

Протокол в информационной системе- это документ, четко определяющий процедуры и правила взаимодействия входящих и подключаемых к системе устройств. Протоколом устанавливается список команд, которыми могут обмениваться устройства, порядок передачи команд, правила взаимной проверки работы, размеры передаваемых блоков информации и т.д. протоколы создаются для того, чтобы изготавливаемые разными объединениями и фирмами устройства могли работать друг с другом.

Стандарты взаимодействия (интерфейса) навигационной аппаратуры изложены в протоколе МЭК 61162. Этот документ совпадает по содержанию с протоколом NMEA- 0183 национальной морской электронной ассоциации США (NMEA - National Maritime Electronic Association).

Условия стандарта на интерфейс включают:

- вид и количество сигналов.

- систему кодирования,

- название и действие управляющих сигналов,

- значения напряжения для сигналов «О» и «1»,

- тип соединительного элемента (штекерный разъем, пайка и т.п.),

- распределение сигналов в соединительном элементе и др.

Модульность состоит в построении аппаратуры и/или программного обеспечения из отдельных, в определенной мере автономных структур (модулей, блоков, подсистем), которые могут функционировать как отдельно при выполнении своих локальных задач, так и совместно при решении общей задачи. Модульное построение облегчает приспособление систем к особенностям судов и к отличиям выполняемых ими задач и облегчает расширение функций систем при их совершенствовании.

Применение эффективных методов интеграции систем. Автоматизация производственных процессов на начальном этапе привела к применению микропроцессоров (компьютеров) для управления отдельным оборудованием. При дальнейшей автоматизации появилась необходимость создания локальных объединений компьютеризированных устройств с целью централизации управления, совместного использования информационных ресурсов и для решения комплексных задач. Такое объединение по существу сводится к обеспечению информационного взаимодействия между компьютерами, управляющими отдельными устройствами.

При магистрально-модульном методе отдельные части объединяются в интегрированную систему путем подсоединения компьютеров, управляющих этими частями, к коммуникационной среде в виде магистрального канала.

В небольших по размерам сетях, в частности в судовых, для обеспечения взаимодействия отдельных ЭВМ обычно используется один магистральный канал (моноканал), замкнутый в виде петли (кольца), в которой циркулирует информация. Приборы, обеспечивающие подключение микропроцессорных систем к каналу, называются блоками доступа к нему, либо интерфейсными устройствами.

При использовании модульно-иерархического метода части (модули), из которых образуется ИС, располагаются по уровням их значимости. Модули на низшем уровне решают узкие задачи, а другие модули, высшие по иерархии, обеспечивают решение задач более высокого уровня путем управления и коррекции модулей низшего уровня.

Лекция заканчивается формулировкой кратких выводов по рассматриваемому материалу, изложением рекомендаций для самостоятельной работы и ответами преподавателя на вопросы студентов.

Разработал профессор кафедры СБС

д.т.н _________________

Лекция одобрена и утверждена на заседании кафедры СБС протокол №_____ от ___ ___________ 20 г.