Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях реальное финансирование российской науки и образования продолжает сокращаться. Происходит старение материально-технической базы научных и образовательных учреждений. Сокращается потенциал и снижается уровень опытно-конструкторских разработок и производственных мощностей, способных удовлетворить хотя бы самые насущные потребности в средствах обучения и лабораторном оборудовании. В то же время, прогрессивные тенденции развития науки и техники объективно требуют качественно нового подхода к подготовке специалистов, способных создавать и эффективно применять конкурентоспособные образцы попой техники. Для разрешения указанного противоречия требуется принципи альио новые технические решения, обеспечивающие более высокую эффективность проведения исследований при значительном сокращении затрат, что возможно только при использовании современных средств автоматизации, интеллектуализации и телекоммуникации.
Разработанный в рамках диссертационной работы автоматизированным программно-технический и научно-методический комплекс лабораторного оборудования нового поколения имеет двойное назначение - для проведения научных исследований и обучения в области электротехники, основан на самых современных информационных и телекоммуникационных технологиях и способен работать в глобальной компьютерной сети Internet.
Диссертационная работа соответствует приоритетным направлениям фундаментальных исследований: "Проблемы управления и автоматизации", "Интегрированные информационно - телекоммуникационные сети и системы", а также критическим технологиям "Системы искусственного интеллекта и виртуальной реальности", "Информационно - телекоммуникационные системы" и выполнялась в рамках следующих федеральных и межвузовских Программам (МНТП): "Учебная техника"; "Корпоративные сети"; "Анализ состояния и научно-техническая поддержка перспективных исследований высшей школы"; "Научно-методическое обеспечение дистанционного обучения"; Федеральная Программа "ИНТЕГРАЦИЯ".
Целью работы является повышение эффективности научных исследований и образовательного процесса подготовки и переподготовки специалистов в области разработки, исследования и эксплуатации электротехнических комплексов и систем за счет создания и организации применения автоматизированных программно-технических и научно-методических комплексов поддержки учебного процесса и научных исследований нового поколения.
Для достижения поставленной цели необходимо последовательно решить следующие задачи:
" разработать концепцию создания лабораторного оборудования нового поколения, определяющую совокупность принципов и методов синтеза такого оборудования; осуществить выбор или разработать необходимые компоненты лабораторного оборудования нового поколения;
создать базовые комплексы лабораторного оборудования нового поколения в
области электротехники;
показать эффективность применения оборудования нового поколения в нау
ке, промышленности, образовании.
Методы исследования. В процессе выполнения диссертационной работы были использованы современные методы и средства информационных и телекоммуникационных технологий применительно к организации коллективного доступа удаленных пользователей к единичному комплекту автоматизированного лабораторного оборудования; методы управления сложными электротехническими системами, включая частотное, адаптивное управление, а также управление с прогнозированием; методы математической обработки результатов моделирования и эксперимента, включая линейную и сплайн интерполяцию, среднеквадратичную аппроксимацию, спектральный анализ полигармонических сигналов и т.д. При разработке программного обеспечения были использованы современные лицензионные инструментальные средства: Borland См- Builder 4.0; National Instruments Component Works 1.0; National Instruments I .abWindows/CVI 4.01; IAR Systems Micro Series 8051 C-Compiler V4.02F:./OS2.
Научная новизна диссертационной работы заключается:
в определении принципов создания лабораторного оборудования нового поколения (принцип единства и комплексности объектов изучения, принцип интеллектуализации объекта и средств обучения, принцип распределения информационных и технических ресурсов);
в создании наукоемкого, интеллектуального электротехнического комплекса, предназначенного для исследования динамических процессов в сложных электротехнических системах в режиме многопользовательского телекоммуникационного доступа по локальным, корпоративным или глобальным компьютерным сетям (втом числе, Internet);
и разработке математической модели управления электрооборудованием в распределенной технологической сисіемс бурения скважин, когда прогнозируется следующий шаг управления с учетом транспортной задержки.
Практическим значимость. Результаты диссертационной работы успешно попользуются в научных исследованиях, образовательном процессе и в промышленности:
Созданный научно-образовательный комплекс позволяет решать такие уни
кальные научные задачи, как многоканальный синхронный мониторинг ди
намических процессов, диагностика и прогнозирование технического со
стояния сложных технических систем, поиск алгоритмов эффективного
управления техническими системами, идентификация параметров математи
ческих моделей.
Использование созданного научно-образовательного комплекса в учебном
процессе позволило многократно сократить капитальные и текущие затраты
па соїдание и поддержание пабораторного оборудования, занимаемые пло
щади, обслуживающий персонал при одновременном повышении качества
обучения за счет применения комплекса средств обучения, открывающих
возможности индивидуализации п активизации учебного процесса. Применение разработанной распределенной мультипроцессорной автоматизированной системы управления режимом бурения наклонных и горизонтальных скважин показало нозможпост и значительного повышении информативности, надежности и качества выполнения технологических процессов в нефтегазовой отрасли на основе совокупности принципов информатизации и интеллектуализации технических систем, предложенных в работе.
Реализация результатов работы. Разработанный базовый программно-технический и научно-методический комплекс используется на кафедре «Электротехнические комплексы автономных объектов» Московского энергетического института (технического университета) при выполнении научных исследований и проведении учебных занятий. Макетный вариант комплекса находится в демонстрационном центре РІІІІО "Росучприбор" и применяется для демонстрации возможностей новых образовательных технологий. Опытный вариант разработанной мультипроцессорной автоматизированной системы управления режимом бурения неоднократно и успешно испытывапся на буровых установках треста ОренбургБурГаз.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и демонстрировались на 11-ти российских и международных выставках-семинарах, посвященных новым образовательным технологиям (г. Москва - 1996, 98, 99. 2000 гт, г.Нижний Новгород- 1996 г., г.Санкт-Петербург- 1997 г., г. Остин - США -1997г., г. Базель - Швейцария - 1998 г., г. Ростов на Дону - 1999 г., г. Орел 1999 г.). Был произведен ряд успешных сеансов экспериментальных исследований электротехнических устройств в рамках разработанных комплексов оборудования в режиме удаленного доступа. Доступ к оборудованию осуществлялся как по высокоскоростным линиям связи (оптоволокно, спутниковые каналы), гак и по медленным коммутируемым линиям. В целом, опыт показал достаточно высокую динамику проведения экспериментальных исследований. Даже с использованием линий связи со скоростью передачи информации до 9600 бит/с суммарное время проведения одного эксперимента с одного рабочею места не превышает 1-2 минут, из которых непосредственно использование объекта занимает единицы секунд, в зависимости от объекта исследования, а остальное время обусловлено транспортной задержкой передачи результатов эксперимента пользователю.
Публикации. 11о теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 10-ти приложений, имеет 184 страницы основного, 37 рисунков, список литературы из 67 наименований и три Акта об использовании результатов работы.
