Практика моделирования и оптимизации линейных систем в среде расширения MatLab Control System

ПС может обладать различной степенью надежности. Как измерять эту степень? Так же как в технике, степень надежности можно характеризовать вероятностью работы ПС без отказа в течение определенного периода времени. Однако в силу специфических особенностей ПС определение этой вероятности наталкивается на ряд трудностей по сравнению с решением этой задачи в технике.

При оценке степени надежности ПС следует также учитывать последствия каждого отказа. Некоторые ошибки в ПС могут вызывать лишь некоторые неудобства при его применении, тогда как другие ошибки могут иметь катастрофические последствия, например, угрожать человеческой жизни. Поэтому для оценки надежности ПС иногда используют дополнительные показатели, учитывающие стоимость (вред) для пользователя каждого отказа.

3.3 Количественное измерение надежности программы

Имеется несколько подходов к количественному измерению надежности [15]. Во-первых, можно рассчитать величину экономического риска, вызван-

ного возможностью ошибок в программе. По сути, этот риск определяется разделами инструкции, устанавливающими использование результатов программы при данном режиме эксплуатации, и вероятностями ошибок, влияющими на каждый тип использования. Такой риск может быть основан только на прогнозе возможных ошибок, что значительно снижает ценность подобного подхода. Во-вторых, оцениваются реальные потери за период эксплуатации, вызванные ошибками. Если определить тенденцию изменения реальных средних потерь за конкретный период (например, за месяц или год), можно прогнозировать экономический риск на будущее.

Существует также понятие статической надежности программы, измеряемой как дополнительная вероятность обнаружения новой ошибки, не учтенной в предыдущих коррекциях, при очередном обращении к программе. Простейшей оценкой статистической надежности является величина

(3.1)

или

, (3.2)

где n - количество выполненных обращений к программе;

f(n) - число обнаруженных ошибок;

e (d,n) - доверительный интервал хи-квадрат оценки вероятности ошибки f(n)/n при заданном уровне значимости.

В качестве оценки дисперсии d с гарантией можно пользоваться максимально возможной дисперсией (равной 1/4) двоичной случайной величины (в соответствии с двумя возможными исходами обращения к кортежу: удача = 0, ошибка = 1).

Недостатком такого подхода то, что не учитываются корректировки кортежа после обнаружения каждой новой ошибки. Ситуация исправляется, если учитывать только новые ошибки, не компенсируемые ранее сделанными корректировками инструкции.

Более сложной, но иногда оправданной оценкой статистической надежности может служить байесовская оценка вероятности верного срабатывания кортежа при задании некоторой экспертной оценки априорной вероятности ошибки и использовании статистической выборки отказов при обращениях к программе. Этот метод результативен, если есть основания для прогноза частоты ошибок в исходном кортеже. Теоретически использование обеих оценок не вполне корректно, так как процесс, включающий коррекцию кортежа по каждой ошибке, не стационарен, а это предполагается в обосновании методов оценки вероятности.

Можно также выделить не вполне конструктивный, но логически безупречный подход к определению комбинаторной надежности программы, определяемой как отношение числа вариантов исходных данных, на которых программа срабатывает верно, к общему числу вариантов исходных данных. В условиях динамической корректировки кортежа эта надежность постоянно растет. Однако оценить ее можно только статистически, используя формулы, приведенные выше, для обработанной статистической выборки результатов обращений к программе, из которой выброшены повторные варианты исходных данных. В общем случае возникает та же трудность с потерей стационарности процесса при корректировках. За исключением статистической оценки комбинаторной надежности, полученной на основе многократного тестирования программы, работающей безошибочно на всей серии тестовых обращений. Это соответствует стадии тестирования программы в процессе отладки, когда каждая обнаруженная ошибка исправляется на уровне программы или инструкции, а потом тестирование начинается заново по полной программе. В этом случае на каждом прогоне тестов корректировок не возникает, и процесс возникновения ошибки остается стационарным. Оценка хи-квадрат тогда дает Р(n) > 1 - e(1/4,n). Более точная оценка может быть основана на знании внутренней структуры программы.

Нестабильность работы программы измеряется числом зарегистрированных ошибок за определенный период эксплуатации, т. е. числом внесенных в инструкцию корректировок за этот срок. В период устойчивой работы оборудования количество внесенных корректировок f можно оценить численным интегралом по времени от нестабильности D(i), измеренной на последовательных интервалах времени длительности h(i)

. (3.3)

Поскольку технического износа у программы, инструкции и режима эксплуатации нет, то до наступления износа компьютера нестабильность монотонно падает за счет корректировок. По мере износа компьютера (старение технической части среды) возникают специальные корректировки для обхода машинных сбоев и поломок: нестабильность начинает расти. При нормальном режиме эксплуатации предусматривается своевременная замена оборудования, и рост нестабильности ограничен введением предосторожностей на период освоения новых приборных средств.

3.4 Обеспечение надежности разработки программных средств

Рассмотрим общие принципы обеспечения надежности ПС, что является основным мотивом разработки ПС, задающим специфическую окраску всем технологическим процессам разработки ПС. В технике известны четыре подхода обеспечению надежности:

- предупреждение ошибок;

- самообнаружение ошибок;

- самоисправление ошибок;

- обеспечение устойчивости к ошибкам.

Целью подхода предупреждения ошибок - не допустить ошибок в готовых продуктах, в нашем случае - в ПС. Проведенное рассмотрение природы ошибок при разработке ПС позволяет для достижения этой цели сконцентрировать внимание на следующих вопросах:

- борьбе со сложностью;

- обеспечении точности перевода;

- обеспечения контроля принимаемых решений;

- преодоления барьера между пользователем и разработчиком.

Этот подход связан с организацией процессов разработки ПС, т.е. с технологией программирования. И хотя, гарантировать отсутствие ошибок в ПС невозможно, но в рамках этого подхода можно достигнуть приемлемого уровня надежности ПС.

Остальные три подхода связаны с организацией самих продуктов технологии, в нашем случае - программ. Они учитывают возможность ошибки в программах. Самообнаружение ошибки в программе означает, что программа содержит средства обнаружения отказа в процессе ее выполнения. Самоисправление ошибки в программе означает не только обнаружение отказа в процессе ее выполнения, но и исправление последствий этого отказа, для чего в программе должны иметься соответствующие средства. Обеспечение устойчивости программы к ошибкам означает, что в программе содержатся средства, позволяющие локализовать область влияния отказа программы, либо уменьшить его неприятные последствия, а иногда предотвратить катастрофические последствия отказа. Однако, эти подходы используются весьма редко (может быть, относительно чаще используется обеспечение устойчивости к ошибкам). Связано это, во-первых, с тем, что многие простые методы, используемые в технике в рамках этих подходов, неприменимы в программировании,

например, дублирование отдельных блоков и устройств (выполнение двух копий одной и той же программы всегда будет приводить к одинаковому эффекту - правильному или неправильному). А, во-вторых, добавление в программу дополнительных средств приводит к ее усложнению (иногда - значительному), что в какой-то мере мешает методам предупреждения ошибок.

3.5 Методы борьбы со сложностью

Известны два общих метода борьбы со сложностью систем: первый метод заключается в обеспечении независимости компонент системы, а второй использование в системах иерархических структур.

Обеспечение независимости компонент означает разбиение системы на такие части, между которыми должны остаться по возможности меньше связей. Одним из воплощений этого метода является модульное программирование. Использование иерархических структур позволяет локализовать связи между компонентами, допуская их лишь между компонентами, принадлежащими смежным уровням иерархии. Этот метод, по существу, означает разбиение большой системы на подсистемы, образующих малую систему. Здесь существенно используется способность человека к абстрагированию.

3.6 Обеспечение точности перевода

Обеспечение точности перевода направлено на достижение однозначности интерпретации документов различными разработчиками, а также пользователями ПС. Это требует придерживаться при переводе определенной дисциплины. Весь процесс перевода можно разбить на следующие этапы:

- понимание задача;

- составления плана (включая цели и методы решения);

- выполнение плана (проверка правильности каждого шага);

- анализ полученного решения.

3.7 Преодоление барьера между пользователем и разработчиком

Как обеспечить, чтобы ПС выполняла то, что пользователю разумно ожидать от нее? Для этого необходимо правильно понять, во-первых, чего хочет пользователь, и, во-вторых, его уровень подготовки и окружающую его обстановку. Поэтому следует - привлекать пользователя в процессы принятия решений при разработке ПС, - тщательно освоить особенности его работы.

3.8 Контроль принимаемых решений

Обязательным шагом в каждом процессе (этапе) разработки ПС должна быть проверка правильности принятых решений. Это позволит обнаруживать и исправлять ошибки на самой ранней стадии после ее возникновения, что, во-первых, существенно снижает стоимость ее исправления и, во-вторых, повышает вероятность правильного ее устранения.

С учетом специфики разработки ПС необходимо применять везде, где это возможно: смежный контроль; сочетание как статических, так и динамических методов контроля.

Смежный контроль означает, проверку полученного документа лицами, не участвующими в его разработке, с двух сторон: во-первых, со стороны автора исходного для контролируемого процесса документа, и, во-вторых, лицами, которые будут использовать полученный документ в качестве исходного в последующих технологических процессах. Такой контроль позволяет обеспечивать однозначность интерпретации полученного документа.

Сочетание статических и динамических методов контроля означает, что нужно не только контролировать документ как таковой, но и проверять, какой процесс обработки данных он описывает. Это отражает одну из специфических особенность ПС (статическая форма, динамическое содержание).

3.9 Тестирование

Важным этапом жизненного цикла программного обеспечения, определяющим качество и надёжность системы, является тестирование. Тестирование - процесс выполнения программ с намерением найти ошибки [16]. Этапы тестирования:

Автономное тестирование, контроль отдельного программного модуля отдельно от других модулей системы.

Тестирование сопряжений, контроль сопряжений (связей) между частями системы (модулями, компонентами, подсистемами).

Тестирование функций, контроль выполнения системой автоматизируемых функций.

Комплексное тестирование, проверка соответствия системы требованиям пользователей.

Тестирование полноты и корректности документации, выполнение программы в строгом соответствии с инструкциями.

Тестирование конфигураций, проверка каждого конкретного варианта поставки (установки) системы.

Существуют две стратегии при проектировании тестов: тестирование по отношению к спецификациям (документации), не заботясь о тексте программы, и тестирование по отношению к тексту программы, не заботясь о спецификациях. Разумный компромисс лежит где-то посередине, смещаясь в ту или иную сторону в зависимости от функций, выполняемых конкретным модулем, комплексом или подсистемой.

Качество подготовки исходных данных для проведения тестирования серьёзно влияет на эффективность процесса в целом и включает в себя:

- техническое задание;

- описание системы;

- руководство пользователя;

- исходный текст;

- правила построения (стандарты) программ и интерфейсов;

- критерии качества тестирования;

- эталонные значения исходных и результирующих данных;

- выделенные ресурсы, определяемые доступными финансовыми средствами.

Однако, исчерпывающее тестирование всех веток алгоритма любой серьёзной программы для всех вариантов входных данных практически неосуществимо. Следовательно, продолжительность этапа тестирования является вопросом чисто экономическим. Учитывая, что реальные ресурсы любого проекта ограничены бюджетом и графиком, можно утверждать, что искусство тестирования заключается в отборе тестов с максимальной отдачей.

Ошибки в программах и данных могут проявиться на любой стадии тестирования, а также в период эксплуатации системы. Зарегистрированные и обработанные сведения должны использоваться для выявления отклонений от требований заказчика или технического задания. Для решения этой задачи используется система конфигурационного управления версиями программных компонент, база документирования тестов, результатов тестирования и выполненных корректировок программ. Средства накопления сообщений об отказах, ошибках, предложениях на изменения, выполненных корректировках и характеристиках версий являются основной для управления развитием и сопровождением комплекса программного обеспечения (ПО) и состоят из журналов:

- предлагаемых изменений;

- найденных дефектов;

- утвержденных корректировок;

- реализованных изменений;

- пользовательских версий.

4. Определение цены программного продукта

Необходимо рассчитать стоимость разработки модели системы идентификации отдельного элемента ЭКС. Эта модель относится к классу математических, так как реальное воплощение физических свойств оригинала заменяется программной реализацией модели. И, как любой программный продукт, представляет собой весьма специфический товар с множеством присущих им особенностей. Многие их особенности проявляются и в методах сложности расчетов цены на них. На разработку программного продукта средней сложности обычно требуется весьма незначительные средства. Однако, при этом он может дать экономический эффект, значительно превышающий эффект от использования достаточно дорогостоящих систем, в данном случае физической модели.

Следует подчеркнуть, что у программных продуктов практически отсутствует процесс физического старения и износа. Для них основные затраты приходятся на разработку образца, тогда как процесс тиражирования представляет собой, обычно, сравнительно недорогую и несложную процедуру копирования магнитных носителей и сопровождающей документации. Таким образом, этот товар не обладает, по сути, рыночной стоимостью, формируемой на базе общественно необходимых затрат труда.

Величину затрат на разработку программного продукта произведем на основе метода калькуляций. В этом случае себестоимость (затраты на создание) программного продукта Зспп определяются расчетом по отдельным статьям расходов и их последующим суммированием

Зспп = Зозп + Здзп +Змат +Змв + Знр, (4.1)

где Зозп - основная заработная плата разработчикам;

Здзп - дополнительная заработная плата разработчикам;

Змат - затраты на материалы, покупные изделия, полуфабрикаты;

Змв - затраты на оплату машинного времени;

Знр - накладные расходы.

Рассмотрим затраты по отдельным статьям расходов.

4.1 Расчет основной заработной платы

К этой статье относятся заработанная плата разработчиков, а также премии, входящие в фонд заработной платы. Расчет основной заработной платы выполняется при основе трудоемкости выполнения каждого этапа разработки в человеко-часах и величины месячного должностного исполнителя.

Трудоемкость каждого этапа определяется для группы специалистов, отвечающих за этот этап разработки.

Трудоемкость разработки программного продукта может включать в себя:

- to - затраты труда на подготовку описания задачи;

- tб - затраты труда на разработку блок-схемы алгоритма решения задачи;

- tп - затраты труда на составление программы по готовой блок-схеме;

- tд - затраты труда на подготовку документации задачи;

- toт - затраты труда на отладку программы на ЭВМ при комплексной отладке задачи.

Составление трудоемкости, в свою очередь, вычислим через условное число операторов Q.

Оценить затраты труда на подготовку описания задачи to невозможно, т.к. это связано с творческим характером работы, вместо этого оценим затраты труда на изучение tи описания задачи с учетом уточнения описания и квалификации программиста определяются из выражения

tи = Q•В/(75…85•К), (4.2)

где В - увеличения затрат труда вследствие недостаточного описания задачи, уточнений и некоторой недоработки, В=1,2…5;

К - коэффициент квалификации разработчика, для работающих до двух лет К=0,8.

Таким образом затраты труда на изучение описания задачи составят

tи = 2•4/75=0,107.

Затраты труда на разработку блок-схем алгоритма tб решения задачи определяем из выражения

tб = Q/(40…50•К), (4.3)

tб = 2/40=0,05.

Затраты труда на отладку программы на ЭВМ toт, при комплексной отладке задачи

toт =1,5•t А oт , (4.4)

где t А oт - затраты труда на отладку программы на ЭВМ при автономной отладке одной задачи.

Значение t А oт определяем из выражения

t А oт = Q/(30…40•К). (4.5)

t А oт = 2/30=0,0067.

Подставив полученное значение в (4.4), определим затраты труда на отладку программы на ЭВМ

toт =1,5•0,0067=0,1.

Затраты труда на подготовку документации по задаче tд определяются из выражения

tд = tдр + tдр, (4.6)

где tдр - затраты труда на подготовку материалов в рукописи;

tдо- затраты труда на редактирование, печать и оформление документации.

Затраты tдр определим из выражения

t др = Q/(150…200•К), (4.7)

t др = 2/150=0,0133.

Затраты tдо определим из выражения

tдо = 0,75• tдр, (4.8)

tдо = 0,75• 0,0133=0,01.

Подставив (4.7) и (4.8) в (4.6), рассчитаем затраты труда на подготовку документации по задаче

tд = 0,0133 + 0,01=0,0233.

Произведение трудоемкости на сумму часовой заработной платы определяет затраты по зарплате для каждого работника на все время разработки.

Расчет основной заработной платы приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Расчет основной заработной платы

Наименование этапов работы	Исполнитель	Мес. оклад, тг.	Часовая з/п, тг	Трудоемкость (чел/час)	Затраты по з/п
Подготовка описания задачи, проведение теоретического анализа и оформление документов	Инженер	35000	200	88	17600
Разработка и отладка блоков модели	Программист	35000	200	88	17600
Итого: Зозп = 35200 тг.

4.2 Расчет дополнительной заработной платы

К этой статье относятся выплаты, предусмотренные законодательством о труде за неотработанное по уважительной причинам время: оплата очередных и дополнительных отпусков и т.п. (принимается в размере 20% от суммы основной заработной платы).

Здзп =0,2•35200=7040 тг.

Фонд заработной платы соответственно составляет

ФЗПп=Зозп+Здзп. (4.9)

ФЗПп=35200+7040=42240 тг.

4.3 Расчет затрат на материалы, покупные изделия, полуфабрикаты

К этой статье относиться стоимость материалов, покупных изделий, полуфабрикатов и других материальных ценностей, расходуемых непосредственно в процессе разработки программного обеспечения. В стоимость материальных затрат включаются транспортные расходы (10% от прейскурантной цены).

Расчет статьи «материалы, покупные изделия, полуфабрикаты» приводится в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Материалы, покупные изделия, полуфабрикаты

Наименование товара	Единицы измерения	Количество	Цена за единицу, тг.	Суммарные затраты, тг.
CD-R	шт.	1	160	160
Бумага для печати	лист	100	2	200
Итого: 360 тг.
Транспортные расходы 36 тг. Итого с учетом транспортных расходов Змат = 396 тг.

4.4 Затраты на оплату машинного времени

Данные затраты определяются путем умножения фактического времени отладки программы на tэвм на цену машино-часа арендного времени Счас

Змвспп= Счас• tэвм. (4.10)

Фактически время отладки вычисляется по формуле

tэвм = tп+ tд +tот. (4.11)

Подставим найденные раннее значения затрат на составление программы, на ее отладку, на подготовку документов в (4.11)

tэвм = 0,04+ 0,0233 +0,1 =0,1633.

Цену часа работы машины определим из выражения

Счас= Зэвм/Тэвм, (4.12)

где Зэвм -полные затраты на эксплуатацию ЭВМ в течении года;

Тэвм - действительный годовой фонд времени ЭВМ в течении года, час/год.

Рассчитаем годовой фонд времени работы IBM-совместимого компьютера из выражения

Тэвм= Тсм• (Nгод- Nпр)- Nнед• Тпрост, (4.13)

где Тсм - продолжительность смены, принимаем Тсм=8 часов;

Nгод - количество дней в году Nгод =365 дней;

Nпр - количество праздничных и выходных дней в году Nпр =112 дней;

Nнед количество недель в году Nнед =52;

Тсм - время простоя в профилактических работах определяется как еженедельная профилактика по 4 часа.

Тэвм= 8(365-112)- 52•4=1816 ч.

Полные затраты на эксплуатацию ЭВМ определяются по формуле

Зэвм = Зам + Зэл + Зтпр, (4.14)

где Зам - годовые издержки на амортизацию, тг/год;

Зэл - годовые издержки на электроэнергию, потребляемую компьютером, тг/год;

Зтпр - затраты на текущий и профилактический компьютера, тг/год.

Сумму годовых амортизационных отчислений определяется по формуле

Зам =Сбал•Нам, (4.15)

где Сбал - балансная стоимость компьютера, тг;

Нам - норма амортизации, принимаем 12,2 %.

Зам =45000•0,122=5490 тг/год.

Балансовая стоимость ПЭВМ включает отпускную цену, расходы на транспортировку, монтаж оборудования и его наладку.

Стоимость электроэнергии, потребляемой за год компьютером, определяется по формуле

Зэл = Рэл•Тэвм•Сэл, (4.16)

где Рэл - суммарная мощность ЭВМ, кВт;

Сэл - стосимость 1 кВт•ч электроэнергии;

Зэл = 0,5•1816•5,16 =4685,28 тг.

Затраты на текущий и профилактический ремонт принимаются равными 5% от стоимости ЭВМ

Зтпр = 0.05• 45000=2250 тг.

Таким образом полные затраты на эксплуатацию ЭВМ согласно формуле (4.14) в течение года составят

Зэвм = 5490 + 4686 +2250 =12426 тг.

Тогда цена машино-часа арендуемого времени согласно (4.12) составит

Счас = 12426/ 1816=6,84 тг/час.

Затраты на оплату машинного времени составят

Змвспп= Счас• tэвм, (4.17)

Змвспп= 6,84 • 0,1633 =1,12 тг.

4.5 Расчет накладных расходов

Накладные расходы - это расходы на освещение, отопление, коммунальные услуги и т.п. Они принимаются равными одной трети основой зарплаты разработчиков программы.

То есть накладные расходы составят 11733 тг.

4.6 Расчет себестоимости программного продукта

Калькуляция себестоимости разработки приведена в таблице 4.3.

Социальный налог составляет 20% от фонда заработной платы. Полная себестоимость разработки определяется суммированием п.п. 1-6 таблицы 4.3. Оптовая цена определяется как сумма себестоимости и прибыли. Прибыль составляет 30% от себестоимости. При расчете договорной цены в общую стоимость закладывается сумма налога на добавленную стоимость, равного 14% от оптовой цены.

Таблица 4.3 - Статьи расходов на разработку программного продукта

№	Наименование статьи расхода	Затраты, тенге
1.	Материалы, покупные изделия, полуфабрикаты	396
2.	Основная заработная плата	35200
3.	Дополнительная заработная плата	7040
4.	Оплата машинного времени	1,12
5.	Социальный налог	8448
6.	Накладные расходы	11733
7.	Полная себестоимость	62818,12
8.	Прибыль	18845,436
9.	Оптовая цена	81663,6
10.	НДС	11432,8

5. Техника безопасности при работе с компьютерным оборудованием

5.1 Анализ опасных, вредных факторов и возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих при работе на компьютере

Дипломный проект посвящен вопросу моделирования и оптимизации линейных систем в среде расширения MatLab. Выполнение этого проекта непосредственно связано с работой на компьютере, в связи с этим возможно возникновение следующих опасных и вредных факторов:

- повышенная запыленность рабочей зоны;

- повышенная температура воздуха рабочей зоны;

- повышенная или пониженная влажность воздуха;

- повышенная или пониженная подвижность воздуха;

- недостаточная освещенность рабочей зоны;

- прямая и отраженная блесткость;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенный уровень статического электричества;

- повышенный уровень электромагнитных излучений;

- повышенный уровень ультрафиолетовых излучений;

- повышенный уровень рентгеновского излучения;

- повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека;

- повышенная пожароопасность;

- компьютерные вирусы.

Один из факторов воздействия внешней среды являются микроклиматические условия.

Для помещений с ПК учитываются сезон года и тяжесть выполняемой работы (легкая, 1а). Для данного типа работ установлены оптимальные параметры, приведенные в таблице 5.1 [18].

Правильно спроектированное и выполненное освещение на предприятиях машиностроительной промышленности обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. При освещении производственных помещений используют естественное и искусственное освещение. Недостаток естественного света предусматривает применение системы смешанного освещения.

Таблица 5.1 - Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ПК учебно-воспитательных учреждений

Период года	Теплый	Холодный
Температура воздуха, С0	22 - 24	21 - 23
Относительная влажность, %	40 - 60	40 - 60
Скорость движения воздуха, м/с, не более	0,2	0,1

При работе за дисплеем освещенность определяется минимальным объектом различения - шириной линии рукописного или печатного текста, который читает программист с листа. Для данного вида работы нормируемая общая освещенность составляет 400 люкс.

Недостаточное освещение приводит к напряжению зрения, преждевременной усталости и ослабляет внимание. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочее место может создать резкие тени, блики и дезориентировать работающего. Это может привести к профессиональным заболеваниям.

Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы и безопасность на производстве в значительной мере зависят от условий освещения.

В помещениях ВЦ применяется, как правило, боковое естественное освещение с коэффициентом Ке.о. = 1%.

Для общего освещения помещения ВЦ используются люминесцентные лампы.

Их достоинство:

- высокая световая отдача (до 75 лм/вт и более);

- продолжительный срок службы (до 10000 часов);

- малая яркость светящейся поверхности;

- спектральный состав излучаемого света.

Одним из недостатков таких ламп является высокая пульсация светового потока, вызывающая утомление зрения. По этому коэффициент пульсации освещенности регламентирован в пределах 10 - 20 % в зависимости от разряда зрительной работы.

Таблица 5.2 - Нормы освещенности в помещениях с ПЭВМ для учебных заведений

Характеристика работы	Работа с экранами ПЭВМ
Рабочая поверхность	экран	клавиатура	стол	классная доска
Плоскость	вертик.	горизонт.	горизонт.	вертик.
Освещение, лк	200	400	400	500

Одним из наиболее распространенных факторов внешней среды, неблагоприятно воздействующих на организм человека, является шум.

Источником шума в машинном зале ВЦ являются механические устройства ЭВМ. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходит изменение объема внутренних органов. Эти вредные последствия шума тем больше, чем сильнее шум и продолжительнее его действие. Таким образом, шум на рабочем месте не должен превышать допустимых уровней, значения которых приведены в ГОСТ 12.1.003-83. Во всех учебных помещениях с ВТ и ПЭВМ фоновый уровень звука не должен превышать 40 дБА, а во время работы на ПЭВМ 50 дБА.

Также вредное влияние на зрение человека оказывает прямая и отраженная блесткость, которая приводит к перенапряжению и усталости. Согласно яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящиеся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м2, а при отраженной блесткости яркость бликов на экране ПЭВМ не должна превышать 40 кд/м2 и яркость потолка, при применении системы отраженного освещения, не должна превышать 200 кд/м2.

Для предотвращения образования и защиты студентов от статического электричества в помещениях - вычислительного центра необходимо использовать нейтрализаторы и увлажнители воздуха, а полы должны иметь антистатическое покрытие. Допустимый уровень напряженности электрического поля в помещениях УВЦ не должен превышать 20 кВ/м.

Источником наиболее вредных излучений, неблагоприятно влияющих на здоровье операторов, является монитор ПЭВМ с электронно-лучевой трубкой. Систематическое воздействие электромагнитных полей (ЭМП), превышающих допустимую величину может оказать неблагоприятное воздействие на человека, выражающееся в функциональных нарушениях нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой системы. По результатам измерений ЭМП составляет 28-64 В/м в зависимости от модификации монитора. Эти значения снижаются до 0,3-2,4 В/м на расстоянии 30 см от экрана. Уровень электромагнитного поля в области частот 10 кГц-18кГц колеблется в пределах от 1 до 5 Вт/м2,что в 20 раз ниже допустимой величины (100 Вт/м2), а напряженность электрического поля составляет 0,01-1,8 кВ/м.

При исследованиях глазных заболеваний, связанных с изучением, выяснилось, что служащие, работающие за дисплеем по семь и более часов в день, страдают воспалениями и другими заболеваниями глаз на 70% чаще тех, кто проводит за дисплеем меньше времени.

Технические характеристики дисплеев (разрешающая способность, яркость, контрастность, частота кадровой развертки) в том случае, если на них не обращают внимания при выборе устройства или неправильно устанавливают, могут крайне отрицательно сказаться на зрении.

Поэтому для мониторов существуют следующие нормы:

- мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана и корпуса мониторов при любых положениях регулировочных устройств не должна 0,1 мбэр/час.

- уровень ультрафиолетового излучения на рабочем месте пользователя в длинноволновой области (400-315 нм) должен быть не более 10 Вт/м, в средневолновой области (315-280 нм) не более 0,01 Вт/м2 и отсутствовать в коротковолновой области (280-200 нм);

- напряженность электромагнитного поля на рабочем месте пользователя по электрической составляющей должна быть не более 50 В/м и по магнитной составляющей не более 5 А/м.

К опасным производственным факторам относятся: повышенное напряжение в электрической сети и повышенная пожароопасность [19].

Персональный компьютер питается от сети напряжением 220В с частотой 50 Гц. Здесь используется трехфазная цепь с изолированной нейтралью.

В вычислительном центре при использовании ПЭВМ помещение, где установлен ПК, относится ко второму классу - помещение с повышенной опасностью, из-за опасности прикосновения человека, не изолированного от земли, к корпусу ПК, оказавшемуся под напряжением.

Проходя через организм, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие. В результате могут возникнуть различные нарушения и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения. Величина тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше ток, тем опаснее его действие. Пороговый ощутимый ток - 0,6-1,5 мА (50 Гц). Пороговый неотпускающий ток - 10-15 мА (50 Гц) вызывает сильные и весьма болезненные судороги мышц грудной клетки, что приводит к затруднению или даже прекращению дыхания.

При 100 мА ток оказывает непосредственное влияние также и на мышцу сердца, что в конечном результате приводит к смерти. Наиболее опасным является переменный ток с частотой 20-100 Гц.

Исход воздействия тока зависит от ряда факторов, в том числе от значения и длительности протекания через тело человека тока, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека. Электрическое сопротивление тела человека и приложенное к нему напряжение также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку они определяют значение тока. Участок ПЭВМ по пожарной опасности относится к категории пожароопасных "В".

Пожар на производстве может возникнуть вследствие причин неэлектрического и электрического характера.

К причинам неэлектрического характера относятся:

- неисправность производственного оборудования и нарушение технологического процесса;

- халатное и неосторожное обращение с огнем (курение, оставление без присмотра нагревательных приборов);

- неправильное устройство и неисправность вентиляционной системы;

- самовоспламенение или самовозгорание веществ.

К причинам электрического характера относятся:

- короткое замыкание;

- перегрузка проводов;

- большое переходное сопротивление;

- искрение;

- статическое электричество.

К чрезвычайным ситуациям можно отнести появление компьютерных вирусов. Они оказывают большое влияние на психологическую обстановку при работе с программными продуктами и средствами вычислительной техники. Все действия вируса могут выполняться достаточно быстро и без выдачи каких-либо сообщений, поэтому пользователю очень трудно заметить, что в компьютере происходит что-то необычное.

Компьютерный вирус - это специально написанная небольшая по размерам программа, которая может "приписывать" себя к другим программам (то есть "заражать их"), а также выполнять различные нежелательные действия на компьютере. Программа, внутри которой находится вирус, называется "зараженной". Когда такая программа начинает работу, то сначала управление получает вирус. Вирус находит и "заражает" другие программы, а также выполняет какие-нибудь вредные действия (например, портит файлы или таблицу размещения файлов на диске, "засоряет" оперативную память и т.д.).

5.2 Разработка мер безопасности

Для предотвращения повышенной запыленности рекомендуется устанавливать пылеуловители, вытяжные устройства, а также проводить влажную уборку помещения вычислительного центра, а перед началом и после каждого академического часа учебных занятий, до и после каждого занятия проветривать помещение, что обеспечит улучшение качественного состава воздуха.

В случае необходимости при повышенной температуре окружающего воздуха в теплое время года необходимо установить, а при пониженной температуре окружающего воздуха в холодное время года установить дополнительные обогревательные приборы с учетом всех мер противопожарной безопасности согласно.

Для повышения влажности воздуха в помещениях с ПЭВМ рекомендуется применять увлажнители воздуха, которые будут заправляться ежедневно дистиллированной или прокипяченной питьевой водой.

Для уменьшения уровня шума в помещении вычислительного центра можно применять отделочные материалы с шумопоглощающим эффектом (шумопоглощающие потолки и т. п.).

При недостатке естественного освещения необходимо будет пользоваться искусственным. В качестве источников света при искусственном освещении рекомендуется применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ.

Общее освещение выполняется в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, преимущественно слева, параллельно линии зрения пользователей. При периметральном расположении рабочих мест с ПЭВМ, светильники общего освещения расположим локализовано относительно рабочих мест.

Для решения проблемы облучения оператора ПЭВМ необходимо:

- использовать дисплеи с высокой разрешающей способностью (размер пиксела 0,28 (лучше 0,25)) и размером экрана не менее 14;

- установить видеоадаптеры с высоким разрешением и частотой кадровой развертки не менее 70-72Гц;

- обязательно ставить на дисплеи экранные фильтры с антистатическим покрытием, в несколько раз снижающие утомляемость глаз и концентрацию пылевых частиц в близи экрана монитора;

- сидеть не ближе 70 см от дисплея;

- экран дисплея должен быть ориентирован таким образом, чтобы исключить блики от источников света;

- не следует располагать дисплей непосредственно под источником освещения или вплотную с ним;

- желательно, чтобы освещенность рабочего места оператора не превышала 2/3 нормальной освещенности помещения;

- стена позади дисплея должна быть освещена примерно так же, как его экран.

Далее приводятся рекомендации по организации рабочего места пользователя ПЭВМ:

Рабочие места с ПЭВМ должны размещаться в помещениях с естественным освещением при ориентации оконных проемов на север или северо-восток.

Оконные проемы в помещениях использования ПЭВМ должны быть оборудованы регулируемыми жалюзями или занавесями, позволяющими полностью закрывать оконные проемы.

Шкафы, сейфы, стеллажи для хранения дисков, дискет, комплектующих деталей, запасных блоков ПЭВМ, инструментов, следует располагать в лаборантских.

При конструировании оборудования и организации рабочего места пользователя ПЭВМ следует обеспечить соответствие конструкции элементов рабочего стола и их взаимного расположения, конструкции стула (кресла) гигиеническим и эргономическим требованиям с учетом характера выполняемой деятельности, комплексности технических средств, форм организации труда и основного рабочего положения пользователя.

Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования с учетом его количества и конструктивных особенностей (размер ПЭВМ, клавиатуры, и др.), характера выполняемой работы, а также возможность выполнения трудовых операций в пределах досягаемости моторного поля.

Поверхности рабочих столов для расположения ПЭВМ должны легко и плавно регулироваться по высоте с надежной фиксацией в заданном положении.

Конструкция рабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы при работе на ПЭВМ, позволять изменять позу с целью снижения статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления.

Экран видеомониторов должен находиться от глаз пользователя на оптимальном расстоянии 700 мм, но не ближе 500 мм.

Помещения для занятий с использованием ПЭВМ и в высших учебных заведениях должны быть оборудованы одноместными столами, предназначенными для работы на ПЭВМ.

Рабочие места с ПЭВМ должны располагаться по периметру помещения, вдоль стен.

Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защитой. Понятие о пожарной профилактике включает комплекс мероприятий, необходимых для предупреждения возникновения пожара или уменьшения его последствий. Под активной пожарной защитой понимаются меры, обеспечивающие успешную борьбу с возникающими пожарами или взрывоопасными ситуациями.

Профилактические методы борьбы с пожарами на участке ПЭВМ предусматривают:

Организационные: правильное содержание помещений, противопожарный инструктаж служащих, издание приказов по вопросам усиления пожарной безопасности и т.д.

Технические: соблюдение противопожарных правил, норм при проектировании помещений, при устройстве электропроводов и оборудования, отопления, вентиляции, освещения.

Режимные: запрещение курения в неустановленных местах, производство пожароопасных работ в помещении машинного зала ВЦ и т.д.

Эксплуатационные: своевременные профилактические осмотры, ремонты оборудования.

Чрезвычайной ситуацией, возникающей при работе пользователя на персональной ЭВМ можно и необходимо считать случай "заражения" компьютерным вирусом. Когда вирус только попадает в компьютер, он не заметен. Но через некоторое время, когда он "заразит" собой большое количество программ, он может себя проявить: некоторые программы перестают работать или работают некорректно, исчезают файлы, разрушается их структура, на экран могут выводиться непонятные сообщения, работа компьютера может сильно замедлиться и т.д.

Таким образом, если не предпринимать мер по защите от вируса, то последствия заражения компьютера могут быть очень серьезными. Для защиты от вирусов можно использовать:

- общие средства защиты информации.

- профилактические меры, позволяющие уменьшить вероятность заражения вирусом (резидентные программы-фильтры, программы-ревизоры, создание архивных копий, системных дискет и т.д.);

- специализированные программы для защиты от вирусов (программы-детекторы, программы вакцины, программы-доктора, программы-ревизоры, программы-фильтры и т.п.).

Заключение

В процессе проектирования систем автоматического управления моделирование является одним из основных инструментов. Так как зачастую создание модели гораздо проще создания самого оригинала.

Математическая модель обеспечивает имитацию работы систем или устройств на уровне, достаточно близком к их реальному поведению.

Создание модели связано с множеством вычислений и расчетов, которые порой трудно выполнить вручную. Благодаря программным средствам моделирования, появилась возможность автоматизировать некоторые сложные этапы моделирования. В данной работе в качестве такого программного средства выбрана программная система МатLab, а в качестве исследуемых моделей - линейные системы. Для этих целей в системе МатLab используют пакет Control System Toolbox и пакет Simulink.

В первом пункте основной части работы изучается группа функций пакета Control System Toolbox, обеспечивающая получение информации об отдельных характеристиках моделей различных звеньев САУ с помощью графического интерфейса GUI. В частотности рассматривается одна из функций интерфейса, предназначенная для открытия специального средства просмотра временных и частотных характеристик линейных стационарных систем.

Во втором пункте временные и частотные характеристики уже реализуются в среде визуального моделирования Simulink. И хотя процесс моделирования в среде Simulink занимает больше времени, сама практика составления структурных схем способствует лучшему пониманию теоретических основ САУ и подготавливает пользователя к работе с более сложными моделями.

Далее рассматривается моделирование структуры, поясняющий основополагающий принцип линейных систем - принцип суперпозиции. Принцип суперпозиции позволяет выразить реакцию системы на любое произвольное воздействие через реакцию системы на элементарное типовое воздействие. В работе апериодическое звено является моделью, а дельта-функция - входным типовым воздействием, которое представлено в виде совокупности воздействий. Полученные осциллограммы позволяют увидеть принцип суперпозиции в действии.

Качество динамических процессов в системах автоматического управления можно ценить не только с помощью переходных и частотных характеристик, но и с помощью фазового пространства. Такой метод исследования описывается в третьем пункте основной части дипломной работы. Для этого создается модель системы автоматического регулирования релейного типа. При подаче единичного ступенчатого воздействия на вход системы на экране графопостроителя записывается сигнал представляющий собой фазовую траекторию. В работе анализируется влияние параметров модели на точность, устойчивость и качество переходного процесса.

Заключительный раздел основной части посвящен вопросу имитационного моделирования ЭКГ-сигналов. В качестве наглядного примера представлена модель релейной системы регулирования и идентификации структуры отдельного характерного элемента ЭКС зубца Р в системе MatLab.

В разделе надежности программного обеспечения в целом определяется специфика понятия отказа программы. Изучаются способы оценки надежности, а также рассматриваются методы устранения ошибок и предотвращения сбоев.

В экономической части рассчитывается стоимость разработки программного продукта. Для этого определяется сумма всех затрат, т.е. себестоимость программного изделия (62818 тг.), а также прибыль, которую возможно получить с разработки (18845 тг.). В итоге подсчетов цена программного продукта составила 81663,6 тенге.

Следующий раздел посвящен электробезопасности при работе с компьютером, в котором дается анализ опасных, вредных факторов и возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих при работе на компьютере.

Список литературы

1. В.П. Дьяконов. MATLAB 6.0/6.1/6.5/6.5 + SP1 + Simulink 4/5. Обработка сигналов и изображений. - М., СОЛОН-Пресс, 2004. - 592 с.

2. В.П. Дьяконов. Matlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 576с.

3. Математические основы теории автоматического регулирования. Т 1./ Под ред. Б.К. Чемоданова. - М.: Высшая школа. 1977. - 366 с.

4. Герасимова Ю.В. Моделирование элементов электрокардиосигнала в среде MATLAB// Труды международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. - Алматы, 2003.

5. Дьяконов В.П. Matlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения.- М., СОЛОН-Пресс. 2005. - 800 с.

6. М. Габриэль Хан. Быстрый анализ ЭКГ. Пер. с англ. -М.: «Невский Диалект», 2000. -256 с.

7. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. - Л., Энергия, 1975. 412 с.

8. Р. Дорф, Р. Бишоп Современные системы управления. - М., Лаборатория базовых знаний Юнимедиастайл, 2002.832 с.:ил.

9. Черных И.В. Simulink среда создания инженерных приложений / Под общей ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. - М., Диалог-МИФИ, 2003. 496 с.

10. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем / Учебник для вузов. - М., Машиностроение, 1978. 736 с.

11. Задачник по теории автоматического управления под редакцией А.С. Шаталова. М., Энергия,1971. 496 с.: с ил.

12. Гайдышев И. Анализ и обработка данных. Специальный справочник - СПб., Питер, 2001. 752 с.

13. Дьяконов Д.В. Simulink 4. Специальный справочник. - СПб., Питер, 2002. 528 с.

14. Г. Майерс. Надежность программного обеспечения.- М., Мир, 1980.

15. Р. Лонгботтом. Надежность вычислительных систем. - М., Энергоатомиздат, 1985. 367 с.

16. А.А. Штрик, Л.Г. Осовецкий, И.Г. Мессих. Структурное проектирование надежных программ встроенных ЭВМ. Ленинград, Машиностроение, 1989. 254 с.

17. Жиделева В.В., Катейн Ю.Н. Экономика предприятия. - М., Инфрам, 2001. 64 с.

18. Сиберов Ю. Г. Охрана труда в вычислительных центрах. - Москва: Радио и связь, 1978. 268 с.

19. Охрана труда в радио - электронной промышленности. Под ред. Павлова С. П. - Москва: Радио и связь, 1985. 156 с.

ДОКЛАД

Моделирование можно рассматривать как замещение исследуемого объекта (оригинала) его условным образом, описанием или другим объектом, именуемым моделью и обеспечивающим адекватное с оригиналом поведение в рамках некоторых допущений и приемлемых погрешностей. Моделирование обычно выполняется с целью познания свойств оригинала, путем исследования его модели, а не самого объекта. Разумеется, моделирование оправдано в том случае, когда оно проще создания самого оригинала или когда последний по каким-то причинам лучше вообще не создавать. В качестве очевидного примера можно привести системы управления надводным кораблем или космическим аппаратом.

В данном дипломном проекте рассматриваются два направления моделирования с использованием системы MatLab: моделирование с помощью пакета прикладных программ Control System Toolbox и с помощью системы визуального программирования Simulink.

В состав пакета Control System входит более ста различных функций. В данной работе рассматривается группа функций, обеспечивающая получение информации об отдельных характеристиках моделей различных звеньев САУ с помощью графического интерфейса.

Для вызова графического интерфейса GUI служат две функции - ltiview и rltool [2]. Функция rltool позволяет корректировать динамические свойства замкнутой одномерной системы управления. В данном случае эта функция интереса не представляет. Функция ltiview открывает специальное средство просмотра временных и частотных характеристик линейных стационарных систем - LTI-viewer (рисунок 2.1).

Рассмотрим работу интерфейса GUI на примере звена второго порядка

, (2.4)

где значение постоянных времени T1 = 0,00000042 с, T2 = 0,002 с.

С помощью этого интерфейса можно получить график переходной функции (рис. 2.3)

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Такие же характеристики можно получить с помощью системы Simulink, только в этом случае необходимо разработать структурные схемы и набрать их в матлабовском формате с расширением .mdl.

Например, для получения переходной характеристики необходимо набрать схему на рис. 2.7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Необходимо запустить эту схему в системе MatLab. Далее по очереди запустить все остальные схемы и прокомментировать.

Результаты моделирования системы (рис. 2.7) представлены на рис. 2.8.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Сравнивая рисунок 2.3 и рисунок 2.8, можно прийти к заключению о практически полной идентичности результатов, полученных двумя разными методами.

Моделирования весовой функции осуществляется с помощью той же модели (рисунок 2.7), но входной сигнал в этом случае представляет собой дельта-функцию.

Запустить процесс моделирования.

Запустим процесс моделирования. Сравнив полученные результаты (рисунок 2.9) с уже имеющимися (рисунок 2.5) убедимся, что разница визуально не различима.

Несколько сложнее строится структура для получения частотных характеристик. Один из вариантов модели для получения логарифмических амплитудно-частотных характеристик (ЛАЧХ) представлен на рисунке 2.10. Сложность заключается в том, что в этом случае необходимо моделировать логарифмическую шкалу.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Запустим процесс моделирования.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Модель и результаты моделирования фазочастотной характеристики представлены на рис. 2.12 и 2.13.

Также запустить процесс моделирования.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Представляет интерес моделирования структуры, поясняющий основополагающий принцип линейных систем - принцип суперпозиции. Основа этого принципа заключается в том, реакция системы на любую комбинацию внешних воздействий равна сумме реакций на каждое из этих воздействий, поданных на систему порознь. Принцип суперпозиции позволяет выразить реакцию системы на любое произвольное воздействие через реакцию системы на элементарное типовое воздействие, например, в виде дельта-функции (рисунок 2.14). Для этого достаточно представить данное входное воздействие в виде совокупности выбранных типовых воздействий.

Математическую формализацию этого принципа можно представить выражением теоремы для свертки функций в вещественной области.

(2.7)

Не вдаваясь в тонкости математической интерпретации принципа суперпозиции имеет смысл представить результаты моделирования всего процесса свертки функций при прохождении сигнала в виде полуволны (рис. 2.17, а) через инерционное звено второго порядка. На рис. б представлена реакция звена на сигнал типа в, а на рис. а реакция этого же звена на сумму последовательных импульсов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализируя полученные осциллограммы, можно отметить, что график суммарной реакций на отдельные импульсы (рисунок 2.17, а) представляет собой волнистую кривую, которая при уменьшении периода дискретности ?t (или при увеличении количества отсчетов) должна теоретически стремиться к кривой рис. 2.17, б). В дипломной работе также раскрыты возможности Simulink при моделировании таких процессов как электрокардиологический сигнал. В целом полученные результаты предполагается использовать в дальнейшей учебной и научной работе кафедры РиТ.