Некоторые типы информационных систем

Информационных систем в настоящее время достаточно много. Их количество и типы непрерывно растут. Наиболее распространенными являются информационно-платежные системы для оплаты различных услуг населением: мобильной связи, коммунальных услуг и некоторых других.

1.3.1. Информационно-платежный терминал

Информационно-платёжный терминал (ИПТ) – аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий интерактивное информирование и приём платежей от физических лиц в режиме самообслуживания. Для ИПТ характерна высокая степень автономности его работы. Контроль работы можно производить через Интернет.

В режиме приема платежей с помощью экранного меню терминала пользователь выбирает услугу, которую он хотел бы оплатить, указывает необходимые реквизиты (номер телефона, номер лицевого счёта и др.) Следуя инструкциям, выведенным на экране, вводит необходимую сумму в купюроприёмник и нажимает кнопку «Оплатить». Терминал самостоятельно распознает подлинность наличных денег и их номинал. С помощью GPRS-модема или другого средства связи терминал пересылает ввёденные данные о платеже серверу платёжной системы, обеспечивающей обработку платежа. Обработав данные, сервер платёжной системы передаёт их на шлюз сервера организации, в адрес которой предназначается платёж. После этого сумма, введённая в терминал, поступает на счёт пользователя, и терминал распечатывает и выдает пользователю чек.

Терминалы, устанавливаемые в людных местах, включают в свой состав:

· стальной корпус, устойчивый к механическим воздействиям;

· компьютерный блок, представляющий собой обычный компьютер, установленный на специальном шасси, и оснащённый, как правило, процессором 2,6 ГГц, памятью 256 или 512 Mb;

· купюроприемник – устройство, предназначенное для приема наличных денег. Купюроприемник определяет номинал принимаемой купюры и проверяет ее подлинность. Принятые купюры хранятся в стеккере, который снимается при инкассации платежного терминала;

· чековый принтер – устройство, предназначенное для печати и выдачи чека пользователю;

· фискальный регистратор – это контрольно-кассовая машина, способная работать только в составе компьютерно-кассовой системы, получая данные через канал связи;

· GPRS/GSM-модем – устройство, предназначенное для организации обмена информацией между платежным терминалом и сервером платежной системы по технологии беспроводной связи GPRS или GSM. Для работы модема в него устанавливается специальная SIM-карта соответствующего оператора сотовой связи, предоставляющего услуги по передаче данных в месте установки автомата;

· сенсорный монитор – устройство, позволяющее вводить в терминал данные прикосновением к экрану без использования клавиатуры. Обычно в терминалах используют мониторы с антивандальным сенсорным экраном, способным противостоять грубому воздействию и влиянию внешней среды;

· клавиатура – вместо сенсорного монитора может использоваться сочетание из обычного монитора и клавиатуры;

· сторожевой таймер – аппаратное устройство контроля работоспособности программного обеспечения, управления сотовым модемом и системным блоком (автоматическая перезагрузка компьютера и модема при зависании, удаленное управление терминалом).

1.3.2. Информационно-измерительные

и информационно-вычислительные системы

Информационно-измерительные системы (ИИС) широко используются при исследованиях и испытаниях, которые необходимы на этапе разработки, в частности, новых видов техники (автомобилей, самолетов, комбайнов и др.). В процессе исследований и испытаний измеряются необходимые параметры создаваемых изделий. В машиностроении к важнейшим параметрам относятся механические нагрузки на отдельных узлах, а также температура, амплитуда и частота вибраций и т.д. Эти параметры, обычно имеющие аналоговый (непрерывный) вид, влияют на важнейшую характеристику изделия, его ресурс или долговечность. При проведении медицинских исследований человека могут измеряться его температура, давление крови, частота пульса и др.

Структурная схема ИИС приведена на рис. 1.2. С помощью соответствующих датчиков (первичных преобразователей) измеряются важнейшие параметры исследуемого или испытуемого объекта (механические нагрузки, температура и др.). В качестве датчиков часто используют термопары, на выходах которых получают электрические сигналы в виде напряжения, обычно пропорционального изменению температуры. Иногда в качестве датчика используют медный провод, сопротивление которого зависит от температуры. При испытаниях самолетов используются разнообразные типы датчиков, и их число может достигать нескольких тысяч. В этом случае в ИИС необходимо с помощью измерительной аппаратуры все сигналы датчика привести к единому виду и диапазону изменения. Часто исходные измерительные сигналы в ИИС представляются (нормируются) в виде напряжения, изменяющегося в одном из диапазонов: (0¸6) В, (-3¸+3) В, (-5¸+5) В и др. Для конкретных ИИС эти диапазоны оговариваются.

Рис. 1.2. Структурная схема ИИС

Кроме того, в измерительной аппаратуре (рис. 1.2) для удобства последующей обработки сигналов в компьютере осуществляется уплотнение всех измерительных сигналов и представление их в цифровой форме.

Во всякой ИИС для сопряжения измерительной аппаратуры и компьютера необходим интерфейс. Интерфейсов в настоящее время достаточно много (приборный интерфейс, VME, ИРПС, ИРПР и др.). В общем случае под интерфейсом понимается совокупность правил (протоколов) и программного обеспечения процесса обмена информацией между компьютером и измерительной аппаратурой, а также технических средств их сопряжения.

Интерфейс имеет двунаправленную связь с компьютером: он не только направляет сигналы (данные) в компьютер, но и от компьютера получает сигналы для управления работой измерительной аппаратуры, необходимой для синхронизации работы ее отдельных узлов и выполнения определенных команд.

В компьютере ИИС осуществляется обработка измерительной информации. В настоящее время известно достаточно большое число типовых методов обработки, например спектральный анализ процессов на основе быстрого преобразования Фурье, получение статистических характеристик (математическое ожидание, дисперсия, корреляционная функция и др.).

Наряду с ИИС, за рубежом и в нашей стране выпускаются информационно-вычислительные системы (ИВС). В составе ИВС отсутствуют датчики (рис. 1.2). На входы ИВС подаются нормализованные сигналы. Метрологические характеристики ИВС существенно выше ИИС. Это объясняется невысокими метрологическими характеристиками существующих датчиков. Их класс точности обычно составляет ~1 %, а погрешность ИВС может составлять 0,01 % и менее. При использовании ИВС ее приходится доукомплектовывать датчиками и нормирующими преобразователями.

1.3.3. Информационно-управляющие системы

Информационно-управляющие системы (ИУС) широко используются в промышленности и военной сфере. ИУС применяются для управления технологическими процессами в производстве нефтепродуктов, выплавки стали и т.д. ИУС получили широкое применение в современных автомобилях для управления режимом работы двигателя в зависимости от нагрузки, скорости движения и др. факторов. ИУС находят применение при стендовых испытаниях разнообразных изделий в машиностроении, когда в процессе испытаний изменяются воздействующие условия на объект (механические нагрузки, температура и др.).

Рис. 1.3. Структурная схема ИУС

С помощью ИУС обеспечиваются стабилизация поверхности авианосцев, используемой в качестве взлетной и посадочной площадок для самолетов в условиях мощных морских волнений; стабилизация направления ствола пушки танка при неизбежных колебаниях корпуса танка во время движения.

ИУС (рис. 1.3) включает в свой состав ИИС и аппаратуру управления режимом воздействия на объект через исполнительные устройства (ИУ). ИУ могут представлять собой нагревательные и охлаждающие устройства, гидроцилиндры для механических воздействий на объект и т.д. Для конкретности в стендовой установке [3] для испытаний агрегатов гиперзвуковых и воздушно-космических летательных аппаратов, представляющей горизонтально расположенный цилиндр диаметром 14 м и длиной 30 м, в качестве исполнительных устройств (ИУ) используются:

1) мощные нагревательные элементы, обеспечивающие программный нагрев конструкции до температуры 1750К;

2) охлаждающие установки для программного многозонального охлаждения до 100К;

3) силовые гидравлические установки для многоканального программного механического нагружения конструкции;

4) вакуумные установки для программного изменения давления в испытательной установке от 0,01 до 1 атм.;

5) акустическая реверберационная камера с интенсивностью звукового поля до 167 дБ в частотном диапазоне 50-2000 Гц и мощностью до 600 МВт. Акустическая камера, представляющая набор сверхмощных акустических систем, имитирует воздействие звуковой мощности, создаваемой двигателями воздушно-космической системы (ВКС) «Энергия-Буран».

Заметим, что стендовая установка для испытаний ВКС «Энергия-Буран», разработанная в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) имени Н.Е. Жуковского, представляет собой единственное в мире уникальное исследовательское сооружение.

На рис. 1.4 приведена функциональная схема ИУС для стендовых наземных испытаний винто-воздушных систем (ВВС) вертолетов [4]. ВВС является ответственным узлом вертолета, с помощью которого обеспечиваются подъемная сила вертолета и его маневрирование.

При наземных испытаниях имитируются реальные механические нагрузки, действующие на вертолет и его узлы. Наземные испытания, в отличие от летных, требуют существенно меньших затрат на их проведение и исключают аварийные ситуации, нередко приводящие к безвозвратной потере летательного аппарата и гибели экипажа.

Существуют два вида наиболее часто выполняемых в наземных условиях прочностных испытаний:

• статические испытания, во время которых нагрузки на конструкцию летательных аппаратов последовательно увеличиваются вплоть до разрушающих, при этом оценивается фактическая прочность конструкции;

• испытания на сопротивление усталости, при которых оценивается способность конструкции противостоять действующим в процессе эксплуатации летательных аппаратов повторяющимся нагрузкам.

При проведении прочностных испытаний получают большой объем измерительной информации, требующий значительных затрат времени на обработку как в ходе эксперимента, так и после его окончания. Для повышения достоверности результатов математической обработки измерительной информации, оперативности их получения и представления в форме, адаптированной для анализа и принятия решений (таблицы, эпюры, графики), в настоящее время широко используются автоматизированные системы сбора, обработки и представления измерительной информации. Одновременно с процессом обработки результатов измерения они, как правило, решают задачи управления экспериментом в режиме реального времени.

Рассматриваемая ИУС состоит из двух подсистем: подсистемы управления нагружением и подсистемы сбора, обработки и представления измерительной информации.

Центральной частью подсистемы управления нагружением является контроллер MicroPC с процессорным модулем и программируемыми цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). Основная задача подсистемы – многоканальная (N=1,…,n) генерация сигналов синусоидальной формы для имитации повторяющихся нагрузок с раздельным регулированием амплитуд А_n частот f_n и фаз j_n в реальном масштабе времени. При этом число каналов генерации сигналов управления обеспечивается до 12 (n=12). С выходов ЦАПов снимаются аналоговые синусоидальные сигналы, которые через усилители мощности электрические (УМЭ₁-УМЭ_n), усилители электрогидравлические (УЭГ₁-УЭГ_n) и гидроцилиндры (ГЦ ₁-ГЦ _п) обеспечивают силовое нагружение объекта испытаний (ВВС).

Заметим, что с помощью рассматриваемой подсистемы несложно осуществить статическое нагружение, плавно по соответствующей программе наращивая код на входах ЦАПов.

С помощью тензодатчиков (Д₁-Д_n) измеряются механические нагрузки на объекте испытания. Аппаратура 8АНЧ-23 является стандартной тензоизмерительной. С ее выходов аналоговые измерительные сигналы подаются на дополнительные входы усилителей УМЭ₁-УМЭ_n (отрицательная обратная связь для стабилизации режимов нагружения) и на входы многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), встроенного в компьютер IBM PC, где осуществляются сбор, обработка и представление информации.

Внедрение современных компьютерных технологий в процесс проведения наземных прочностных испытаний позволяет поднять уровень испытаний на качественно новую ступень. Можно выделить следующие преимущества применения промышленных вычислительных систем в прочностных испытаниях:

· полная автоматизация опроса и регистрации измеряемых параметров;

· гибкость в выборе режимов нагружения;

· программная и аппаратная совместимость с IBM РС;

· обеспечение высокой надежности работы в экстремальных условиях;

· высокая скорость опроса каналов;

· высокая достоверность и точность обработки результатов измерений (точностные характеристики удалось повысить в 3-5 раз);

· непрерывный контроль режимов испытаний по экрану монитора (экспресс-анализ);

· большой объем регистрируемой информации;

· регистрация измерительной информации в форме, удобной для дальнейшей обработки по сложным алгоритмам;

· архивирование результатов испытаний.

1.3.4. Типовые методы обработки информации в ИС

В информационных системах, как уже отмечалось, широко используются различные виды обработки информации. Типовые методы обработки информации в ИС приведены на рис. 1.5. Первичная обработка обычно производится в начальной стадии. За счет первичной обработки, в частности фильтрации, обеспечивается ослабление разнообразных помех и искажений, что повышает качество последующей, в том числе и вторичной, обработки информации. При первичной обработке может быть достигнуто и сокращение информационной избыточности процессов. К примеру, для вычисления математического ожидания стационарного процесса было использовано 1000 значений процесса, а после вычисления математического ожидания останется лишь одно численное значение. При этом исходные 1000 значений окажутся ненужными (избыточными), что приводит к уменьшению необходимой емкости памяти для их хранения.

Вторичная обработка, как правило, производится с запомненными данными.

Часть методов обработки будет рассмотрена в данном пособии, а также в последующих специализированных дисциплинах.

Рис. 1.5. Типовые методы обработки информации