Лекция 2.4
Информационные аспекты мехатронных технологических систем.
Известно, что одной из ключевых проблем мехатроники является то, что при анализе и синтезе мехатронных объектов, как систем, необходим учет связей и зависимостей, существующих между энергией, массой и информацией. Информационные аспекты организации и функционирования являются важнейшими для этих систем. Вопросам информатизации машин стали уделять внимание с начала периода автоматизации производства, т. е. удаления рабочего-оператора от непосредственного управления станком или другой технологической машиной. Наибольшее значение было уделено с начала работ по созданию промышленных роботов проблемам обработки и передачи информации. В системологии вопросы теории информации имеют решающее значение.
Чтобы один объект содержал информацию о другом, необходимо, чтобы первый, отражая другой, находился в соответствии с его состоянием. Такое соответствие устанавливается в результате физического взаимодействия между этими объектами и преобразования информации. Преобразование может состоять в изменении вида энергии, который несет информацию (электромагнитная энергия световых лучей, несущих изображение, преобразуется в электрическую энергию при помощи ПЗС-матрицы), в изменении способа кодирования информации (речевой «код» преобразуется в «код» электрических импульсов микрофоном), в сжатии информации сокращением избыточности и в принятии решений (распознавание, планирование движений).
Можно выделить два основных свойства количества информации:
1 – количество информации имеет одинаковый смысл, как для дискретных, так и для непрерывных процессов в системах;
2 – при обработке данных количество информации, содержащееся в них, не может быть увеличено.
Коротко остановимся на ряде информационных свойств систем. Свойство сигналов и систем, обеспечивающее их устойчивость против разрушительного воздействия помех, шумов и отказов элементов называется избыточностью. Это свойство состоит во включение в структуру системы большего числа элементов, чем минимально необходимо при отсутствии помех. При наличии помех избыточность полезна; минимизация числа элементов для получения необходимой информации соответствует критерию эффективности. Важно, например, чтобы информация занимала в запоминающем устройстве процессорной подсистемы мехатронного объекта как можно меньше ячеек.
При создании информационной основы технической системы нужно придавать значение свойствам информации, о которых не говорилось в данном разделе – доброкачественности или степени истинности, ценности, полезности, временном старении и т. д., что приобретает особое значение при разработке системы, особенно интерактивных и с искусственным интеллектом.
К числу важнейших возможностей информационных процессов относится использование их в качестве важнейшего инструмента управления. Принято считать, что процесс управления прежде всего распространяется на информацию как объект преобразования, так как изменение материальных и энергетических входов должны являться функцией преобразования информации.
Для выполнения целенаправленных действий МС высокого уровня с высокоразвитыми информационными подсистемами должны обладать способностью моделировать и прогнозировать ситуацию, принимать решения и пр., для чего они должны иметь следующие свойства:
1 – воспринимать и распознавать внешние воздействия, формируя адекватный образ среды;
2 – обладать априорной информацией о среде (сформированной при создании и накопленной), хранимой в виде образов среды;
3 – обладать информацией о себе самой (самоотображение), о своих свойствах и возможностях, хранимых (и своевременно обновляемых) в виде образов системы, морфологического и функционального.
В результате распознавания, преобразования и сопоставления информационных образов осуществляется функциональная деятельность, воздействие на среду, и, при необходимости, воздействие на себя (самопреобразование).
Полезная информация о среде и информация системы о себе создает возможность распознавать ситуацию, управлять собой и воздействовать на среду для достижения поставленных целей. Мехатронной системе, таким образом, обеспечивается способность к адаптации и целенаправленному поведению.
Основные порталы (построено редакторами)