Протоколы связи в АСУ ТП. Краткая характеристика интерфейсов асу тп Структура байта КФ

Обмен информацией между устройствами, входящими в состав автоматизированной системы (компьютерами, контроллерами, датчиками, исполнительными устройствами), происходит в общем случае через промышленную сеть (Fieldbus , "полевую шину") [Cucej ].

• LAN (Local Area Network) - сети, расположенные на ограниченной территории (в цехе, офисе, в пределах завода);
• MAN (Metropolitan Area Networks) - сети городов;
• WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть, охватывающая несколько городов или континентов. Обычно для этого используют Internet -технологию.

В настоящее время насчитывается более 50 типов промышленных сетей (Modbus, Profibus, DeviceNet, CANopen , LonWorks , ControlNet , SDS , Seriplex , ArcNet , BACnet , FDDI , FIP , FF , ASI , Ethernet , WorldFIP , Foundation Fieldbus , Interbus , BitBus и др.). Однако широко распространенными является только часть из них. В России подавляющее большинство АСУ ТП используют сети Modbus и Profibus . В последние годы возрос интерес к сетям на основе CANopen и DeviceNet. Распространенность в России той или иной промышленной сети связана, в первую очередь, с предпочтениями и активностью Российских фирм, продающих импортное оборудование.

2.1. Общие сведения о промышленных сетях

Промышленной сетью называют комплекс оборудования и программного обеспечения, которые обеспечивают обмен информацией (коммуникацию) между несколькими устройствами. Промышленная сеть является основой для построения распределенных систем сбора данных и управления.

Поскольку в промышленной автоматизации сетевые интерфейсы могут быть неотъемлемой частью соединяемых устройств, а сетевое программное обеспечение прикладного уровня модели OSI исполняется на основном процессоре промышленного контроллера, то отделить сетевую часть от устройств, объединяемых в сеть, иногда физически невозможно. С другой стороны, смену одной сети на другую часто можно выполнить с помощью замены сетевого ПО и сетевого адаптера или введением преобразователя интерфейса, поэтому часто один и тот же тип ПЛК может использоваться в сетях различных типов.

Соединение промышленной сети с ее компонентами (устройствами, узлами сети) выполняется с помощью интерфейсов . Сетевым интерфейсом называют логическую и (или) физическую границу между устройством и средой передачи информации. Обычно этой границей является набор электронных компонентов и связанного с ними программного обеспечения. При существенных модификациях внутренней структуры устройства или программного обеспечения интерфейс остается без изменений, что является одним из признаков, позволяющих выделить интерфейс в составе оборудования.

Наиболее важными параметрами интерфейса являются пропускная способность и максимальная длина подключаемого кабеля. Промышленные интерфейсы обычно обеспечивают гальваническую развязку между соединяемыми устройствами. Наиболее распространены в промышленной автоматизации последовательные интерфейсы RS-485, RS-232, RS-422, Ethernet, CAN, HART, AS-интерфейс.

Для обмена информацией взаимодействующие устройства должны иметь одинаковый протокол обмена . В простейшей форме протокол - это набор правил, которые управляют обменом информацией. Он определяет синтаксис и семантику сообщений, операции управления, синхронизацию и состояния при коммуникации. Протокол может быть реализован аппаратно, программно или программно-аппаратно. Название сети обычно совпадает с названием протокола, что объясняется его определяющей ролью при создания сети. В России используются сетевые протоколы, описанные в серии стандартов [ГОСТ - ГОСТ ].

Обычно сеть использует несколько протоколов, образующих стек протоколов - набор связанных коммуникационных протоколов, которые функционируют совместно и используют некоторые или все семь уровней модели OSI [Руководство ]. Для большинства сетей стек протоколов реализован с помощью специализированных сетевых микросхем или встроен в универсальный микропроцессор.

Взаимодействие устройств в промышленных сетях выполняется в соответствии с моделями клиент-сервер или издатель-подписчик (производитель-потребитель) [Thomesse ]. В модели клиент-сервер взаимодействуют два объекта. Сервером является объект, который предоставляет сервис, т. е. который выполняет некоторые действия по запросу клиента. Сеть может содержать несколько серверов и несколько клиентов. Каждый клиент может посылать запросы нескольким серверам, а каждый сервер может отвечать на запросы нескольких клиентов. Эта модель удобна для передачи данных, которые появляются периодически или в заранее известное время, как, например, значения температуры в периодическом технологическом процессе. Однако эта модель неудобна для передачи случайно возникающий событий, например, события, состоящего в случайном срабатывании датчика уровня, поскольку для получения этого события клиент должен периодически, с высокой частотой, запрашивать состояние датчика и анализировать его, перегружая сеть бесполезным трафиком.

Delphi создает приложения Windows

MS-Windows предоставляет пользователям оболочку графического интерфейса (GUI), которая обеспечивает стандартную среду пользователя и программиста. (GUI) предлагает более сложное и дружелюбное окружение пользователя, чем командно-управляемый интерфейс DOS. Работа в Windows основана на интуитивно понятных принципах. Вам легко переключиться с задачи на задачу и осуществлять обмен информацией между ними. Однако разработчики приложений традиционно сталкиваются с трудностями программирования, поскольку организация среды Windows является чрезвычайно сложной.

Delphi - язык и среда программирования, относящаяся к классу RAD- (Rapid Application Development «Средство быстрой разработки приложений») средств CASE - технологии. Delphi сделала разработку мощных приложений Windows быстрым процессом, доставляющим вам удовольствие. Приложения Windows, для создания которых требовалось большое количество человеческих усилий например в С++, теперь могут быть написаны одним человеком, использующим Delphi.

Интерфейс Windows обеспечивает полное перенесение CASE-технологий в интегрированную систему поддержки работ по созданию прикладной системы на всех фазах жизненного цикла работы и проектирования системы.

Delphi обладает широким набором возможностей, начиная от проектировщика форм и кончая поддержкой всех форматов популярных баз данных. Среда устраняет необходимость программировать такие компоненты Windows общего назначения, как метки, пиктограммы и даже диалоговые панели. Работая в, вы неоднократно видели одинаковые «объекты» во многих разнообразных приложениях. Диалоговые панели (например Choose File и Save File) являются примерами многократно используемых компонентов, встроенных непосредственно в Delphi, который позволяет приспособить эти компоненты к имеющийся задаче, чтобы они работали именно так, как требуется создаваемому приложению. Также здесь имеются предварительно определенные визуальные и невизуальные объекты, включая кнопки, объекты с данными, меню и уже построенные диалоговые панели. С помощью этих объектов можно, например, обеспечить ввод данных просто несколькими нажатиями кнопок мыши, не прибегая к программированию. Это наглядная реализация применений CASE-технологий в современном программировании приложений. Та часть, которая непосредственно связана с программированием интерфейса пользователя системой получила название визуальное программирование

Выгоды от проектирования АРМ в среде Windows с помощью Delphi:

Устраняется необходимость в повторном вводе данных;

Обеспечивается согласованность проекта и его реализации;

Увеличивается производительность разработки и переносимость программ.

Визуальное программирование как бы добавляет новое измерение при создании создании приложений, давая возможность изображать эти объекты на экране монитора до выполнения самой программы. Без визуального программирования процесс отображения требует написания фрагмента кода, создающего и настрающего объект «по месту». Увидеть закодированные объекты было возможно только в ходе исполнения программы. При таком подходе достижение того, чтобы объекты выглядели и вели себя заданным образом, становится утомительным процессом, который требует неоднократных исправлений программного кода с последующей прогонкой программы и наблюдения за тем, что в итоге получилось.

Благодаря средствам визуальной разработки можно работать с объектами, держа их перед глазами и получая результаты практически сразу. Способность видеть объекты такими, какими они появляются в ходе исполнения программы, снимает необходимость проведения множества операций вручную, что характерно для работы в среде не обладающей визуальными средствами - вне зависимости от того, является она объектно-ориентированной или нет. После того, как объект помещен в форму среды визуального программирования, все его атрибуты сразу отображаются в виде кода, который соответствует объекту как единице, исполняемой в ходе работы программы.

Размещение объектов в Delphi связано с более тесными отношениями между объектами и реальным программным кодом. Объекты помещаются в вашу форму, при этом код, отвечающий объектам, автоматически записывается в исходный файл. Этот код компилируется, обеспечивая существенно более высокую производительность, чем визуальная среда, которая интерпретирует информацию лишь в ходе исполнения программы.

Интерфейс пользователя системой

ВВЕДЕНИЕ

Современные методы проектирования деятельности пользователей АСУ сложились в рамках системотехнической концепции проектирования, в силу чего учет человеческого фактора ограничился решением проблем согласования «входов» и «выходов» человека и машины. Вместе с тем при анализе неудовлетворенности пользователей АСУ удается выявить, что она часто объясняется отсутствием единого, комплексного подхода к проектированию систем взаимодействия.

Использование системного подхода позволяет принять во внимание множество факторов самого различного характера, выделить из них те, которые оказывают самое большое влияние с точки зрения имеющихся общесистемных целей и критериев, и найти пути и методы эффективного воздействия на них. Системный подход основан на применении ряда основных понятий и положений, среди которых можно выделить понятия системы, подчиненности целей и критериев подсистем общесистемным целям и критериям и т.д. Системный подход позволяет рассматривать анализ и синтез различных по своей природе и сложности объектов с единой точки зрения, выявляя при этом важнейшие характерные черты функционирования системы и учитывая наиболее существенные для всей системы факторы. Значение системного подхода особенно велико при проектировании и эксплуатации таких систем, как автоматизированные системы управления (АСУ), которые по существу являются человеко-машинными системами, где человек выполняет роль субъекта управления .

Системный подход при проектировании представляет собой комплексное, взаимосвязанное, пропорциональное рассмотрение всех факторов, путей и методов решения сложной многофакторной и многовариантной задачи проектирования интерфейса взаимодействия. В отличие от классического инженерно-технического проектирования при использовании системного подхода учитываются все факторы проектируемой системы - функциональные, психологические, социальные и даже эстетические.

Автоматизация управления неизбежно влечет за собой осуществление системного подхода, так как она предполагает наличие саморегулирующейся системы, обладающей входами, выходами и механизмом управлением. Уже само понятие системы взаимодействия указывает на необходимость рассмотрения окружающей среды, в которой она должна функционировать. Таким образом, система взаимодействия должна рассматриваться как часть более обширной системы - АСУ реального времени, тогда как последняя - системы управляемой среды.

В настоящее время можно считать доказанным, что главная задача проектирования интерфейса пользователя заключается не в том, чтобы рационально «вписать» человека в контур управления, а в том, чтобы, исходя из задач управления объектом, разработать систему взаимодействия двух равноправных партнеров (человек-оператор и аппаратно-программный комплекс АСУ), рационально управляющих объектом управления.

ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ

Итак, очевидно, что человек-оператор является замыкающим звеном системы управления, т.е. субъектом управления, а АПК (аппаратно-программный комплекс) АСУ является инструментальным средством реализации его управленческой (оперативной) деятельности, т.е. объектом управления . По определению В.Ф.Венды, АСУ представляет собой гибридный интеллект, в котором оперативный (управленческий) состав и АПК АСУ являются равноправными партнерами при решении сложных задач управления.

Рациональная организация труда операторов АРМ является одним из важнейших факторов, определяющих эффективное функционирование системы в целом. В подавляющем большинстве случаев управленческий труд - опосредованная деятельность человека, поскольку в условиях АСУ он ведет управление, «не видя» реального объекта. Между реальным объектом управления и человеком-оператором находится информационная модель объекта (средства отображения информации). Поэтому возникает проблема проектирования не только средств отображения информации, но и средств взаимодействия человека-оператора с техническими средствами АСУ, т.е. проблема проектирования системы, которую нам следует назвать интерфейс пользователя.

Интерфейс взаимодействия человека с техническими средствами АСУ может быть структурно изображен (см. на рис.1.). Он состоит из АПК и протоколов взаимодействия. Аппаратно-программный комплекс обеспечивает выполнение функций:

преобразование данных, циркулирующих в АПК АСУ, в информационные модели, отображаемые на мониторах (СОИ - средства отображения информации);

регенерация информационных моделей (ИМ);

обеспечение диалогового взаимодействия человека с ТС АСУ;

преобразование воздействий, поступающих от ЧО (человека-оператора), в данные, используемые системой управления;

физическая реализация протоколов взаимодействия (согласование форматов данных, контроль ошибок и т.п.).

Назначение протоколов состоит в том, чтобы обеспечить механизм достоверной и надежной доставки сообщений между человеком-оператором и СОИ, а следовательно, между ЧО и системой управления. Протокол - это правило, определяющее взаимодействие, набор процедур обмена информацией между параллельно выполняемыми процессами в реальном масштабе времени. Эти процессы (функционирование АПК АСУ и оперативная деятельность субъекта управления) характеризуются, во-первых, отсутствием фиксированных временных соотношений между наступлением событий и, во-вторых, отсутствием взаимозависимости между событиями и действиями при их наступлении.

Функции протокола связаны с обменом сообщениями между этими процессами. Формат, содержание этих сообщений образуют логические характеристики протокола. Правила же выполнения процедур определяют те действия, которые выполняют процессы, совместно участвующие в реализации протокола. Набор этих правил является процедурной характеристикой протокола. Используя эти понятия, мы можем теперь формально определить протокол как совокупность логических и процедурных характеристик механизма связи между процессами. Логическое определение составляет синтаксис, а процедурное - семантику протокола.

Генерирование изображения с помощью АПК позволяет получать не только двумерные спроецированные на плоскость изображения, но и реализовать картинную трехмерную графику с использованием плоскостей и поверхностей второго порядка с передачей текстуры поверхности изображения.

В зависимости от вида воспроизводимого изображения следует выделить требования по алфавиту ИМ, по способу формирования символов и по разновидности использования элементов изображения. Используемый алфавит характеризует тип модели, её изобразительные возможности. Он определяется классом решаемых задач, задается числом и типом знаков, количеством градаций яркости, ориентацией символов, частотой мерцания изображения и др.

Алфавит должен обеспечивать построение любых информационных моделей в пределах отображаемого класса. Необходимо также стремиться к уменьшению избыточности алфавита.

Способы формирования знака классифицируются в соответствии с используемыми элементами изображения и делятся на моделирующие, синтезирующие и генерирующие. Для знака, который формируется на экране ЭЛТ, предподчительным является матричный формат.

Наблюдение за монитором позволяет пользователю построить изображение режима системы, которое формируется на основе обученности, тренировки и опыта (концептуальная модель), следовательно, возможно сравнение этого изображения с изображением теоретическим в соответствии с ситуацией. Требование адекватности , изоморфизма , сходства пространственно-временной структуры отображаемых объектов управления и окружающей среды определяет эффективность модели.Реферат >> Информатика

Поддержка сервисных функций, обеспечение дружественного интерфейса пользователя . 2.4. Решение по функциональному разбиению... среды разработки Inprise Delphi Client/Server Suite v. 4. 3.4.1. Входная и выходная информация Отличительными признаками данной АС ...

Руководство пользователя

1. Введение
1.1. Область применения………………………………………………………………. 3
1.2. Краткое описание возможностей………………………………………………..... 3
1.3. Уровень подготовки пользователя………………………………………………... 3

2. Назначение и условия применения АСУ ТП «ВП»……………………………………. 4

3. Решение системы АСУ ТП «ВП» ………………………………………………………. 5

4. Запуск системы…………………………………………………………………..……… 6

1. Введение.

1.1. Область применения

Требования настоящего документа применяются при:

· предварительных комплексных испытаниях;

· опытной эксплуатации;

· приемочных испытаниях;

· промышленной эксплуатации.

1.2. Краткое описание возможностей

Программный продукт «Весовой поток» предназначен для проведения аналитической работы, автоматизирования и оптимизирования процессов документооборота и межведомственной логистики различных отделов предприятия. Система также обеспечивает возможность оперативного контроля и корректировки работы технических процессов на предприятиях, связанных с использованием весового оборудования на элеваторах, нефе - и газохранилищах, железнодорожных товарных станциях и прочих промышленных объектах.

Программное обеспечение и аппаратно - программный комплекс АСУ ТП «Весовой Поток» имеют модульную структуру.

При работе с отчетностью зачастую используются: программное обеспечение «OLE 1C» с функцией online-синхронизации (позволяет инициацию взвешивания из системы бухучета) и программное обеспечение "SAP RFC" с функцией online-синхронизации (формирует взвешивания в систему бухучета), которые предоставляет следующее:

· проверка возможности проезда ТС на территорию предприятия;

· создания документа в «1С» на факт взвешивания ТС на предприятии;

· возвращение данных об остатке денежных средств на счете контрагента в системе «1С».;

· поиск документа по номеру транспортного средства и возвращение номера документа. Если документов несколько, то порядок вывода определяется разработчиком, функция всегда возвращает один документ;

возвращение информации о документе; возвращение элемента справочника; внесение в документ веса товара; выдача списка документов на дату.

1.3. Уровень подготовки пользователя

Пользователь должен иметь опыт работы с ОС MS Windows (95/98/NT/2000/XP, XP-7), навык работы с MS Office, а также обладать следующими знаниями:

· знать соответствующую предметную область;

· знать принцип действия автомобильных весов;

· уметь навыки подключения периферийных устройств.

2. Назначение и условия применения АСУ ТП «ВП».

Диспетчеризация производства, транспорта, автодорог, успешно применимая во многих областях деятельности, начиная от коммерческих дорог и переправ, автоматических паркингов, заканчивая автоматизацией работы газодобывающей отрасли.

Программно-аппаратный комплекс АСУ ТП «Весовой Поток» предназначен для автоматизации промышленных весовых систем (авто весов, вагонных весов и т. д) и документооборота, конфигурации с учетом отраслевой принадлежности предприятия и особенностей учета.

Все системы обладают возможностью легкой интеграции в другие системы, например, бухгалтерские системы учеты (1С, «Турбобухгалтер» , SAP, ВААNи т. д.) Системы также оснащены опцией дистанционного/удаленного контроля. Все наши проекты включают в себя самые прогрессивные и уникальные программно-аппаратные решения с использование RFID-технологий (радиочастотная идентификация), активные и пассивные.

АСУ ТП «Весовой Поток» включает в себя установку систем безопасности и видеонаблюдения, СКУД на промышленных объектах различного назначения и любого уровня сложности, с интеграцией их в технологические процессы предприятия и документооборот, а так же использование современных RFID-технологий, (активные/пассивные).

3. Решение системы АСУ ТП «ВП»

Типовые варианты комплектации систем АСУ ТП «Весовой поток»

Варианты идентификации событий. «Событие» - важная составляющая часть, позволяющая организовать работу системы без человека, что исключает «риски», связанные с деятельностью не добропорядочных сотрудников.

1. Интеллектуальная видео аналитика - система распознавания транспортных средств, номеров ТС/вагоны/контейнеры;
2. RFID - радиочастотная идентификация (активная или пассивная);
3. Различные датчики - индукционные, тепловые датчики;
4. Ввод данных о событие человеком

Исполнительные устройства: - любые цифровые устройства, в конструкции которых заложены порты подключения (COM USB, RS 232/ 485, сеть IP и пр.);
- любые аналоговые устройства с функциями включения/выключения (светофоры / двигатели/лампочки/шлагбаумы/заслонки и пр.);
- цифровые датчики / анализаторы электронные и с сухими контактами.

Программные компоненты АСУ ТП «ВП»
У нас существует несколько модулей АСУ ТП ВП - кратко их функционал описан в спецификации, более детально в руководстве. Ниже приведены основные программные компоненты Системы АСУ ТП «Весовой поток». Каждый модуль несет определенные основные функции:

1. Сервер - ПО АСУ ТП "Весовой поток"
Центральный север весов (WEB, SQL, УРБД)

2. Весовая программ - АСУ ТП "Весовой Поток" Модуль авто весовая/жд весовая
3. Использование различных устройств - АСУ ТП "Весовой Поток" Модуль контролер +
в системе

4. Корректировки, видимые/невидимые - АСУ ТП «ВП» Модуль Лаборатория

5. Дополнительное рабочее место - АСУ ТП «ВП» Модуль дополнительное рабочее место
(возможность подключения удаленно либо по сети к АРМ ПВК)

4. Запуск системы

https://pandia.ru/text/80/223/images/image002_125.jpg" width="672 height=361" height="361">

Рис. 2. Интерфейс АСУ ТП «Весовой поток»

Интерфейс состоит из следующих элементов:

1.Меню навигации. Служит для настройки и управления системой.

2.Кнопки переключения между весами. Служат для переключения отображения состояния разных весов и индикации активных в данный момент весов, в случае если к системе подключено более одних весов.

3.Меню оператора. Служит для управления взвешиванием, документами и системой контроля доступа. Переключает внешний вид и функции панели оператора.

4.Панель оператора. Служит для управления взвешиванием, документами и системой контроля доступа. Внешний вид и функции зависят от выбранной в данный момент закладки в меню оператора (поз 3). При запуске системы отображается панель управления весами (как на рис. 2).

5.Календарь. Служит для выбора результатов взвешивания, отображаемых на панели протокола взвешиваний (поз. 7) по дате и отображения текущей даты.

6.Кнопка «Записать документ». Служит для создания нового документа.

7.Панель протокола взвешиваний. Служит для отображения результатов взвешивания за определенную дату, выбранную в календаре (поз. 5).

8.Панель видео. Отображает видео, транслируемое с камер видеонаблюдения.

Меню навигации (рис.3) располагается в верхнем левом углу монитора и состоит из следующих разделов: «Файл», «Конфигурация», «Модули», «Окна», «О программе».

https://pandia.ru/text/80/223/images/image004_81.jpg" align="left" width="120" height="76">

Рис. 4. Меню «Файл».

Меню «Конфигурация» (рис. 5)

Предоставляет доступ к служебным параметрам системы

«Дизайнер печатных форм» - служит для регистрации макетов документов

«Настройки системы» - служит для конфигурирования системы в соответствии с необходимыми параметрами

https://pandia.ru/text/80/223/images/image006_48.jpg" align="left" width="171" height="92 src=">

Рис. 6. Меню «Модули».

Меню «Окна» (рис. 7)

Отображает список открытых окон и позволяет переключаться между ними

https://pandia.ru/text/80/223/images/image008_40.jpg" width="675 height=356" height="356">

Программное обеспечение АСУ МС представляет собой клиент-серверное решение, построенное на платформе MS SQL Server версий 2005 и выше и обеспечивающее разделение прав доступа к данным метрологической службы предприятий. Предусмотрены версии комплекса АСУ МС как для работы с единой, так и с распределенной базой данных (объем базы данных - до 150 000 СИ). Функциональность АСУ МС обеспечивает учет, планирование, контроль выполнения обслуживания, анализ состояния приборного парка. Специальная задача «Приемка-Выдача СИ» для поверочной лаборатории позволяет минимизировать трудозатраты на ввод данных и оформление документов по результатам обслуживания. Права пользователя для работы в различных разделах данных настраиваются администратором АСУ МС в зависимости от специфики организации метрологической службы.

Интерфейс АСУ МС позволяет получать, в зависимости от поставленной задачи, любые информационные сечения данных и формировать отчеты по ним. Универсальный фильтр дополнен упрощенной функцией выборки. Предусмотрены следующие степени свободы в настройке экранной формы: определение пользователем необходимого набора вкладок, столбцов, а также порядок их следования и ширину, сортировка данных по любому сочетанию столбцов и любая выборка данных в таблице. События МК, ремонтов, отказов, ТО отображаются на экране в табличных формах, с возможностью анализа накопленной статистики.

Электронный паспорт СИ помимо основной учетной информации и регламентов обслуживания, содержит:

• Историю событий в эксплуатации.
• Перечень комплектующих устройств (в случае, если это паспорт на комплект или канал).
• Ссылки на паспорта каналов или комплексов (если устройство входит в состав канала).
• Набор измеряемых параметров.
• Количества драгметаллов.
• Дополнительные характеристики си.

Администратор АСУ МС определяет учетную политику и настраивает образ паспорта, скрывая ненужные поля и вкладки.

Графики метрологического контроля и ремонтов могут формироваться с использованием поверочных (ремонтных) циклов. Формируется график ТО. На основе графиков и тарифов, хранящихся в базе данных, рассчитываются плановые затраты на обслуживание. Трудозатраты на выполнение обслуживания рассчитываются исходя из графиков и норм времени, хранящихся в базе данных.

Отчеты в АСУ МС формируются с использованием генератора FastReport; настраиваются набор и ширина столбцов, шрифт, цвет и т. д.; отчеты сохраняются в форматах rtf, xls, html. Библиотека отчетов, входящая в комплект поставки АСУ МС, может быть дополнена по запросам пользователей.

Современные методы проектирования деятельности пользователей АСУ сложились в рамках системотехнической концепции проектирования, в силу чего учет человеческого фактора ограничился решением проблем согласования «входов» и «выходов» человека и машины. Вместе с тем при анализе неудовлетворенности пользователей АСУ удается выявить, что она часто объясняется отсутствием единого, комплексного подхода к проектированию систем взаимодействия, представляемого как комплексное, взаимосвязанное, пропорциональное рассмотрение всех факторов, путей и методов решения сложной многофакторной и многовариантной задачи проектирования интерфейса взаимодействия. Имеются в виду функциональные, психологические, социальные и даже эстетические факторы.

В настоящее время можно считать доказанным, что главная задача проектирования интерфейса пользователя заключается не в том, чтобы рационально «вписать» человека в контур управления, а в том, чтобы, исходя из задач управления объектом, разработать систему взаимодействия двух равноправных партнеров (человек-оператор и аппаратно-программный комплекс АСУ), рационально управляющих объектом управления. Человек-оператор является замыкающим звеном системы управления, т.е. субъектом управления. АПК (аппаратно-программный комплекс) АСУ является инструментальным средством реализации его (оператора) управленческой (оперативной) деятельности, т.е. объектом управления . По определению В.Ф.Венды, АСУ представляет собой гибридный интеллект, в котором оперативный (управленческий) состав и АПК АСУ являются равноправными партнерами при решении сложных задач управления. Интерфейс взаимодействия человека с техническими средствами АСУ может быть структурно изображен (см. на рис.1.).

Рис. 1. Информационно-логическая схема интерфейса взаимодействия

Рациональная организация труда операторов АСУ является одним из важнейших факторов, определяющих эффективное функционирование системы в целом. В подавляющем большинстве случаев управленческий труд - опосредованная деятельность человека, поскольку в условиях АСУ он ведет управление, «не видя» реального объекта. Между реальным объектом управления и человеком-оператором находится информационная модель объекта (средства отображения информации). Поэтому возникает проблема проектирования не только средств отображения информации, но и средств взаимодействия человека-оператора с техническими средствами АСУ, т.е. проблема проектирования системы, которую нам следует назвать интерфейс пользователя.

Он состоит из АПК и протоколов взаимодействия. Аппаратно-программный комплекс обеспечивает выполнение функций:

преобразование данных, циркулирующих в АПК АСУ, в информационные модели, отображаемые на мониторах (СОИ - средства отображения информации);

регенерация информационных моделей (ИМ);

обеспечение диалогового взаимодействия человека с ТС АСУ;

преобразование воздействий, поступающих от ЧО (человека-оператора), в данные, используемые системой управления;

физическая реализация протоколов взаимодействия (согласование форматов данных, контроль ошибок и т.п.).

Назначение протоколов состоит в том, чтобы обеспечить механизм достоверной и надежной доставки сообщений между человеком-оператором и СОИ, а следовательно, между ЧО и системой управления. Протокол - это правило, определяющее взаимодействие, набор процедур обмена информацией между параллельно выполняемыми процессами в реальном масштабе времени. Эти процессы (функционирование АПК АСУ и оперативная деятельность субъекта управления) характеризуются, во-первых, отсутствием фиксированных временных соотношений между наступлением событий и, во-вторых, отсутствием взаимозависимости между событиями и действиями при их наступлении.

Функции протокола связаны с обменом сообщениями между этими процессами. Формат, содержание этих сообщений образуют логические характеристики протокола. Правила же выполнения процедур определяют те действия, которые выполняют процессы, совместно участвующие в реализации протокола. Набор этих правил является процедурной характеристикой протокола. Используя эти понятия, мы можем теперь формально определить протокол как совокупность логических и процедурных характеристик механизма связи между процессами. Логическое определение составляет синтаксис, а процедурное - семантику протокола.

Генерирование изображения с помощью АПК позволяет получать не только двумерные спроецированные на плоскость изображения, но и реализовать картинную трехмерную графику с использованием плоскостей и поверхностей второго порядка с передачей текстуры поверхности изображения.

При создании сложных АСУ велико значение разработки программного обеспечения, т.к. именно программные средства создают интеллект компьютера, решающий сложные научные задачи, управляющий сложнейшими технологическими процессами. В настоящее время при создании подобных систем значительно возрастает роль человеческого фактора а, следовательно, эргономического обеспечения системы. Основной задачей эргономического обеспечения является оптимизация взаимодействия между человеком и машиной не только в период эксплуатации, но и при изготовлении, и при утилизации технических компонентов. Таким образом, при систематизации подхода проектирования интерфейса пользователя, можно привести некоторые основные функциональные задачи и принципы построения, которые должна решать система.

Принцип минимального рабочего усилия разработчика ПО и пользователя, имеющий два аспекта:

минимизация затрат ресурсов со стороны разработчика ПО, что достигается путем создания определенной методики и технологии создания, свойственной обычным производственным процессам;

минимизация затрат ресурсов со стороны пользователя, т.е. ЧО должен выполнять только ту работу, которая необходима и не может быть выполнена системой, не должно быть повторений уже сделанной работы и т.д.

Задача максимального взаимопонимания пользователя и АПК в лице разработчика ПО. Т.е. ЧО не должен заниматься, например, поиском информации, или выдаваемая на видеоконтрольное устройство информация не должна требовать перекодировки или дополнительной интерпретации пользователем.

Пользователь должен запоминать как можно меньшее количество информации , так как это снижает свойство ЧО принимать оперативные решения.

Принцип максимальной концентрации пользователя на решаемой задаче и локализация сообщений об ошибках.

Принцип учета профессиональных навыков человека-оператора. Это значит, что при разработке системы на основе некоторых задаваемых в техническом задании исходных данных о возможном контингенте кандидатов проектируется «человеческий компонент» с учетом требований и особенностей всей системы и её подсистем. Формирование же концептуальной модели взаимодействия человека и технических средств АСУ означает осознание и овладение алгоритмами функционирования подсистемы «человек - техническое средство» и овладение профессиональными навыками взаимодействия с ЭВМ.

Ключ для создания эффективного интерфейса заключается в быстром , насколько это возможно, представлении оператором простой концептуальной модели интерфейса . Общий Пользовательский доступ осуществляет это через согласованность. Концепция согласованности состоит в том, что при работе с компьютером у пользователя формируется система ожидания одинаковых реакций на одинаковые действия, что постоянно подкрепляет пользовательскую модель интерфейса. Согласованность, обеспечивая диалог между компьютером и человеком-оператором, может снизить количество времени, требуемого пользователем как для того, чтобы изучить интерфейс, так и для того чтобы использовать его для выполнения работы.

Согласованность является свойством интерфейса по усилению пользовательских представлений. Другой составляющей интерфейса является свойство его конкретности и наглядности. Это осуществляется применением плана панели, использованием цветов и другой выразительной техники. Идеи и концепции затем обретают физическое выражение на экране, с которым непосредственно общается пользователь.

На практике высокоуровневое проектирование пользовательского интерфейса предваряет первоначальное проектирование, которое позволяет выявить требуемую функциональность создаваемого приложения, а также особенности его потенциальных пользователей. Указанные сведения можно получить, анализируя техническое задание на автоматизируемую систему управления (АСУ) и руководство по эксплуатации (РЭ) на объект управления, а также информацию, поступающую от пользователей. С этой целью производят опрос потенциальных операторов и операторов, работающих на неавтоматизированном объекте управления.

После определения целей и задач, стоящих перед ними, переходят к следующему этапу проектирования. Этот этап связан с составлением пользовательских сценариев. Сценарий - это описание действий, выполняемых пользователем в рамках решения конкретной задачи на пути достижения его цели. Очевидно, что достигнуть некоторой цели можно, решая ряд задач. Каждую их них пользователь может решать несколькими способами, следовательно, должно быть сформировано несколько сценариев. Чем больше их будет, тем ниже вероятность того, что некоторые ключевые объекты и операции будут упущены.

В то же время, у разработчика имеется информация, необходимая для формализации функциональности приложения. А после формирования сценариев становится известным перечень отдельных функций. В приложении функция представлена функциональным блоком с соответствующей экранной формой (формами). Возможно, что несколько функций объединяются в один функциональный блок. Таким образом, на этом этапе устанавливается необходимое число экранных форм. Важно определить навигационные взаимосвязи функциональных блоков. На практике установлено наиболее подходящим число связей для одного блока равное трем. Иногда, когда последовательность выполнения функций жестко определена, между соответствующими функциональными блоками можно установить процессуальную связь. В этом случае их экранные формы вызываются последовательно одна из другой. Такие случаи имеют место не всегда, поэтому навигационные связи формируются либо, исходя из логики обработки данных, с которыми работает приложение, либо основываясь на представлениях пользователей (карточная сортировка). Навигационные связи между отдельными функциональными блоками отображаются на схеме навигационной системы. Возможности навигации в приложении передаются через различные навигационные элементы.

Основным навигационным элементом приложения является главное меню. Роль главного меню велика еще и потому, что оно осуществляет диалоговое взаимодействие в системе «пользователь-приложение». Кроме того, меню косвенно выполняет функцию обучения пользователя работе с приложением.

Формирование меню начинается с анализа функций приложения. Для этого в рамках каждой из них выделяют отдельные элементы: операции, выполняемые пользователями, и объекты, над которыми осуществляются эти операции. Следовательно, известно какие функциональные блоки должны позволять пользователю осуществлять, какие операции, над какими объектами. Выделение операций и объектов удобно проводить на основе пользовательских сценариев и функционала приложения. Выделенные элементы группируются в общие разделы главного меню. Группировка отдельных элементов происходит в соответствии с представлениями об их логической связи. Таким образом, главное меню может иметь каскадные меню , выпадающие при выборе какого либо раздела. Каскадное меню ставит в соответствие первичному разделу список подразделов.

Одним из требований к меню является их стандартизация, целью которой выступает формирование устойчивой пользовательской модели работы с приложением. Существуют требования, выдвигаемые с позиций стандартизации, которые касаются места размещения заголовков разделов, содержания разделов часто используемых в разных приложениях, формы заголовков, организации каскадных меню и др. Наиболее общие рекомендации стандартизации следующие:

группы функционально связанных разделов отделяют разделителями (черта или пустое место);

не используют в названиях разделов фраз (желательно не больше 2 слов);

названия разделов начинают с заглавной буквы;

названия разделов меню, связанных с вызовом диалоговых окон заканчивают многоточием;

названия разделов меню, к которым относятся каскадные меню, заканчивают стрелкой;

используют клавиши быстрого доступа к отдельным разделам меню. Их выделяют подчеркиванием;

допускают использовать «горячие клавиши», соответствующие комбинации клавиш отображают в заголовках разделов меню;

допускают использовать включение в меню пиктограмм;

измененным цветом показывают недоступность некоторых разделов меню в ходе работы с приложением;

допускают делать недоступные разделы невидимыми.

Недоступность некоторых разделов меню обуславливается следующим. Главное меню является статическим и присутствует на экране в течение всего времени работы с приложением. Таким образом, при работе с разными экранными формами (взаимодействии с разными функциональными блоками) не все разделы меню имеют смысл. Такие разделы принято являются недоступными. Поэтому в зависимости от контекста решаемых пользователем задач (иногда от контекста самого пользователя) главное меню приложения выглядит различным образом. О подобных различающихся внешних представлениях меню принято говорить как о различных состояниях меню. В отличие от схемы навигационной системы, составленной ранее и необходимой, в основном, разработчику, с меню пользователь входит в непосредственное взаимодействие. Меню определяет количество окон и их разновидность. Весь интерфейс сопровождается окнами предупреждений, окнами подсказок, окнами мастеров, задающих последовательность действий пользователей при выполнении некоторых необходимых операций.