ОСТ 9.2-98. Отраслевой стандарт. Система разработки и постановки продукции на производство. Учебная техника для образовательных учреждений. Системы автоматизированного лабораторного практикума. Основные положения

(утв. Приказом Минобразования России от 14.10.1998 № 2610)

ОТРАСЛЕВОЙ СТАНДАРТ

СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ И ПОСТАНОВКИ ПРОДУКЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВО

УЧЕБНАЯ ТЕХНИКА ДЛЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ОСТ 9.2-98

Предисловие

1. Разработан Центром автоматизации теплофизических исследований (ЦАТИ).

Внесен Российским научно — производственным объединением «Росучприбор».

2. Утвержден и введен в действие Приказом Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации от 14.10.98 № 2610.

3. Введен впервые.

Настоящий стандарт является основополагающим. Стандарт устанавливает общие положения в области создания, использования и развития систем автоматизированного лабораторного практикума и экспериментальных исследований, реализующих информационную технологию в обучении, и включает термины и определения основных понятий, систему классификации, общие функциональные требования, общую структуру, а также основные требования к документированию.

1. Область применения

1.1. Положения настоящего стандарта подлежат применению в образовательных учреждениях, научно — исследовательских институтах и иных организациях Минобразования России, а также в организациях других министерств и ведомств — исполнителях научно — технических программ по автоматизации лабораторного практикума, выполняемых по заданиям Минобразования России.

1.2. Настоящий стандарт разработан с учетом положений ГОСТ 34.003-90 «Автоматизированные системы. Термины и определения».

1.3. Настоящий стандарт должен применяться совместно с ОСТ ВШ 01.001-94 «Информационные технологии в высшей школе. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Общие положения».

1.4. Отраслевые стандарты в области создания, использования и развития систем автоматизации лабораторного практикума для образовательных учреждений определяют в качестве объекта стандартизации системы автоматизированного лабораторного практикума (далее — системы АЛП).

1.5. Стандарты на системы АЛП должны устанавливать терминологию систем АЛП, основные положения и требования к системам АЛП в целом, технические требования к составным частям систем АЛП, требования к интерфейсам, протоколам обмена информацией и другим средствам, обеспечивающим совместимость составных частей систем АЛП, а также взаимосвязь различных систем АЛП между собой, требования к типовым унифицированным проектным решениям в системах АЛП.

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 34.003-90 «Автоматизированные системы. Термины и определения».

ГОСТ 26.016-81 «Единая система стандартов приборостроения. Интерфейсы. Признаки классификации и общие требования».

ГОСТ 26.003-80 «Система интерфейса для измерительных устройств с байт — последовательным, бит — параллельным обменом информацией».

ГОСТ 27.080-86 «Система КАМАК. Крейт и сменные блоки. Требования к конструкции и интерфейсу».

ГОСТ 26.139-84 «Интерфейс для автоматизированных систем управления рассредоточенными объектами».

ГОСТ 22.261-82 «Единая система стандартов приборостроения. Средства измерения электрических и магнитных величин. Общие технические условия».

ГОСТ 18145-81 «Цепи на стыке C2 аппаратуры передачи данных с оконечным оборудованием при последовательном вводе — выводе данных. Номенклатура и технические требования».

ГОСТ 34.601-90 «Автоматизированные системы. Стадии создания».

ГОСТ 34.201-89 «Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем».

ОСТ ВШ 01.001-94 «Информационные технологии в высшей школе. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Общие положения».

Руководящий документ по стандартизации РД 50-34.698-90 «Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов».

Руководящий нормативный документ РД 40.5-86 «Составление исходных педагогических и технических требований к заявке на разработку и постановку на производство учебного оборудования».

3. Определения

3.1. Термины и определения, устанавливаемые данным стандартом, предназначены для использования во всех видах документации и литературы по системам АЛП и рекомендуются для применения в научно — технической, справочной и учебной литературе, используемой в системе Минобразования России.

3.2. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Для отдельных стандартизованных терминов приведены допустимые к применению синонимы.

3.3. Приведенные определения можно при необходимости изменять и редактировать, вводя в них производные признаки, уточняя значения используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в данном стандарте.

3.4 Термины и определения

3.4.1 Система автоматизированного лабораторного практикума

Синоним — «автоматизированная система лабораторного практикума».

Комплекс технических, программных и методических средств, обеспечивающих автоматизированное проведение лабораторных работ и экспериментальных исследований непосредственно на физических объектах и (или) математических моделях.

3.4.2 Удаленный компьютерный доступ

Режим функционирования системы АЛП, при котором работа с физическим объектом осуществляется с компьютера, удаленного на сколь угодно большое расстояние от места размещения самого объекта.

3.4.3 Объект системы АЛП

Физический объект (лабораторный стенд, промышленная установка и т.д.), используемый для обучения или экспериментального исследования по определенной тематике или группе дисциплин (отдельной дисциплине или ее части).

3.4.4 Субъект системы АЛП

Пользователь системы АЛП (обучаемый, преподаватель, лаборант и т.д.), работающий в настоящий момент с объектом системы АЛП.

3.4.5 Подсистема АЛП

Часть системы АЛП, отличающаяся функциональным назначением (например, подсистема автоматизированного управления физическим объектом, подсистема измерения и сбора данных, подсистема телекоммуникации и т.п.).

3.4.6 Объектовый уровень системы АЛП

Совокупность подсистем АЛП, территориально размещаемых в одном месте с объектом системы АЛП и непосредственно связанных с физическим объектом рядом сигнальных линий (например, подсистема автоматизированного управления, подсистема измерения и т.п.).

3.4.7 Пользовательский уровень системы АЛП

Совокупность подсистем АЛП, обеспечивающая взаимодействие пользователя с объектовым уровнем системы АЛП (например, рабочие места пользователей, подсистема сбора и обработки данных).

3.4.8 Вычислительная система АЛП

Синоним — «компьютерная система АЛП».

Система обработки данных, настроенная на решение задач конкретной области применения и работающая с данными, представленными в закодированной форме.

3.4.9 Система передачи данных

Взаимодействующий комплекс технических и программных средств, линий связи и протоколов, обеспечивающих передачу данных между подсистемами АЛП.

3.4.10 Пользователь системы — по ГОСТ 34.003-90.

3.4.11 Многопользовательский режим работы системы АЛП

Синоним — «режим коллективного пользования системой АЛП».

Режим работы системы АЛП, при котором несколько субъектов системы АЛП работают с одним изучаемым объектом в режиме реального времени по запросу со стороны пользователя системы.

3.4.12 Стандартный интерфейс — по ГОСТ 26.016-81.

4. Требования

4.1 Общие требования

Системы АЛП должны выполнять следующие основные функции:

• автоматизированного измерения (далее — АИ);
• автоматизированного управления (далее — АУ);
• передачи и обработки информации (далее — ПОИ);
• коллективного использования оборудования (далее — КИ);
• унификации и стандартизации (далее — УС).

4.1.1. Функции АИ должны обеспечивать автоматизацию процессов измерений на изучаемом объекте различных физических величин, преобразования их в электрические сигналы и в цифровые коды в режиме реального времени. Функции АИ должны включать в себя преобразование физических величин в электрические сигналы, аналого — цифровое, частотно — цифровое преобразование.

4.1.2. Функции АУ должны обеспечивать автоматизацию процессов управления объектом системы АЛП. Функции АУ должны включать в себя цифро — аналоговое, цифро — частотное преобразование, реализацию алгоритмов управления и выработки управляющих воздействий.

4.1.3. Функции ПОИ должны обеспечивать автоматизацию процесса накопления, сбора, передачи и обработки данных с изучаемого объекта, а также представление информации пользователю системы АЛП. Функции ПОИ должны включать в себя вычислительную или микропроцессорную обработку, процедуру передачи данных, реализацию алгоритмов обработки и представления информации.

4.1.4. Функции КИ должны обеспечивать коллективное использование лабораторного и научно — исследовательского оборудования систем АЛП с целью уменьшения затрат на организацию и поддержание лабораторного практикума или экспериментальных исследований. Функции КИ должны включать многопользовательский режим работы.

4.1.5. Функции УС должны обеспечивать единообразие технического, программного и информационного обеспечения с целью уменьшения времени и затрат на разработку и освоение систем АЛП. Функции УС должны включать стандартные программные, функциональные и системные модули.

4.2 Требования к структуре системы АЛП

4.2.1 В общем виде система АЛП должна состоять из следующих подсистем:

• объектовая подсистема или подсистема нижнего уровня;
• подсистема измерения;
• подсистема автоматизированного управления;
• подсистема сбора, передачи и обработки данных;
• рабочее место пользователя.

4.2.2. Основная задача объектовой подсистемы — обеспечение процесса проведения лабораторной работы (экспериментального исследования) по определенной тематике (отрасли знаний). Подсистема в общем случае включает в себя физический объект, датчики физических величин, исполнительные механизмы органов управления.

4.2.3. Основная задача подсистемы измерения — обеспечение измерений текущих параметров лабораторного эксперимента. Подсистема в общем случае включает в себя электронные элементы преобразования электрических величин в кодированную информацию. Ограничений на схемотехнические решения и конструктивное исполнение подсистемы измерения не накладывается. Предпочтение должно отдаваться использованию стандартизованных программно — технических средств, соответствующих ГОСТ 26.003-80, ГОСТ 27.080-86 или международным стандартам на данную аппаратуру, действующим на территории России (Приложение А).

4.2.4. Основная задача подсистемы автоматизированного управления — оперативное управление объектом системы АЛП, установление и поддержание заданных режимов лабораторного эксперимента. Подсистема в общем случае включает в себя электронные элементы контроля и управления с выходными электрическими сигналами. Ограничений на схемотехнические решения и конструктивное исполнение подсистемы автоматизированного управления не накладывается. Предпочтение должно отдаваться использованию стандартизованных программно — технических средств, соответствующих ГОСТ 26.139-84 или международным стандартам на данную аппаратуру, действующим на территории России (Приложение А).

4.2.5. Основная задача подсистемы сбора, передачи и обработки данных — обеспечение координации работы измерительных и управляющих устройств объектового уровня, накопление, предварительная обработка, передача, представление и хранение текущих и накопленных данных лабораторного эксперимента. Подсистема в общем случае представляет собой информационно — вычислительное устройство (персональный компьютер или микропроцессорный контроллер, устройства передачи данных, устройства ввода / вывода информации и т.п.) и специализированное системное программное обеспечение.

4.2.6. Основная задача рабочего места пользователя — обеспечение интерактивного взаимодействия субъекта системы АЛП с изучаемым объектом. Рабочее место пользователя в общем случае представляет собой персональный компьютер и специализированное системное и прикладное программное обеспечение.

4.3 Дидактические требования к системе АЛП

4.3.1 Система АЛП должна удовлетворять следующим основным требованиям, предъявляемым дидактикой к процессу обучения:

• научной достоверности, необходимой точности и современной трактовке изучаемых и исследуемых объектов, процессов и явлений;
• доступности, систематичности и последовательности;
• развития у обучаемых интереса и творческого подхода к изучаемому или исследуемому вопросу;
• прочности знаний, убедительности и эффективности.

4.3.2 Система АЛП должна обеспечивать:

• развитие у обучаемых необходимых навыков к самостоятельному проведению эксперимента;
• ознакомление обучаемых с современными методами, приемами и средствами научного и экспериментального познания;
• приобретение опыта обращения с современными техническими и программными средствами лабораторного и научного эксперимента;
• развитие творческой активности.

4.3.3 Разрабатываемая система АЛП должна обладать следующими основными свойствами:

• модульностью — способу построения оборудования и программного обеспечения из различных модулей в зависимости от требований соответствующей дисциплины, уровня преподавания и обучаемых, развития технического прогресса в данной области знаний и т.д. Состав модулей, соотношение между физическим и математическим моделированием определяется разработчиком;
• совместимостью — возможностью сопряжения с имеющимся и вновь создаваемым учебно — лабораторным и экспериментальным оборудованием, а также стандартной измерительной и вычислительной аппаратурой;
• универсальностью — возможностью использования системы АЛП для разного уровня образования с учетом профессионально — ориентированной направленности и междисциплинарных связей.

4.4 Требования к техническому обеспечению

4.4.1. Комплекс технических средств системы АЛП должен быть достаточным для выполнения всех функций системы АЛП, определенных техническим заданием.

4.4.2 В зависимости от педагогических и дидактических требований системы АЛП могут создаваться в виде:

• типовых комплектов оборудования для конкретной тематики;
• универсальных комплексов, оперативно перестраиваемых под конкретную тематику.

4.4.3. Средства технического обеспечения систем АЛП должны по возможности создаваться на базе серийно выпускаемых агрегатных средств измерений, автоматизации и вычислительной техники. Допускается разрабатывать новые средства технического обеспечения специально для конкретных систем АЛП, если отсутствуют необходимые серийные средства или если это экономически оправдано.

4.4.4. В состав технического обеспечения систем АЛП должны входить приборы и устройства, необходимые для проверки работоспособности системы АЛП.

4.4.5. Система АЛП должна разрабатываться с учетом эксплуатационных требований, определяемых в ГОСТ 22.261-82.

По согласованию с потребителем для конкретной системы АЛП допускается устанавливать группу рабочих условий применения по ГОСТ 22.261-82 в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Для систем АЛП, отдельные подсистемы которых предназначены для работы на значительном удалении друг от друга в различных условиях применения, допускается устанавливать различные группы рабочих условий применения и предельных условий транспортирования для каждой такой подсистемы в отдельности с учетом требований ГОСТ 18.145-81.

4.4.6. Время установления рабочего режима и продолжительность непрерывной работы системы АЛП и отдельных ее подсистем определяются разработчиком с учетом ГОСТ 22.261-82 и по согласованию с потребителем.

4.4.7. Комплекс технических средств системы АЛП должен удовлетворять требованиям к безопасности согласно ГОСТ 22.261-82.

4.4.8. При разработке требований к надежности системы АЛП следует учитывать надежность всех подсистем АЛП и надежность программного обеспечения.

4.5 Требования к программному обеспечению

4.5.1. Программное обеспечение систем АЛП должно базироваться на серийных, лицензионных программных продуктах.

4.5.2. Состав программного обеспечения конкретной системы АЛП определяется разработчиком на основе исходных педагогических и технических требований, а также технического задания на систему АЛП, утвержденных в установленном порядке.

4.5.3. Программное обеспечение систем АЛП должно быть адаптируемым к различным конфигурациям комплекса технических средств конкретной системы АЛП.

4.5.4. В состав программного обеспечения систем АЛП должны входить средства тестирования и проверки работоспособности отдельных подсистем АЛП.

4.5.5. В состав программного обеспечения систем АЛП должны входить средства отладки программ.

4.5.6. Программное обеспечение систем АЛП должно обеспечивать управление лабораторным экспериментом в реальном масштабе времени.

4.5.7. Программное обеспечение систем АЛП должно предусматривать возможность его развития и расширения с учетом перспектив развития системы АЛП.

4.6 Требования к методическому обеспечению

4.6.1. Методическое обеспечение систем АЛП должно быть гибким и позволять субъекту системы АЛП выбирать метод решения поставленной задачи, исходя из конкретных требований к результату и процедуре обработки данных.

4.6.2. Методы управления объектом, обработки и представления информации в однотипных системах АЛП должны быть максимально унифицированы.

4.6.3. При создании методического обеспечения систем АЛП следует использовать методы математического моделирования, имитационные модели объектов и процессов изучения, методы планирования эксперимента.

4.6.4. Методики обучения в системах АЛП должны быть основаны на современных способах представления компьютерной информации: графиках, мнемосхемах, виртуальных образах изучаемых объектов, анимации и т.д.

4.6.5. Состав методического обеспечения конкретной системы АЛП определяется разработчиком на основе исходных педагогических и технических требований, а также технического задания на систему АЛП, утвержденных в установленном порядке согласно требованиям и нормам РД 40.5-86.

4.7 Требования к метрологическому обеспечению

4.7.1. Метрологическое обеспечение систем АЛП обеспечивает достижение единства измерений, требуемой достоверности и точности.

4.7.2. При разработке требований к метрологическому обеспечению систем АЛП необходимо руководствоваться положениями и нормами, установленными в ГОСТ 22.261-82.

4.7.3. При использовании в составе систем АЛП средств измерений, соответствующих отечественным и международным стандартам, действующим на территории России, значения нормируемых метрологических характеристик устанавливаются в стандартах и (или) технических условиях на средства измерений конкретного вида (типа).

4.7.4. Процедура и методики поверки измерительных каналов системы АЛП определяются разработчиком и приводятся в эксплуатационной документации.

4.8 Требования к документации при создании системы АЛП

4.8.1. Стадии и этапы при создании систем АЛП устанавливаются по ГОСТ 34.601-90.

4.8.2. При разработке требований к документации необходимо руководствоваться положениями и нормами ОСТ ВШ 01.001-94.

4.8.3. Виды, наименование, комплектность и обозначение документов, разрабатываемых при создании систем АЛП, устанавливаются по ГОСТ 34.201-89.

4.8.4. Содержание документов, разрабатываемых при создании систем АЛП, определяется по РД 50-34.698-90.

5. Классификация систем АЛП

5.1 Системы АЛП классифицируются по следующим признакам:

• по назначению (целевое использование и характер решаемых задач);
• проблемно — тематической ориентации (область применения, отрасль знаний);
• территориальной удаленности объектов системы АЛП от пользователей (вид применяемой пользовательской сети);
• способу реализации изучаемого объекта системы АЛП.

5.2 По назначению выделяются следующие виды систем АЛП:

• специализированные;
• многоцелевые;
• исследовательские;
• тренажерные;
• иного назначения.

5.3 По проблемно — тематической ориентации выделяются следующие виды систем АЛП:

• естественно — научные;
• общетехнические;
• технологические;
• иного назначения.

5.4 По территориальной удаленности объектов системы АЛП от пользователей выделяются следующие виды систем АЛП:

• глобальные;
• национальные;
• региональные;
• локальные.

5.5 По способу реализации изучаемого объекта или процесса выделяются следующие виды систем АЛП:

• с использованием физических моделей;
• использованием имитационных (математических) моделей;
• использованием натурных физических объектов и процессов.

Одной из основных характеристик современных систем компьютерной автоматизации является стандартизация технологий и решений в части технических и программных средств.

Применение международных стандартов в системах автоматизации, в целом, и в системах АЛП, в частности, обеспечивает информационную, электрическую и конструктивную совместимость различных компонентов разрабатываемых систем.

Стандартизацию интерфейсов измерительных и управляющих систем, протоколов систем передачи данных, а также унификацию программного обеспечения для систем компьютерной автоматизации осуществляют нижеперечисленные организации.

Международные организации:

• Международная организация по стандартизации (МОС) — International Organization for Standardization (ISO);
• Международная электротехническая комиссия (МЭК) — International Electrotechnical Commission (IEC);
• Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ) — International Telegraph and Telephone Consultative Committee;
• Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ЕИТС) — European Telecommunications Standards Institute.

Национальные организации и институты по стандартизации: ANSI (США), AFNOR (Франция), BSI (Великобритания), DIN (ФРГ), JISC (Япония), Госстандарт (Россия).

Профессиональные объединения и организации:

• Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике — Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE);
• Ассоциация электронной промышленности — Electronic Industry Association (EIA);
• Европейский Комитет стандартов по ядерной электронике — European Standard Committee on Nuclear Electronic (ESONE).

Среди групп стандартов и унифицированных средств программного обеспечения для систем компьютерной автоматизации выделяются следующие:

• стандарты на механическое и конструктивное исполнение элементов систем;
• стандарты на организацию измерительно — управляющих устройств и систем;
• стандарты на системы и устройства передачи данных (системы телекоммуникаций);
• стандартные операционные системы;
• сертифицированные инструментальные средства разработки прикладного программного обеспечения.

Наиболее часто из них используются следующие:

Стандарты на механическое и конструктивное исполнение:

• стандарт на конструктивное исполнение разъемов, плат, модулей, приборов, стоек для средств вычислительной и измерительно — управляющей техники — Евромеханика (EuroCard);
• стандарт на механические конструкции элементов промышленной автоматики — DIN.

Стандарты на организацию измерительно — управляющих устройств и систем:

• стандарт на интерфейс для цифровых измерительных приборов и устройств — приборный интерфейс IEEE-488.1 (другие названия: HP-IB, GP-IB, IEC-625.1, МЭК-625.1), отечественный стандарт — ГОСТ 26.003-80 (Канал общего пользования — КОП);
• стандарты интерфейсов и шин ввода / вывода для встраиваемых в компьютер устройств измерения и управления: ISA, EISA, PSXI, PCI, PCMCIA, PC-104;
• стандарты на магистрально — модульные измерительно — вычислительные и управляющие системы и комплексы: САМАС (КАМАК — ГОСТ 26.001-80), Multibus, VME, VXI, MXI, SCXI;
• стандарты для промышленных систем и контроллеров (PLC): Bitbus, CANbus, MODBUS, PROFIBUS, Fieldbus.

Стандарты на системы и средства передачи данных (системы телекоммуникаций):

• стандарты физических интерфейсов: RS-232 (ГОСТ 18145-81), RS-422 (ГОСТ 23675-79), RS-485;
• стандарты локальных компьютерных сетей: Ethernet, Arcnet, TRN;
• стандарты на сети специального применения: MIL 1553B, ARINC 429;
• глобальные международные компьютерные сети (например, Internet).

Стандартные операционные системы:

• операционные системы общего назначения: MS DOS, MS Windows, Windows-95, Mac OS, HP-UX, UNIX;
• операционные системы реального времени: OS-9/OS-9000, VMEexec, VxWorks, LynxOS, QNX.

Сертифицированные инструментальные средства разработки прикладного программного обеспечения:

• универсальные системы общего назначения: LabWindows, LabWindows/CVI, LabVIEW, BridgeVIEW, HP VEE;
• специализированные системы АСУ ТП и промышленной автоматики: Lookout, InTouch, WINOTOOLS, ISaGRAF, Real Flex, Trace Mode, Genesis и др.

---