Принципы построения систем автоматизации биотехнологических исследований

Биотехнологические объекты характеризуются сложной, многоуровневой организацией, которая обладает следующими признаками:

1. многофакторностью воздействий и откликов биотехнологической системы;
2. большой размерностью первичных данных, регистрируемых в ходе эксперимента, доступ к которым должен быть быстрым, простым, с возможностью использования полученной информации для последующих расчетов;
3. сложностью алгоритмов планирования, проведения и обработки биотехнологического эксперимента;
4. необходимостью проведения имитационных экспериментов;
5. потребностью в манипуляторах, транспортных роботах как для улучшения работы экспериментатора, так и для соблюдения регламентов и стерильности процесса.

Сложность изучения этих объектов приводит к необходимости использования ЭВМ для расчетов в режиме имитации объекта и введения ее в контур управления биотехнологическим процессом. Применение вычислительной техники приводит к более эффективной обработке получаемой информации, оценке ее надежности в ходе эксперимента и организации исследований с таким расчетом, чтобы максимально увеличить информативность и ценность получаемых данных.

Под системой автоматизации биотехнологических исследований понимается программно-аппаратный комплекс на базе средств измерительной и вычислительной техники, предназначенный для проведения комплексных научных исследований на основе получения и использования моделей исследуемых процессов, а также натурных экспериментов.

Эффективен метод общения исследователя с ЭВМ в диалоговом режиме (интерактивное взаимодействие), который позволяет экспериментатору быстро оценивать с помощью ЭВМ возникающие ситуации и принимать оперативные решения. С точки зрения исследователя ЭВМ является крайне удобным инструментом (прибором), на который можно возложить множество обязанностей.

Имеющийся опыт автоматизации биотехнологических исследований показывает, что автоматизированные системы перестали быть вспомогательными; отсутствие системы автоматизации не может быть скомпенсировано умением, изобретательностью и находчивостью экспериментатора.

Комплексная система автоматизации научных исследований (АСНИ) в биотехнологии позволяет:

1. обеспечить высокий уровень научно-технического прогресса;
2. повысить эффективность и качество научных исследований на основе получения с помощью ЭВМ более полных моделей исследуемых объектов, явлений или процессов, а также применение этих моделей для прогнозирования и управления;
3. увеличить эффективность разработок объектов исследований и уменьшить затраты на их создание (генная инженерия);
4. получить качественно новые научные результаты;
5. сократить сроки и уменьшить трудоемкость научных исследований.

В последние годы в развитии вычислительной техники и оборудовании вычислительных центров (ВЦ) биотехнологических институтов страны произошли существенные изменения. Большинство ВЦ оснащено универсальными современными ЭВМ.

Для решения задач автоматизации научных исследований в области биотехнологии (и физико-химической биологии) и технологических процессов разрозненные и морально устаревшие мини-ЭВМ (типа «Днепр», М—3000, М—6000 и другие) заменяются универсальной единой системой мини-машин типа СМ ЭВМ (система малых или мини-ЭВМ). С середины 70-х годов нашего столетия началось производство микропроцессоров и микро-ЭВМ, которые сейчас находят широкое применение во многих отраслях биотехнологии.

ЭВМ все чаще объединяются в многомашинные и многопроцессорные комплексы, создаются вычислительные сети ЭВМ, многоуровневые системы управления. Все большее распространение получают современные методы обработки информации и управления технологическими процессами на основе систем с разделением времени, телеобработки и ВЦ коллективного пользования, представляющие собой единые семейства или единые системы машин (табл. 4). К таким системам относятся ЕС ЭВМ (Единая система электронных машин) и СМ ЭВМ.

Обе системы разрабатываются при участии стран — членов СЭВ и являются полностью совместимыми. Каждая из этих систем представляет собой семейство программно-совместимых машин, построенных на единой элементной базе, по единой структуре и с единым унифицированным набором периферийных (внешних) устройств с единой системой ввода — вывода (стандартным сопряжением).