автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка функциональных моделей и методов совершенствования информационно-измерительных систем на основе бионики

9

^МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ^^ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

На правах рукописи

СЕЛЕЗНЕВА Наталия Васильевна

РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ БИОНИКИ

Специальность 05.11.16. Информационно-измерительные системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена на кафедре "Метрология, сертификация и диагностика" Московской государственной академии приборостроения и информатики.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ШАТЕРНИКОВ В.Е.

доктор технических наук, профессор ЧАРЫШЕВ Ш.Ф.

доктор технических наук, профессор САПФИРОВ С.Г.

Ведущая организация: НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (НИАТ)

Защита состоится 15 декабря 1998 года в 12 час. на заседании диссертационного Совета Д063.93.01 в Московской государственной академии приборостроения и информатики по адресу:

107076, Москва, ул. Стромынка, д. 20, аудитория 406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной академии приборостроения и информатики. Автореферат разослан 71/ ноября 1998 г.

Ми. Ульянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Научно-технический прогресс характеризуется интенсивным развитием различных видов информационно-измерительных систем (ИИС), которые используются практически во всех видах производств, в системах контроля, для измерения параметров физических гюлеи п сред, управления подвижными объектами и в научных исследованиях. От уровня развития ИИС во многом зависит эффективность использования техники, производительность труда, качество продукции, экологическое состояние окружающей среды и эффективность научных исследований.

Современные средства измерений и вычислительная техника позволяют создавать высокоорганизованные и функционально развитые ИИС, однако во многих случаях качество выполняемых информационно-измерительных процессов, степень использования резервов информации, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, уровень техническою интеллекта, надежность и габаритно-массовые характеристики ИИС еще не удовлетворяют современным потребностям, поэтому ведутся активные поиски методов и средств их развития и совершенствования.

Одним из источников новых идей и технических решений в области информационно-измерительной техники является бионика, изучающая особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов и систем. Органы чувств живых существ отличаются миниатюрностью и совершенством строения, высокоэффективными измерительными характеристиками, адаптивностью к случайным изменениям условий обитания, обучаемостью, возможностью самосовершенствования и другими ценными информационными свойствами. Особенно важно, что эти свойства живых организмов были отработаны и проверены на практике в процессе их жизнедеятельности в течении длительного времени эволюционного развития живой природы.

В пашей стране научные основы бионики формировались и внедрялись в инженерную практику благодаря трудам известных ученых и специалистов: А.И. Берга. М.Г. Гаазе-Рапопорта, Н.В. Кокшайского, В.В. Парина, В.П. Сочпвко, И.Б. Литинецкого, В.К. Лабутина, Г.П. Катыса и многих других. Последние десятилетия бионика активно развивалась, в ней появились новые научные направления - нейробионика, биокибернетика, нейро-ннформашка. которые исполыуется для решения актуальных проблем промышленного ирошводства, автономной робототехники, создания искусственного интеллекта и разумных машин. Большой вклад в развитие этих направлений внесли ученые Ю.Г. Антамонов, U.M. Амосов, В.М. Ахутин, II.У. Ахмеров, Г.А. Голицип, В.М. Петров, В.Д. Пекелис, и другие, занимающиеся моделированием функций органов чувств и мозга.

Однако использование богатства идей и достижений живой природы в практической инженерной деятельности сталкивается с трудностями, обусловленными тем, что ее материальная основа существенно отличается от технической реализации. Кроме того, сведения о строении и свойствах биологических объектов, представленные в медико-биологических работах, имеют особую специфику, что затрудняет использование этих знаний в технике.

В связи с этим актуальной является проблема развития научных основ и методологии биотехнических исследований, которые позволяют использовать медико-биологические знания для развития и совершенствования технических ИИС. Данная проблема имеет важное народно-хозяйственное значение, поскольку от ее успешного решения зависит внедрение эффективных и полезных достижений живой природы в технические разработки, которые могут существенно повысить информационное обеспечение и расширить функциональные возможности ИИС, что является необходимым для создания обучающихся, адаптивных и интеллектуальных ИИС.

Многолетний опыт и специфика выполняемых научно-исследовательских работ, а также профили читаемых учебных курсов в институте повышения квалификации авиационной промышленности и в вузе позволили автору заниматься решением этой актуальной проблемой.

Цель диссертационной работы состоит в развитии и совершенствовании ИИС на основе использования и преобразования медико-биологических знаний об информационных свойствах живых организмов.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать теоретические положения и методологию биотехнических исследований, основанную на применении методов системного проектирования технических объектов и обеспечивающую выявление полезных для инженерной практики свойств живых организмов.

2. Разработать метод биотехнических исследований, позволяющий раскрывать функции, состав, структуру, погрешности измерений и другие свойства органов чувств и мозга живых существ с помощью арсенала технических знаний.

3. Применить разработанную методологию к исследования биологических ИИС, которые обеспечивают пространственную ориентацию и навигацию различным видам живых существ, и разработать их функциональные модели.

4. Выявить структурные и функциональные особенности биологических ИИС и способы обработки измерительной информации, которые обеспечивают повышение точности, надежности, информативности изме-

рений и другие полезные свойства живых систем, и разработать их функциональные модели для применения в инженерной практике.

5. Исследовать функции обучения, адаптации и интеллекта, реализуемые на разных уровнях организации живых систем, и выявить возможности их использования для создания интеллектуальных технических ИИС.

6. Разработать рекомендации по использованию результатов биотехнических исследований органов чувств, мозга и интеллекта человека, его способностей обучаться, адаптироваться и самосовершенствоваться для развития систем взаимодействия человека с ИИС, при отборе и подготовке операторов ИИС, в эргономическом проектировании их рабочих мест, а также для активизации инженерного творчества.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались: методы системного анализа и морфологического синтеза, аппарат теории принятия решений, теории динамических систем и автоматического регулирования, теории оптимального и адаптивного управления, методы функционального и математического моделирования.

Научная новизна. К основным научным результатам, полученным лично автором и включенным в диссертацию, относятся:

• методология биотехнических исследований, которая основана на взаимодействии технических и медико-биологических наук, обеспечивающим их взаимное обогащение, и базируется на комплексном использовании свойств обучения, адаптации и интеллекта живых существ; ведущим звеном этой методологии является метод функциональной идентификации, позволяющий распознавать в организме животного или человека функциональные системы и выявлять их компоненты;

• функциональные, структурные к алгоритмические модели биологических ИИС, которые в отличии от моделей, используемых в эргономике, инженерной психологии и медицинской кибернетике, раскрывают ранее неизвестные свойства зрительного и вестибулярного анализаторов человека и их взаимосвязей и позволяют объяснить процессы измерения навигационных параметров, координатных преобразований, воспроизведения объемного изображения, стабилизации измерительных осей чувствительных органов, синхронизации измерений, компенсации методических погрешностей и другие свойства;

• способы получения и использования избыточной информации, реализуемые в биологических ИИС на разных уровнях их организации (в измерительном органе, системе, организме в целом, в сообществе организмов). совокупность которых показывает, что в биологических ИИС в отличии от технических аналогах существует многоуровневая иерархическая система обработки информации, обеспечивающая более полное представление о свойствах наблюдаемых объектов;

• принципы обучения и способы обработки и накопления информации, реализуемые в нейронных структурах на разных уровнях организации живых систем, которые позволяют выявлять корреляционные связи между сигналами и фиксировать их в виде изменений структуры и параметров нейронных цепей;

• функциональные модели процессов адаптации на клеточном уровне, в измерительных органах, в организме человека и в популяции живых существ, которые раскрывают новые возможности организации систем адаптации в технических ИИС:

• функциональные модели интеллекта животного, человека и человеческого общества, которые представлены в виде информационно-управляющих структур, обеспечивающих жизнедеятельность в нестационарных условиях обитания, достижение целей, а также результативность и эффективность действий.

Достоверность полученных результатов основывается на том. что при распознавании свойств биологических ИИС используются модели технических аиалогон, проверенные многолетней практикой 'эксплуатации авиационной измерительной техники. Выявленные в результате функциональной идентификации свойства биологических ИИС подтверждаются медико-биологическими данным», полученными в результате наблюдений за поведением и движениями живых объектов, а также опытом космонавтики. Достоверность функциональных моделей, рекомендуемых к использованию, подтверждается правильным применением математического аппарата и инженерных методов анализа и синтеза ИИС.

Практическая ценность. Изложенные в диссертации теоретические положения и методология биотехнических исследований формирует основу для интенсификации работ по широкому и эффективному использованию многообразия достижений живой природы в технических разработках.

Функциональные, структурные и алгоритмические модели живых систем. представленные соискателем, позволяют:

повысить точность, информативность и надежность измерительных систем за счет комплексного применения выявленных способов получения и использования избыточной информации;

расширить функциональные возможности и улучшить характеристики измерительных спаем, а также создавать высокоэффективные иерархические структуры измерительных комплексов, обладающих требуемым уровнем обучения, адаптации и технического интеллекта;

повысить эффективность использования познавательных, интеллектуальных и адаптивных свойств человека в человекомашинных системах и существенно снизить влияние негативных факторов на его деятельность.

Реализация результатов работы. В технических разработках были использованы следующие результаты биотехнических исследований:

принципы построения навигационных систем насекомых и методы их пространственной ориентации при разработке перспективных тренажеров, предназначенных для обучения визуальному пилотированию и самолетовождению, а также при разработке комплекса приборов ориентирования и мобильности слепых (ВНИИ МП); принципы навигации и пространственной ориентации стаи животных при разработке модернизированного ПНК для самолетов специального назначения (A.C. 256784, 1987); биологический метод контроля работоспособности ориентируемых датчиков в геомагнитных и инерциальных системах навигации (A.C. 1182254, 1986); биологический способ компенсации динамических погрешностей измерителей для улучшения динамических характеристик геомагнитных измерителей (A.C. 1352191, 1987); модели информационных и адаптивных свойств человека при разработке ПНК орбитального корабля "Буран" (НПО "Молния") и "Целевой программы автоматизации отраслевого производства" (НИАТ).

Результаты биотехнических исследований соискателя использованы также при разработке учебных программ повышения квалификации специалистов авиационной промышленности, руководящих работников Ми-навиапрома, главных метрологов учреждений и организаций системы здравоохранения и в программах обучения студентов приборостроительных специальностей МГА ПИ.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, семинарах и совещаниях различных уровней: семинары Московского общества испытателей природы при МГУ, секция "Применение математики в моделировании биологических систем" (1984, 1985, 1986); научно-методические школы-семинары Всесоюзного Совета метрологии и стандартизации (Улан-Удэ, 1989; Куйбышев, 1990; Владимир, 1991); 11 всесоюзная НТК "Приборостроение" (Москва, 1973); всесоюзные НТК "Достижения и перспективы развития технической кибернетики" (Москва, 1972), "Научно-методическое и организационное обеспечение непрерывной подготовки студентов вузов"(Владимир, 1991), "Современные проблемы физики и ее приложений" (Москва, 1990); межвузовская НТК "Фундаментальные основы создания научно-емких и высокотехнологичных приборов" (Сергиев Посад, 1997); международные научно-технические конференции "Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий" (Сочи, 1997); "Фундаментальные и прикладные проблемы информатики, приборостроения и экономики" (Сочи, 1998), семинары кафедр МАИ, ЦИПКК и МИП.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в шести монографиях, четырех статьях в центральных журналах, семи статьях в книгах издательства "Машиностроение", 14 статьях в сборниках научных трудов. Всего по результатам диссертации опубликовано 49 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 328 страниц, в том числе: 113 рисунков, 16 таблица. Список литературы включает 189 наименований.

На защиту выносятся:

1. Методология биотехнических исследований, объединяющая в единую логическую систему задачи, концепции, объекты, этапы и методы исследований, а также способы внедрения их результатов, и предназначенная для развития ИИС на основе бионики.

2. Метод функциональной идентификации, используемый для разработки технических решений, которые реализуют заданные функции и апробированы в живой природе.

3. Принципы организации, информационные свойства и структурные особенности биологических ИИС, которые рекомендуется использовать при разработке новых и более совершенных технических измерительных систем, а также при решении проблем взаимодействия человека с комплексом бортового оборудования.

4. Функциональные модели нейронных структур мозга живых существ, обрабатывающих измерительную и априорную информацию, которые рекомендуется использовать для повышения информативности многоуровневых иерархических ИИС.

5. Функциональные модели биологических систем обучения, адаптации и интеллекта, использование которых позволит развивать ИИС с техническим интеллектом.

6. Конкретные предложения и рекомендации по дальнейшему расширению областей применения результатов биотехнических исследований для развития научно-технического прогресса.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении лапа краткая характеристика решаемой проблемы, оше-чены новые научные результаты, полученные лично соискателем и включенные в диссертацию, сформулированы основные положения выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ роли бионики в развитии техники и ее научно-методологических проблем на современном этапе научно-технического прогресса и предложена новая методология биотехнических

исследований, обеспечивающая синтез технических и медико-биологические знаний для совершенствования ИИС.

На протяжении всей истории своего развития человек обращался к живой природе в поисках решений стоящих перед ним проблем и находил полезные для своей практической жизнедеятельности решения. Каждый новый пин в познании живой природы вызывал соответствующий прогресс в развитии техники.

Прогресс в области информационно-измерительной, вычислительной и управляющей техники позволяет создавать системы, сложность организации н функции которых приблизились к возможностям живых организмов. В настоящее время актуальной стала проблема создания искусственного интеллекта и разумных машин с высокоразвитыми ИИС. Для решения этой проблемы используют различные функциональные модели органов чувств и мозга.

Заимствование идей живой природы в инженерную практику является весьма сложным процессом, так как в этом направлении исследований существуют проблемы, обусловленные рядом причин научно-методического, технико-экономического и социального порядка. Одной из существенных причин, снижающих эффективного использования в инженерной практике богатого арсенала идей, накопленных живой природой, является отсутствие методологии биотехнических исследований, учитывающей современный уровень развития техники и общественных отношений.

Для создания такой методологии автор использовал опыт современного проектирования сложных технических систем. Для получения высокоэффективных решений и устранения ошибок проектирования мировая практика стала использовать системную методологию, ориентирующую инженера на предвидение изменений, которые должны претерпеть производство, потребитель, общество и окружающая среда вследствие появления нового изделия.

Бионика тесно связана с процессами создания техники, поэтому изменение методологии проектирования в современных условиях заставило автора переосмыслить роль бионики в инженерной практике, ее генеральную цель и ее место в системе наук.

По мнению автора, целью бионики следует считать не просто заимствование "секретов" живой природы для развития техники, а изучение творческого потенциала живой природы, накопленного в процессе борьбы за выживание, н использование его для созидательной деятельности человека. Это ориентирует исследователя находить в живой природе возможности не только совершенствовать технические устройства, но и решать проблемы взаимодействия человека с техникой и с другими людьми, улучшения условий его труда, сохранения его работоспособности и повышения жизнестойкости, создания безотходных производств,

нейтрализации вредного влияния промышленности и различных технических средств на окружающую среду и животный мир, утилизации всевозможных отходов жизнедеятельности человека. Такая цель бионики значительно расширяет области биотехнических исследований и возможности применения их результатов, а также изменяет требования к организации и оценке их эффективности.

В соответствии с новой целью бионики была разработана методология биотехнических исследований, которая обеспечивает целенаправленное использование накопленных в науке, технике и экономике знаний для изучения "творческого опыта" живой природы и позволяет найти новые технические решения не вследствие случайного озарения, а в процессе системного поиска.

Основные концепции, на которых основана новая методология, отличаются от традиционных подходов в этой области знаний тем, что:

• в качестве объекта биотехнических исследований используется система "живая природа-человек-созидатель-техника";

• для распознавания тайн живой природы применяются инженерные знания и методы исследований;

• получение множества вариантов решений осуществляется на основе системных исследований;

• полученные знания используются как для развития техники, так и для выживания живой природы (в первую очередь - человека).

Методология предусматривает пять этапов исследований: определение области исследований; поиск релевантной (относящейся к делу) информации; разработка функциональных моделей биологических систем; выявление новых технических решений; определение областей внедрения полученных знаний. На каждом этапе решаются конкретные научно-исследовательские задачи и используются определенные знания и особые методы исследований (рис. 1).

Главной задачей биотехнических исследований является преобразование знаний о свойствах живых организмов, описанных медико-биологическими терминами, в модели, раскрывающие внутренние процессы функционирования и удобные для понимания инженером. Для решения этой задачи авто разработал новый метод биотехнических исследований -метод функциональной идентификации, который заключается в распознавании функций органов чувств и мозга с привлечением обобщенных моделей технических ИИС, состав, структура и взаимосвязи которых не зависят от их конкретного исполнения, но в совокупности достаточны для полного обеспечения заданной функции. Применение автором этого метода позволило выявить в живых организмах биологические ИИС, определить роль и функции отдельных органов и связей, методы измерений и обработки информации, применяемые в живых системах.

Научно- 1ехнический професе

±

Проблемы и противоречия

Биологические

иис

Системный анализ

Прямые наблюдения

Интегральные исследования

Ретроспективные исследования

Мо дс лиро ванне биологических органов

Информатика

Приборостроение

Системотехника

Технические ИИС

Функциональная идентификация

Инженерные исследования

Многокритериальное оценивание

/ Человек - 1 'ч

созидатель

Рис. 1. Схема биотехнических исследований ИИС. 11

Для обеспечения эффективности и результативности биотехнических исследовании автор использовал принципы маркетинга, на которых основаны философия и концепции современного производства. При этом специалисты-бионики рассматривались как производители, результаты их исследований - как вырабатываемая ими продукция, а деятельность по внедрению идей - как маркетинговая система формирования спроса и организации сбыта товаров. На основании этой модели автор разработал систему биотехнической деятельности (рис. 2), на основании которой показал, что:

^ одни и те же знания, полученные в результате биотехнических исследований, могут быть полезны в различных направлениях создания и совершенствования техники;

формирование спроса на результаты биотехнических исследований должно осуществляться по многим направлениям, в том числе путем целенаправленного обучения студентов вузов и повышения квалификации специалистов;

-о- при оценке эффективности результатов биотехнических исследований следует учитывать их внедрение в технические разработки, в процессы взаимодействия человека с техникой н окружающей средой и в развитие технического творчества.

Особенностью предлагаемой методологии является то, что в ее структуру (рис. I и 2) заложены биологические способы познания, принципы адаптации живых систем и свойства биологического интеллекта, выявленные автором в процессе изучения живой природы.

В соответствии с данной методологией были проведены исследования информационно-измерительных систем и комплексов, обеспечивающих пространственную ориентацию и навигацию движущихся объектов.

Во второй главе приведены результаты биотехнических исследований свойств измерительных датчиков, систем и комплексов животных, которые могут быть использованы при создании технических аналогов.

В качестве биодатчиков были изучены измерители 4-х видов силовых воздействий (сопротивления среды, силы мышц, результирующих сил и моментов), участвующие в решении задач стабилизации, управлении, пространственной ориентации и навигации высокоманевренных животных. Рассмотрены несколько вариантов реализации каждого вида датчиков. Установлено, что все они обладают высоким уровнем унификации, имеют типовой состав измерительных цепей, одинаковое строение первичных измерительных преобразователей и элементов, обрабатывающих и передающих сигналы.

Несмотря на унификацию строения и принципов действия все рассмотренные биодатчики имеют разные информационные свойства, что обусловлено различиями в структуре, ориентации, форме и подвесе чувст-

СБД

Биологические пиагош

Влияющие факторы

Цель науки

бионики -

Разработка программ деятельности

Поиск релевантной инфорканим

Бионические исследования

Разработка рекомендаций!

Обеспечение эффективности и результативности рекомендаций

Коррекция програми бионической деятельное™

Выделение систематических процессов

Формирование спроса

Поиск каналов сбыта

Участие в конфереши<ях п семинарах

Повышение квалификации

Обучениев вутах

Публикации

* и I!

—Органшшри! теорчества^* — Охрана природы }- -

Совершенствовшше СЧМ

|Соьершенсгвоаание ИИС

—^{Соверцгенстаоюние АСУ [—

Развитие тренажеров и методов обучения

Развитие средств жгшеобесиечския

Разработка к испытание техники

нтн

Рис. 2. Система биотехнической деятельности.

вительных элементов, количестве и расположении первичных измерительных преобразователей и т.п.

В качестве биосистем были рассмотрены органы чувств, выполняющие обзорно-сравнительные измерения, которые на технических движущихся объектах являются базовыми при решении задач пространственной ориентации и навигации. Выявлено многообразие форм их реализации (оптические, I ядро-, аэро- и геоакустические, тепловые и электрические). Все они содержат основные компоненты обзорно-сравнительной системы и выполняют функции пространственной ориентации, разведки и наведения. Однако различия в условиях обитания и физических свойств носителей информации обуславливают их специфические особенности строения, различные принципы действия и информационные свойства. Сравнение моделей биосистем, использующих различные виды излучений, позволило выявить в них дополнительные свойства и функциональные особенности, на основании которых построена обобщенная схема биологической обзорно-сравнительной системы (рис. 3), которую рекомендуется использовать для совершенствования технических аналогов.

В качестве измерительных биокомтексоа были рассмотрены совокупности взаимосвязанных органов чувств, обеспечивающих задачи навигации, орнешшиш и управления движением тела Установлено, что базовое ядро биологического комплекса включает систему счисления пути, моделирующую динамик}' движения объекта, и обзорно-сравнительную систему, определяющую его кинематические параметры относительно окружающей среды. Были выявлены биокомплексы различных видов животных (медуз, паукообразных, насекомых и позвоночных животных), определены их состав, связи, методы навигации и специфические особенности, которые могут быть использованы в технике. В частности, применение особенностей пространственной ориентации насекомых при разработке авиационных тренажеров позволило сократить время обучения самолетовождению и объем исходной базы данных.

Третья глава посвящена идентификации и разработке функциональных моделей информационно-измерительного комплекса (биоИНК) человека, который обеспечивает ему пространственную ориентацию. Изучению информационных свойств человека в данной работе уделяется особое внимание, что обусловлено рядом причин: познавательные функции, мышление, интеллект и разум человека достигли наивысшего развития; его мозг и органы чувств изучены наиболее досконально и описаны в соответствующей литературе; результаты биотехнических исследований организма человека могут быть использованы в той или иной степени на всех этапах создания и эксплуатации технических устройств любого назначения и уровня автоматизации.

Рис. 3. Обобщенная схем биологической обзорно-сравнительной системы.

15

Для идентификации биоИИК человека была разработана обобщенная модель навигационного комплекса управляемого технического объекта, проведено сопоставление ее существенных признаков с физическими и информационными свойствами человека и показано, что в его организме базовыми органами чувств, осуществляющими пространственную ориентацию, являются вестибулярный и зрительный анализаторы.

Вестибулярный анализатор осуществляет многомерные инерциальные измерения. По виду и объему выходной информации его можно отнесш к разряду платформенных инерциальных систем полусвязанного типа. Были разработаны кинематические, структурные и математические модели вестибулярных датчиков, исследованы их основные характеристики и погрешности измерений, в результате чего установлено, что: вестибулярные датчики измеряют векторы угловых и линейных ускорений и моделируют две системы отсчета: инерциальную и горизонтальную, произвольно ориентированную в азимуте. В вестибулярном аппарате автором обнаружен орган чувств, по функциям идентичный вибрационному гироскопу. Он измеряет угловую скорость поворота головы в азимуте. Выявлена система угловой стабилизации головы, которая обеспечивает компенсацию методических погрешностей этого датчика и включается при высоких требованиях к точности движения по заданному курсу. Математические модели помех и возмущений вестибулярных датчиков позволяют прогнозировать различные функциональные нарушения в организме человека. Установлено, что звуковые колебания жидкости в полости вестибулярного аппарата обеспечивают повышение чувствительности, линеаризацию характеристик измерителей, а также являются энергетическим источником автоколебаний вибрационного биогироскопа. Интенсивность вибраций регулируется системой адаптации с помощью гидродинамических датчиков и системы клапанов.

Зрительный анализатор осуществляет обзорно-сравнительные измерения. С помощью обобщенной модели технического аналога автор выявил в этом органе чувств основные функциональные компоненты пространственного ориентатора и обнаружил ранее неизвестные свойства зрения.

Зрительные аппараты являются волоконно-оптическими пеленгаторами проекционного типа с малым углом обзора (порядка 5°) и большой областью захвата (до 160°). Усредненную яркость фона измеряют краевые области сетчатки. Исследованы факторы, влияющие на прохождение света внутри глаза, установлены причины возникновения его потерь при восприятии видеосигналов и разработаны математические модели, с помощью коюрых проведена оценка потерь света. Рассмотрены возможные способы их уменьшения за счет структурных особенностей, строения и регуляции параметров.

Выявлены ранее неизвестные контуры адаптации измерительных стру ктур глаз и координатных преобразований видеосигналов и разработаны их структурно-функциональные модели. Показано, что зрительная кора головного мона воспроизводит трехмерную модель видимого пространства на основе распознавания энергетических и частотных характеристик видеосигналов. Разработана принципиальная схема решения этой задачи, правильность которой подтверждается анатомическим строением зрительной коры.

Установлены причины методических погрешностей зрительного анализатора, которые существенно искажают воспроизводимую им картину наблюдаемой местности, и показано, что информации, получаемой в зрительном анализаторе, недостаточно для их компенсации.

Ниформацкашю-измерительпый комплекс в организме человека имеет принципы функционирования, во многом аналогичные астро-инерцнальному комплексу летательных аппаратов. Проведено функциональное моделирование каналов передачи и обработки информации, преобразования инерциальных и видеосигналов из связанных систем координат в горизотальную, контуров управления, обеспечивающих обнаружение целей, их распознавание и слежение за ориентирами. Показано, что комплексная обработка измерительной информации и компенсация методических погрешностей зрительного анализатора осуществляется в особом отделе коры головного мозга (в ассоциативном поле). В создании объемной модели видимого человеком пространства принимают участие несколько отделов мозга, окружающих зрительную зону коры.

Разработана и исследована функциональная модель вестибулярной стабилизации оптических осей глаз, в которой корректирующие сигналы вестибулярных датчиков демпфируют колебания головы, уменьшают их частоту и обеспечивают независимость восприятия зрительной картины от движений головы и тела человека.

Проведено исследование процесса управления поступательным движением тела человека, на основании которого построена функциональная схема биологической системы инерциального счисления пути (рис. 4). Показано, что в процессе ходьбы используются экономичные принципы качения. а счисление пути осуществляется не интегрированием ускорений во времени, а путем определения длины шага на основе информации от измерителей силовых воздействий. Выявлены причины, вызывающие погрешности счисления пути в организме человека.

Предложена структурная модель системы счисления времени в организме человека, которая имеет многоконтурную иерархическую структуру, работающую в режиме параметрического резонанса. Частота ведущего колебательного контура соответствует суточному вращению Земли, а фаза

корректируется с помощью внешних сшналов времени. Выявлены причины нарушения работы згой системы п их влияние на организм человека.

Иестп6у.1яриуй аппарат

Рис. 4. Функциональная схема системы управления движением человека.

Знание свойств бноИИК человека позволяет прогнозировать влияние динамических факторов на зрительное восприятие и пространственную ориентацию человека, управляющего движением объекта.

Четвертая глава посвящена разработке моделей биологических методов получения и обработки избыточной информации.

Все функции измерения, распознавания и хранения информации, обучения и адаптации в живых организмах осуществляются благодаря большому числу нейронов. Множество связей между ними обеспечивает выявление скрытых резервов как измерительной, так и априорной информации. Поэтому при изучении нейронных структур автор основное внимание уделил выявлению биолсиических способов получения и использования избыточной информации.

В результате биотехнических исследований было установлено, что на каждом уровне иерархии живых систем используются особые способы обеспечения информационной избыточности.

На уровне Сшодатчикоп избыточность информации достигается за счет использования множества измерительных преобразователей - рецепторов, обладающих избирательной чувствительностью (к направлению, диапазону, амплитуде, частотным характеристикам сигналов) и различными передаточными свойствами (усилительными, адаптивными). Рецепторы работают одновременно и параллельно, их многократное резервирование позволяет увеличить точность и надежность измерений. В работе предложены модели обработки выходных сигналов рецепторов, обеспечивающие

расширение диапазона измерений, повышение быстродействия, определение производных измеряемых параметров и косвенное измерение навигационных параметров, которые могут существенно расширить информационные свойства технических систем.

На уровне биосистем осуществляется совместная обработка информации, пол\чаемой от одноименных биодатчиков. Информационная избыточность обеспечивается за счет поворота осей чувствительности измерителей и их взаимного расположения. В работе предложены модели использования информационной избыточности для определения различных параметров движения (линейной и угловой скоростей движения, углов атаки, сноса и др.) и обнаружения отказов парных датчиков. Применение биологического метода контроля в инерциальных и геомагнитных системах навигации позволило существенно повысить достоверность контроля работоспособности измерительных каналов.

На уровне организма в целом осуществляется комплексная обработка сигналов анализаторов, измеряющих одни и те же параметры различными физическими способами. В биологических измерительных комплексах объединяются анализаторы, имеющие разные структуры (распределенные, централизованные), использующие прямые и косвенные измерения. Источниками дополнительной информации являются также датчики систем настройки, регуляции и адаптации, нейронные сети, выявляющие информационные резервы. В результате комплексной обработки информации осуществляется взаимная компенсация методических и фильтрация случайных погрешностей измерителей, что повышает точность, помехозащищенность и надежность пространственной ориентации.

Для идентификации биологической системы комплексной обработки информации были использованы алгоритмы оптимальной фильтрации, которые по ряду признаков соответствуют сущности процессов, происходящих в головном мозге. Разработаны функциональные модели оценивания динамических параметров движения тела, осуществляемого в мозжечке (рис. 4). размеров видимых объектов и масштаба изображения в ассоциативном иоле коры мозга (рис. 5), а также системы формирования модели видимого пространства в коре головного мозга человека. Выявлены динамические свойства этой системы и факторы, вызывающие нарушение пространственной ориентации. Показано, что в процессе комплексной обработки информации осуществляется прогнозирование изменений состояния тела и окружающей среды, что необходимо для принятия решений при ориентации, навигации и управлении.

На уровне группы организмов (стаи) избыточность достигается за счет функционального объединения нескольких животных, обладающих однотипным составом измерителей. В процессе навигации кроме координат местонахождения на траектории движения они определяют координаты

взаимною расположения и обмениваются информацией между собой. Автором были исследованы три способа получения избыточной информации при дальней навигации стаи животных и показана принципиальная возможность их использования для коррекции координат местоположения (относительных и навигационных), направления и путевой скорости движения. направления и скорости ветра (течения) на технических объектах.

Система пспусяружии

Печы«? /яринуг.с 1 ! 1 о)<>

1_У 7

!

Левы) —»

сзхгугус 1 1

| ^

Лоэвый

сз*кулус •

—

1

>

ОХ

фиПЫ^р ¡403*84С*

У

я;

Рис. 4. Оценивание динамических параметров движения тела.

Рис. 5. Оценивание параметров ориентиров.

, т

Пятая глава посвящена разработке моделей реализации функций адаптации в биолог ических ИИС.

На основе системно-морфологического анализа автор установил, что система адаптации высокоразвитого организма (в том числе и человека) должна решать не менее 700 различных видов задач, реализация которых требует особых источников информации, алгоритмов ее обработки и исполнительных регуляторов. Это свидетельствует о чрезвычайной сложности биологических систем адаптации. Их исследование позволит обогатить знания о принципах н способах организации функций адаптации различного назначения.

Было проведено исследование функций адаптации на разных уровнях организации живых систем.

На уровне функциональных органов обеспечивается согласование потребностей организма в резервах адаптации с его возможностями. Показано, что развитие функционального органа и повышение его адаптационного резерва обеспечивается внутриклеточными рс1улягорами, которые определяют требуемый уровень его загрузки по степени износа белковых структур. Этот процесс адаптации заложен в основу самосовершенствования живых систем.

На уровне организма для выполнения функций адаптации существует целый комплекс защитных систем. В работе особое внимание уделено исследованию адаптационного комплекса, обеспечивающего компенсацию

влияния случайных воздействий. Принцип его действия основан на взаимодействии двух параллельно работающих систем: оперативной и долговременной, которые используют разные физические процессы передачи информации (биоэлектрические и гидродинамические), но имеют одинаковую структурную организацию. Система долговременной адаптации использует обеспечивает приспособление к усредненным значениям вредных воздействий, а система оперативной адаптации - компенсацию отклонений вредною воздействия относительно среднего уровня.

Обе системы адаптации обладают способностью к перенастройке на различные диапазоны изменения вредного воздействия, что обеспечивает организму сохранение работоспособности при малых, средних и больших нагрузках и выживание в экстремальных условиях. Структуры этих систем состоят из двух контуров управления, один включает, второй - выключает исполнительные регуляторы, что обуславливает автоколебательный режим работы систем адаптации. Соотношение параметров контуров управления (чувствительности, амплитуды колебаний, длительности переходных процессов и др.) определяет адаптационные свойства организма человека, его темперамент.

Показано, что в организме человека используются два принципа управления жизненно важными параметрами:

стабилизацию параметров и компенсацию влияния на них случайных факторов (на примере терморегуляции);

изменение параметров в соответствии с генетической программой и учетом среднестатистических характеристик влияющих воздействий (на примере формирования самооценки человека, рис. 6).

НеверплП'Ные сигналы

Рис. 6. Система формирования и защиты самооценки человека.

Адаптация к воздействиям начинается задолго до изменения контролируемого параметра за счет дистанционного измерения влияющих воздействии и прогнозирования ситуации.

Установлено, что при решении задач адаптации в организме человека широко используются принципы комплексирования, в соответствии с которыми для стабилизации одного параметра используется множество различных по физическим, информационных, динамическим и энергетическим свойствам измерители, регуляторы и источники энергии, что позволяет точно и надежно реализовать сложные законы управления процессами адаптации с помощью простых регуляторов и компенсировать различную по характеру проявления нагрузку. При решении любой задачи адаптации дополнительно осуществляются мероприятия, необходимые для обеспечения восстановления и дальнейшего развития организма.

На уровне группы организмов функции адаптации осуществляются путем объединения живых систем и разделения между ними задач жизнедеятельности. В работе показано, что для выживания популяции высокоразвитых организмов задачи жизнеобеспечения разделяются между двумя видами особей (мужскими и женскими). Адаптационные комплексы в их организмах обладают разными динамическими и информационными свойствами, но главное их отличие заключается в том, что у одного вида особей системы адаптации имеют постоянную чувствительность к вредным воздействиям. а у второго - переменную.

Особи с постоянной чувствительностью обеспечивают поиск новых свойств, полезных для выживания популяции. При этом процесс создания нового в живой природе имеет общие закономерности с системно-морфологическим подходом, применяемым в инженерной практике при поисковом проектировании. Движущей силой творчества в живой природе является изменение условий существования. Поиск возможных вариантов реализации структур и новых свойств организмов осуществляется путем целенаправленного изменения их характеристик, комбинированием альтернатив их составных компонентов и образованием новых, доселе не существовавших признаков и свойств. Проверка и испытание "опытных образцов" проводится по множеству показателей эффективности. Выбор жизнеспособного варианта осуществляется по обобщенному показателю (преимущественное размножение).

Особи, имеющие переменную чувствительность систем адаптации, осуществляют отбор, накопление и сохранение программ реализации живых систем в популяции. Циклические изменения чувствительности адаптивных регуляторов обеспечивают им регулярные тренировки на экстремальные нагрузки независимо от внешних условий, поэтому эти особи отличаются высокой устойчивостью к повреждающим воздействиям.

Выявленные особенности организации функции адаптации в живых организмах рекомендуется использовать как при создании адаптивных МСС, так и при эргономическом проектировании.

Шестая глава посвящена разработке функциональных моделей интеллектуальных функций животных и человека. Способность к обучению и интеллект являются отличительными свойствами живых организмов, познание которых необходимо для создания высокоразвитых технических ИИС.

Для идентификации функций обучения было проведено исследование нейронных структур мозга животных и человека, на основании которого разработана функциональная модель первичного элемента биологической системы обучения - нейрона. Установлено, что условием срабатывания нейрона в процессе обучения описывается выражением:

где x(tj\y(tj - сигналы, поступающие на вход нейрона в момент времени ti; Л; - коэффициенты чувствительности синапсов; а - постоянная забывания; Q объем памяти нейрона.

')ia модель объясняет, как нейрон осуществляет корреляционную обработку поступающих в него сигналов, выявляет связи между ними и фиксирует их путем изменения своих параметров и структуры. Обнаруженные свойства нейрона позволили сформулировать основные закономерности процесса обучения: цели, источники, критерии познания окружающего мира; сигналы, включающие систему обучения; механизмы закрепления знаний; способы обучения, а также факторы, влияющие на его эффективность.

Показано, что живые системы используют несколько способов обучения (в работе рассмотрены четыре), основанных на определении автокорреляционных и взаимно-корреляционных связей. Результаты этих исследований могут быть использованы при создании обучающихся технических систем, а также для повышения эффективности процессов профессионального обучения человека.

Для идентификации функций интеллекта автор использовал модели организации и управления современным крупным производством (менеджмента) и показал, что целенаправленная жизнедеятельность многоклеточного организма обеспечивается особой информационно-управляющей структурой, которая выполняет все функции интеллекта: объединяет множество узко специализированных клеток-производителей для достижения обшей цели - выживания, обеспечивает реализуемость и эффективность действий организма. Для осуществления этих функций в

состав информационно-управляющей структуры входят три компонента: датчики информации, средства ее обработки и исполнительные органы.

Особое внимание уделено моделированию интеллектуальных функций человека. Показано, что система управления поведением человека включает три взаимосвязанных н параллельно работающих системы интеллекта (рис. 7), которые имеют сходные принципы построения и общие средства управления, отличаются физической реализацией, источниками и способами хранения информации, полномочиями и кругом решаемых задач.

Рис. 7. Система управления поведением человека.

Детально проработаны все три системы интеллекта, их роль в поведении человека, решаемые задачи и особенности функционирования. Показано, что система интеллекта, обеспечивающая усвоение, накопление и использование коллективных знаний, в качестве управляющего воздействия использует процесс мышления. Разработана схема управления умственной деятельностью человека (рис. 8), которая включает внутренний 1, внешний 2 и адаптивный 3 контуры. Процесс адаптации умственной деятельности проявляется в форме творчества, которое обеспечивает поиск новых решений при изменении условий существования. С помощью этой модели определены основные операции умственной деятельности человека и последовательность их выполнения, а также погрешности и негативные проявления процесса мышления.

Было проведено функциональное моделирование процессов формирования и развития коллективного интеллекта в человеческом обществе.

Показано, что процесс познания обществом законов Мироздания во многом аналогичен корреляционной обработке информации в нейронных структурах мозга. Проведено математическое моделирование закономерностей обработки информации мозгом человека и обществом с помощью обобщенной модели физико-технических эффектов.

Рис. 8. Система управления умственной деятельностью человека.

Предложенные модели рекомендуется использовать при разработке алгоритмов работы человека в эргатических системах, в инженерной практике для развития технического творчества и при создании систем с искусственным интеллектом.

В седьмой главе даны рекомендации по применению наиболее существенных результатов биотехнических исследований автора для развития и совершенствования ИИС.

На основании обобщения свойств биологических систем были выделены следующие наиболее важные направления развития ИИС на базе бионики.

1). Миниатюризация первичных измерительных преобразователей (ИП), которая позволит использовать множество преобразователей, обладающих различными статическими и динамическими характеристиками, что обеспечит огромную избыточность измерений, необходимую для получения более глубоких и полных сведений о свойствах наблюдаемого объекта. При этом измерительный компонент ИИС может иметь как сосредоточенную, так и распределенную по объему наблюдаемого объекта структуру.

2). Совершенствование измерительных приборов и систем за счет использования высокоэффективных свойств биологических систем, таких

как: компенсация динамических погрешностей измерителей, косвенное определение амплитудно-частотных характеристик измеряемого сигнала, повышение контраста изображений, контроль работоспособности парных измерителей, а также включения в их структуру контуров самообучения и адаптации.

3). Организация комплексной системы получения и использования избыточной информации, охватывающей все уровни иерархии измерительных систем и межсистемных связей.

4). Создание интеллектуальных ИИС, обладающих способностью обучаться, адаптироваться и самосовершенствоваться. Отличительной особенностью таких ИИС является использование функционального резервирования не только измерительных каналов, но и регуляторов, исполнительных механизмов, способов адаптации и обучения, а также реализации функций интеллекта.

5). Совершенствование взаимодействия человека с ИИС на основе нового понимания его роли в эргатических системах. Базовой функцией человека в системах "человек-машина", обеспечивающей ему выполнение измерений, контроля и управления, следует считать работу в качестве параллельного информационно-измерительного комплекса (биоИИК), который обладает способностью к обучению, адаптации и самосовершенствованию.

6). Развитие адаптивной системы стандартизации, обеспечивающей контроль качества объектов стандартизации и гибкость разрабатываемых стандартов. Применение результатов биотехнических исследований для совершенствования систем стандартизации дает новое понимание проблем стандартизации и путей их решения.

В работе даны конкретные примеры использования разработанных автором моделей для решения отдельных задач по всем перечисленным выше направления. Особое внимание уделено результатам биотехнических исследований, раскрывающих недостатки и ограничения биоИИК человека, которые следует учитывать при эргономическом проектировании систем "человек-машина".

Наличие в биоИИК функциональных связей между зрительным и вестибулярным аппаратами является причиной возникновения искажений в восприятии зрительной картины при ускоренном движении человека. Эта связь оказывает негативное влияние на работоспособность человека при взлете, посадке и маневрировании объекта, а также в условиях невесомости.

Динамические свойства биоИИК обуславливают возможность нарушения работоспособности человека вследствие резонансных явлений в вестибулярных аппаратах. Такие явления вызывают вибрации и инфразвук, интенсивность которых превышает 10"^, а также пульсаций света с частотой

1... 10 Гц. На летательных аппаратах причиной возникновения у человека пространственных иллюзий и потерн пространственной ориентировки являются небольшие резонансные воздействия вибрации и инфразвука (менее 10"^) при ограниченных возможностях визуальных измерений.

Способность биоИИК человека к самосовершенствованию также имеет не только положительные, но и негативные последствия. Снижение загрузки функциональных систем, обусловленные стабильными или комфортными условиями работы, вызывает уменьшение адаптационного резерва организма человека и, следовательно, надежности функционирования эрга-тической системы в целом. В условиях частых перегрузок происходит обучение систем адаптации человека, в результате которого нарушается многопараметрический баланс внутренней среды его организма, что является причиной возникновения болезней адаптации. Для обеспечения высокой работоспособности человека в эргатических системах необходимо компенсировать негативные последствия адаптации биоИИК. В работе рассмотрены основные способы воздействия на организм человека, повышающие его адаптационные резервы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в диссертации результаты теоретических исследований, направленных на разработку нового научного направления в развитии информационно-измерительных систем - информационно-измерительной бионики, позволяют сделать следующие выводы:

1. Определены цель и основные концепции биотехнических исследований, которые базируются на использовании инженерных знаний и методов исследований для распознавания тайн живой природы, применении системного подхода для получения множества вариантов решений, использовании полученных знаний для развития техники, выживания живой природы (в первую очередь - человека) и активизации инженерного творчества.

2. Разработана методология биотехнических исследований, основанная на синтезе технических и медико-биологических знаний, которая позволяет найти новые технические решения при создании высокоинформативных, обучающихся, адаптивных и интеллектуальных ИИС. Эта методология учитывает современные проблемы проектирования новой техники, связывает в единую логическую систему цель, концепции, задачи, объекты и методы исследований и направлена на взаимное обогащение живой природы и техники.

3. Предложено идентифицировать функции органов чувств и мозга с помощью обобщенных моделей технических ИИС, что позволило преобразовать медико-биологические сведения из описательной формы в

функциональные модели биологических ИИС, а также выявить роль и значение отдельных органов и нервных цепей, определить методы измерений и обработки информации, применяемые в живой природе.

4. На основании биотехнических исследований органов чувств, участвующих в пространственной ориентации и навигации животных разработаны функциональные модели биологических измерителей силовых воздействий, инерциальных, обзорно-сравнительных и комплексных биологических ИИС. Установлены функции отдельных органов чувств в вестибулярном и зрительном аппаратах, выявлены контуры регуляции и адаптации в анализаторах, способы и средства координатных преобразований, причины методических и "инструментальных" погрешностей измерений.

5. Выявлены способы получения и использования избыточной информации в нейронных структурах биодатчиков, бносистем, биокомплексов и групп комплексов. На их основе разработаны функциональные схемы повышения быстродействия, расширения диапазонов измерений, косвенного определения навигационных параметров, контроля работоспособности и др., которые нашли применение при разработке систем навигации.

6. Разработаны функциональные модели нейрона, нейронных сетей и системы обучения организма, на основе которых установлено, что процесс обучения базируется на выявлении контраста между сигналами и его корреляционной обработке, закрепление знаний осуществляется путем изменения структуры и параметров нейронных сетей мозга. Выявлены закономерности и способы обучения живых организмов. Полученные результаты рекомендовано использовать при создании обучающихся технических ИИС и в эргономике для повышения эффективности обучения и тренировки операторов человеко-машинных систем.

7. Разработаны функциональные модели биологических систем адаптации, которые обеспечивают приспособление функциональных органов, организма в целом и популяции животных к случайным изменениям условий обитания. Исследованы режимы их работы при решении различных задач адаптации. Установлено, что на всех уровнях иерархии живых организмов системы адаптации включают две подсистемы (оперативную и долговременную), которые различаются быстродействием, содержанием измеряемых параметров и выполняемыми функциями. Результаты исследований рекомендовано испольшпать при разработке адаптивных ИИС и при эргономическом проектировании информационно-управляющих систем.

8. Установлено, что биологические системы адаптации обладают способностью обучаться и самосовершенствоваться. Чти свойства оказывают не только положительное, но и отрицательное влияние на

организм человека. Раскрыты причины негативных изменений адаптационных свойств человека во время его работы в эргатической системе. Предложена совокупность мероприятии, которые повышают адаптационные резервы человека и снижают негативные последствия адаптации. Полученные результаты рекомендуется использовать при разработке человеко-машинных систем любого назначения.

9. Разработаны функциональные модели интеллекта как ннфор-мационно-уирапляюшей системы, обеспечивающей достижение целей и выживание в нестационарных условиях, а также результативность и эффективность действий. Показано, что высокоразвитые организмы используют три вида систем интеллекта (генетическую, индивидуальную и коллективную), которые выполняют функции планирования, организации, мотивации и контроля поведения. Разработаны функциональные и математические модели умственной деятельности и процессов его творчества. Полученные результаты рекомендовано использовать при создании интеллектуальных ИИС и разработке алгоритмов деятельности человека в эрга-тических системах, а также в инженерной практике для целенаправленной тренировки и развития технического творчества.

10. Установлено, что в системах "человек-машина" базовой функцией человека является его работа в качестве параллельного интеллектуального информяннонио-нзмеригелышго комплекса (бноИИК), который обладает способностью к обучению, адаптации и самосовершенствованию. Выявлены причины, вызывающие искажения в восприятии информации, снижение работоспособность человека, отказы его биоИИК в условиях перегрузки, невесомости и резонансных воздействий вибрации, звука и света. Полученные результаты рекомендовано использовать при проектировании человеко-машинных систем для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека и надежности его работы.

11. Разработаны рекомендации по использованию результатов биотехнических исследований для совершенствования ИИС и и взаимодействий человека с техникой, а также для развития технического творчества. Показано, что основным направлением развития ИИС на базе бионики является обеспечение информационной избыточности и функционального резервирования методов измерений, обработки сигналов, преобразования информации, контуров управления н исполнительных механизмов, а также функций плантации, обучения и интеллекта. Рассмотрены особенности применения полезных свойств биологических систем для решения актуальных задач приборостроения и показана возможность улучшения на их основе характеристик технических систем.

Представленные результаты исследований и сделанные выводы позволяют утверждать, что задачи диссертационной работы решены в полном объеме.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Селезнева Н.В. Синтез корректирующих фильтров биотехнических навигационных систем. Тезисы доклада. М.: МВТУ, Труды II Всесоюзной НТК "Приборостроение", 1973, стр. 133.

2. Селезнева Н.В. Статистический синтез оптимальных параметров навигационного комплекса с дискретной информацией. Тезисы доклада. М. МВТУ, Труды межвузовского симпозиума "Проектирование гироскопических систем", 1973, стр. 145.

3. Селезнев В.П., Селезнева Н.В. Взаимосвязи между погрешностями каналов инерциальной системы (полуаналитического типа). - В кн. "Навигационные устройства". М.: Машиностроение, 1973, стр. 411-420 /9с./6 с./

4. Селезнев В.П., Селезнева Н.В. Случайные погрешности инерциальных систем. - В кн. "Навигационные устройства". М.: Машиностроение. 1973, стр. 429-434 / 5с. / 3 е./

5. Селезнева Н.В., Селезнев A.B., Ерохин. О.В. Инерциально-магнптная навигационная система. Труды МВТУ, № 210, 1976, стр. 70-75 /6 е./ 2с./

6. Селезнева Н.В. Определение оптимальных режимов работы навигационного комплекса со случайно меняющейся структурой. М.: Труды МИЭА, вып. 99, 1977, стр. 129-138.

7. Селезнева Н.В. Способы получения и использования избыточной информации в навигационных комплексах летательных аппаратов. М.: Труды МИЭА, вып. 101, 1979, стр. 154-160.

8. Селезнева Н.В. Развитие навигационных комплексов на базе микропроцессоров. М.: ЦИПК МАП, 1981, 31с.

9. Селезнева Н.В. Биотехнические методы обработки информации. Труды МВТУ, № 336, 1982, стр. 51 -56.

10. Селезнев A.B., Селезнева Н.В. Использование методов резервирования при контроле датчиков навигационной информации. - В кн. Проектирование автоматизированных систем контроля бортового оборудования летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1982, стр. 105-110.

1 1. Селезнева Н.В. Фотоника в измерительных системах. М.: ЦИПК МАП, 1982,29 с.

12. Селезнев A.B., Селезнева Н.В. Мультиплексирование в системах контроля. - В кн. Проектирование автоматизированных систем контроля бортового оборудования летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1982, стр. 128-133.

13. Селезнева Н.В. Применение системных подходов при разработке новой техники. М.: ЦИПК МАГ1, 1983. 75 с.

14. Селезнева Н.В.. Селезнев Л.В.. Щепетов Л.Г. Микропроцессоры в измерительных приборах. М.: ВЗМИ, 1982, 135-140 с. /6 с./2 е./

15. Селезнев В.П.. Селезнева Н.В. Обзорно-сравнительные методы и системы навигации. - В кн. Навигационные приборы и системы. Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1983, стр. 345-373 /28 е./ 14с./

16. Селезнев В.П.,' Селезнева Н.В. Навигационные комплексы. - В кн. Навигационные приборы и системы. Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1983, стр. 374-446 / 72 с. / 36 е./

17. Селезнев A.B., Селезнева Н.В. Развитие методов измерений угловых ускорений. - В кн. Измерение угловых ускорений. М.: Машиностроение. 1984.стр. 132-153/21 е./ 15 с./

18. Селезнева Н.В. Акустические навигационные биосистемы. М.: ЦИПК МАП, 1984.45 с.

19. Селезнева Н.В. Инерциальные биодатчики и биосистемы. М. ЦИПК МАП, 1984,75 с.

20. Селезнева Н.В. Обобщенная модель навигационного комплекса позвоночных животных. М.: МОИП, серия "Биология", 1984, стр. 76-79.

21. Селезнева Н.В. Научные основы эргономики. М.: ЦИПК МАП, 1984, 22с.

22. Селезнева Н.В. Функциональное состояние и адаптация человека в условиях, производства. М.: ЦИПК МАП, 1984,32с.

23. Селезнева Н.В. Моделирование биологического датчика курса. М.: МОИП, серия "Биология", 1985, стр. 107-111.

24. Селезнева Н.В. Информационные возможности человека в системе "человек-машина-среда". М.: ЦИПК МАП, 1985,35с.

25. Селезнева Н.В. Обучение человека в эргатических системах. М.: ЦИПК МАП, 1985,26с.

26. Селезнева Н.В. Модель компенсации дштмических погрешностей в органах чувств. М.: МОИП, серия "Биология", 1986, стр. 161-165.

27. Селезнева Н.В. О системном подходе п творчестве М.: ЦИПК МАП, 1986,30с.

28. Селезнева Н.В. Моделирование функций зрительного анализатора. М.: МОИП, серия "Биология", 1987, стр. 132-136.

29. Селезнева Н.В.. Селезнев В.П. Навигационная бионика. М.: Машиностроение. 1987. 256 е./120 е./

30. Селезнева Н.В. Структурные способы компенсации динамических погрешностей измерительных систем. - В сб. "Приборы точной механики". Труды МИН, 1988, стр. 136-145.

31. Селезнева Н.В. Обучение и адаптация измерительных систем. - В сб. "Метрологическое обеспечение научных исследований и учебных процессов в вузах". Труды МИП, 1988, стр. 103-112.

32. Селезнева Н.В. Математическая модель автоматизированной системы метрологического обеспечения ГПС. - В сб. "Математические методы в метрологии". Труды МИП, 1989, стр. 110-118.

33. Селезнева Н.В. Фотонные приборы и измерительные системы. - В сб. "Точные приборы и измерительные системы". М.: Труды МИП, 1989. стр. 78-87.

34. Селезнева Н.В., Тимофеев Л.Ф., Ахматов В.А. Некоторые направления совершенствования пнерциальных систем. М.: ЦИПК МАП, 1990. 117с. /36с./

35. Селезнева Н.В. Фотонные измерители в автоматизированных метрологических системах. Тезисы доклада. Труды всесоюзной НТК "Современные проблемы физики и ее приложений". ВИНТИ, 1990, стр. 113.

36. Селезнева Н.В. Основы технического творчества в программах обучения метрологов. М.: "Метрологическая служба в СССР", № 9, 1990, стр.

37. Селезнева Н.В. Системно-морфологический подход в задачах автоматизации поверочных работ. - В сб. "Современные проблемы автоматизации в системах метрологического обеспечения". М.: МИП. 1990, стр. 103-111.

38. Селезнева Н.В. Развитие творческою потенциала студентов. Тезисы доклада. Труды всесоюзной НТК "Научно-методические и организационное обеспечение непрерывной подготовки студентов вузов". Владимир: ВПИ, 1991, стр. 142-145.

39. Селезнева Н.В. Системно-кибернетический подход в изложении основ стандартизации. М.: Стандарты и качество, № 7, 1992, стр. 66-69.

40. Селезнева Н.В. Человек как биологическая информационно-измерительная система. Часть I. Информационные свойства. М.: МГА ПИ, 1993,57 с.

41. Селезнева Н.В. Человек как биологическая информационно-измерительная система. Часть 2. Функции адаптации. М.: МГА ПИ, 1994, 59 с.

42. Селезнева Н.В. Человек как биологическая информационно-измерительная система. Часть 3. Функции обучения, интеллекта и творчества. М.: МГА ПИ, 1995, 80 с.

43. Селезнева Н.В. Бионика информационно-измерительных систем. Тезисы доклада. Труды межвузовской НТК "Фундаментальные основы создания научноемких и высокоточных приборов". М.: МГА ПИ, 1997, стр. 105-109.

44. Селезнева Н.В. Развитие методов групповой навигации на основе бионики. Тезисы доклада. Труды межвузовской НТК "Фундаментальные

основы создания научно-емких и высокоточных приборов". Дополнения. М: МГА ПИ. 1997, стр. 88-91.

45. Селезнева П.В. Биологические информационно-измерительные системы. Часть 1. Навигация и пространственная ориентация. М.: МГА ПИ, 1997.253 с.

46. Селезнева П.В. Биологические информационно-измерительные системы. Часть 2. Обработка информации, обучение, интеллект. М.: МГА 1111,1998.150 с.

47. Селезнева И.В. Биологический навигационный комплекс человека в эргатических системах автоматизации. М.: "Автоматизация и современные технологии" №1, 1998, стр. 31-36.

48. Селезнева Н.В. Разработка методологии развития информационно-измерительных систем на основе бионики. М.: "Информатика - машиностроение", №1, 1998, стр. 31-37.

49. Селезнева Н.В. Методология биотехнических исследований информационно-измерительных систем. Тезисы доклада. Труды международной НТК "Фундаментальные и прикладные проблемы информатики, приборостроения и экономики". Сочи, МГА ПИ, 1998.

Подп.в печать 29.10.98г. Формат 60x84.1/16. Объем 2.0 п.д. Тираж 100 экз. Заказ 120.

МГАПИ

УТВЕРЖДАЮ

Ректор ЦИЦКК АП академик Международной АН Априроде шобществе

|_о.к. НОВИКОВ

» //./^Хс- 1998 г.

СЕЛЕЗНЕВОЙ НАТАЛИИ ВАСИЛЬЕВНЫ

на тему:

"Разработка функциональных моделей и методов совершенствования информационно-измерительных систем

на основе бионики", представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.16 "Информационно-измерительные системы"

Настоящий акт свидетельствует об использовании представленных в диссертации научных положений, методологии бионических исследований, функциональных моделей информационных, адаптивных и интеллектуальных свойств человека, а также рекомендаций по оптимизации взаимодействий человека с бортовым оборудованием при разработке программ повышения квалификации и обучении руководящих кадров и специалистов отрасли по направлениям: комплексирование бортового оборудования летательных аппаратов (П.03.1-11; П.03.1-28), эргономика авиационной техники (П.03.1-23), навигационные приборы, системы и комплексы (П.03.1-23), промышленная эргономика (П.03.1-27), в период с 1978 по 1990 г.г.

Внедрение в учебный процесс полученных в диссертации результатов способствовало повышению научно-методического уровня преподавания учебных курсов и развитию творческих способностей специалистов при создании новой техники.

Заведующий кафедрой

систем управления и навигации

летательных аппаратов

кандидат технических наук, доце А.Ф.

УТВЕРЖДАЮ .Генеральный директор г Батщодалъного института

/ /, у<авиаци^оннь[х технологий, I V/ * д.т.н., профессор>_академик ИА РФ

О.С. Сироткин

АКТ

о внедрении результатов докторской диссертации СЕЛЕЗНЕВОЙ НАТАЛИИ ВАСИЛЬЕВНЫ на тему :

«Разработка функциональных моделей и методов совершенствования информационно-измерительных систем

на основе бионики», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.16 «Информационно-измерительные системы»

Настоящий акт свидетельствует об использовании результатов биотехнических исследований, представленных в диссертации Селезневой Н.В., а также опубликованных ею в книге «Навигационная бионика» (Машиностроение, 1987) и учебных пособиях, выпущенных Центральным институтом повышения квалификации Минавиапрома, при разработке «Целевой программы автоматизации отраслевого производства (разделы внедрения ГПС, устранения тяжелого и вредного труда и др.), при выполнении ОКР по созданию комплексных систем автоматизации технологического оборудования, человеко-машинных систем и информационно-измерительных систем контроля качества выпускаемой продукции.

Кроме того автор лично участвовал в обучении специалистов при повышении квалификации в отраслевом учебном центре при НИАТ по тематике «Промышленная бионика» и «Обучение и адаптация человека в эргономических системах».

Заместитель Генерального директора, к.т.н.

В.В. Плихунов