ЗАДАНИЕ Биотехническая система. Классификация. Структура, элементы, каналы взаимодействия. Принципы построения.

ЗАДАНИЕ
Биотехническая система. Классификация.
Структура, элементы, каналы взаимодействия. Принципы построения.
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
Биотехническая система называется система, технические и биологические звенья (элементы) которой объединены в едином контуре управления для достижения целевой функции. Таким образом, биотехническая
система представляет, во-первых, совокупность технических и биологических
звеньев (элементов), и, во-вторых, обязательным условием является наличие
контуров управления, в которые включены и технические и биологические
звенья для достижения целевой функции системы. Приведем пример, простую
совокупность технических звеньев – различные приборы, средства измерения,
отображения информации, средства управления и человека (биологическое
звено) для неработающей системы (система в выключенном состоянии) нельзя
рассматривать как биотехническую систему. Эту же систему в рабочем состоянии, в том случае, когда измерительная информация от объекта управления
поступает на средства обработки информации, далее систему отображения
информации, далее предъявляется человеку-оператору, который участвует в
процессе обработки информации и принятии решения по управлению объектом, далее управляющие сигналы от человека-оператора поступают на средства воздействия, средства управления техническим объектом, следует рассматривать как биотехническую систему.
В зависимости от целевого назначения биотехнические системы подразделяются на:
1. Биотехнические системы эргатического типа (назначения);
2. Биотехнические системы медицинского назначения;
3. Биотехнические системы экологического назначения.
Биотехнические системы эргатического типа (назначения) – по сути системы человеко-машинная система, в которой биологическое звено- человекоператор управляет работой системы.
Биотехнические системы медицинского назначения – система, содержание различные инструментальные средства для реализации различных медикобиологических исследований. В свою очередь, биотехнические системы медицинского назначения подразделяются на диагностические БТС, предназначенные для осуществления диагностических исследований; терапевтические,
предназначенные для формирования лечебного воздействия; реабилитационного назначения – для реализации медицинской реабилитации, восстановления
утраченных функций систем организма, мониторинговые системы – для длительного наблюдения за состоянием человека и предупреждения нежелательных нарушений в функциональной деятельности организма и т.д.
Наряду с техническими и биологическими звеньями в структуре
биотехнической системы следует выделить каналы взаимодействия.
Взаимодействие между элементами системы в БТС может осуществляться с использованием физических полей и вещества, поэтому следует выделять каналы взаимодействия:
- каналы энергетического взаимодействия (используется энергия полей для взаимодействия между биологическими и техническими элементами);
- каналы вещественного взаимодействия (используется вещество).
Например, в БТС медицинского назначения используется фармакологическое
воздействие на человека.
- каналы информационного взаимодействия (управление техническими и биологическими звеньями системы осуществляется на основе информации.
В свою очередь, в зависимости от вида используемых полей и сенсорной
системы человека (биологического объекта), участвующей в получении информации канал информационного взаимодействия подразделяется на:
- канал информационного взаимодействия оптического типа;
- канал аудио информационного взаимодействия;
- канал тактильного взаимодействия;
- канал вибрационного взаимодействия и т.д.
Принципы построения Биотехнических систем.
При построении биотехнических систем необходимо руководствоваться
принципами (правилами) построения, применение которых позволит оптимизировать структуру и характеристики БТС, обеспечить максимальное согласование звеньев (элементов) системы, повысить эффективность сиснтеза биотехнической системы.
Совокупность принципов построения БТС следует подразделить на две
группы.
Первая группа принципов построения – общетехнические, которые
относятся ко всем биотехническим система. Перечислим общетехнические
принципы:
Принцип адекватности условий. Этот принцип требует создания условий для функционирования биологических звеньев системы, которые адекват-
ны условиям естественного функционирования (обитания). Создание условий,
не адекватных естественным условия может вызвать изменения в функционировании систем организма, изменение физиологических и психофизиологических характеристик и как следствие – невозможность достижения целевой
функции биотехнической системы.
Принцип единства информационной среды. Этот принцип требует согласования характеристик информационных потоков в каналах информационного взаимодействия и контурах управления. Информационные характеристики источника информации, например средства отображения информации,
должны быть согласованы с информационными характеристиками приемника,
например зрительной системы человека. Пропускная способность приемника
должна быть не ниже пропускной способности источника. В крайнем случае,
возможна потеря информации и неадекватное управление состоянием системы.
Принцип поэтапного моделирования биотехнической системы. Этот
принцип предполагает последовательное поэтапное уточнение функций биологического объекта в контуре управления, его взаимодействия с техническими звеньями системы и уточнение характеристик канала взаимодействия с целью оптимизации функционирования всей биотехнической системы.
Вторая группа принципов – частные принципы, которые учитывают
специфику конкретной синтезируемой биотехнической системы.
Они формулируются исходя из специфики взаимодействия биологического звена (элемента) с техническими элементами в контуре управления для
конкретного вида деятельности биотехнической системы, должны учитывать
режимы работы, характер проводимых медико-биологических исследований.
Например, в системах для исследования цветового зрения, необходимо
обеспечивать изменение цветовых характеристик зрительных стимулов при
неизменности их яркости. В этой связи необходимо выполнять принцип независимости задания и изменения параметров цвета. В системах искусственной
вентиляции легких необходимо обеспечить независимость задания и изменения объема вентиляции, продолжительности вдоха и выдоха. Некоторых случаях требуется обеспечить неизменность скорости вентиляции и т.д. Поэтому
частные принципы построения формулируются исходя из особенностей конкретных медико-биологических исследований.
Выполнение общих и частных принципов построения биотехнических
систем позволяет синтезировать системы, в которой оптимально согласованы
между собой технические и биологические звенья системы, что в свою очередь
позволяет оптимизировать функционирование всей системы.