
- •Условные обозначения
- •1.Анализ объектов проектирования как систем
- •1.1 Общие понятия и принципы представления информации о системах
- •1.2 Системный подход к декомпозиции и разработке классификаций объектов проектирования
- •1.3 Графическое представление иерархической структуры системы
- •1.3.1 Графы и деревья. Основные понятия, формализация информации в виде матриц смежности и инцидентности.
- •1.3.2 Особенности выделения уровней иерархии
- •1.4 Использование и - или - деревьев для обобщения информации о группах объектов
- •1.5 Возможности автоматизации решения задач классификации и представления структуры систем
- •2 Модели проектирования сложных технических систем
- •Процедурная модель проектирования
- •Эволюция системы – совмещает традиционные этапы: составление программ, их тестирование и интеграцию (комплексирование): Происходит последовательная разработка ряда прототипов.
- •2 Принципы организации информации о системе для эффективной обработки на эвм
- •2.1 Анализ современных средств структурного анализа систем и их применение
- •2.2 Диаграммы потоков данных
- •2.2.1 Контекстная диаграмма и детализация процессов
- •Обслужить 0
- •Компьютер банка
- •Детализация процесса Обслужить с использованием dfd первого уровня
- •2.2.2 Декомпозиция данных и расширение обозначений потоков данных для dfd
- •2.2.3 Расширение обозначений реального времени потоков данных для dfd (управляющие процессы)
- •2.2.4 Словарь данных и спецификация процессов
- •3.6.1 Содержимое словаря данных
- •2.3 Спецификация управления. Диаграммы переходов состояний std
- •5 Sadt - технология анализа и проектирования
- •5.1 Активностная (функциональная) модель проектируемой системы
- •5.2 Отношения между активностями системы
- •5.3 Примеры применения sadт технологи
- •7 Средства проектирования физической модели системы
- •2.4.1 Структурные карты Константайна
- •2.4.2 Структурные карты Джексона
- •2.6 Общие принципы представления информации о системах
- •2.7 Информационное взаимодействие классов при различных видах наследования
- •Астатические системы
- •Принципы комбинированного управления
- •Системы с неполной начальной информацией (кибернетические)
- •Самонастраивающиеся системы (снс)
- •Виды систем автоматического управления
- •Развитие управления процессами. Уровни автоматизации
- •Обработка данных и слежение за ними
- •Оптимальный уровень автоматизации
- •Сетевое планирование и управление
- •Автоматизированное проектирование сложных объектов и систем Курс лекций
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ сложных объектов и СИСТЕМ
КУРС ЛЕКЦИЙ
для студентов специальности 8.080 402
«Информационные технологии проектирования»
дневной и заочной форм обучения
Краматорск 2010
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
сложных объектов и СИСТЕМ
КУРС ЛЕКЦИЙ
для студентов специальности 8.080402
«Информационные технологии проектирования»
дневной и заочной форм обучения
Утверждено
на заседании методического совета ДГМА
Протокол № от 2006 г.
Краматорск 2006
ББК 32.965
УДК 004.415.26
Автоматизированное проектирование сложных объектов и систем: Курс лекций для студентов специальности 8.080402 «Информационные технологии проектирования» дневной и заочной форм обучения. / Сост. А.Ф.Тарасов. – Краматорск: ДГМА, 2006. – с.
Рассмотрены концепции, базовые принципы, методы поэтапного анализа и синтеза сложных систем, выделения аспектов их рассмотрения, диаграммные методики документирования проектов программных систем (ПС). Рассматриваются вопросы проектирования как машиностроительных, так и программных изделий, чтобы выделить общие подходы к реализации процесса проектирования сложных систем и показать особенности, связанные с объектом проектирования. ПС как любые технические системы постоянно развиваются, поэтому в процессе проектирования и новой техники, и программного обеспечения важное значение имеет рассмотрение тенденций развития и изменения технологий проектирования, способов решения возникающих задач и проблемных ситуаций. Показано применение диаграммных методик (DFD, STD, ERD и других) при структурном подходе к проектированию ПС. Рассмотрены также отдельные вопросы организации инфраструктуры, в которой функционируют системы автоматизированного проектирования (САПР) и другие программные системы.
Составитель: А.Ф. Тарасов, проф.
Отв. за выпуск А.Ф. Тарасов, проф.
СОДЕРЖАНИЕ
|
|
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................………. |
|
1 Анализ объектов проектирования как систем.............. |
|
1.1 Общие понятия и принципы представления информации о системах............................................................................……………... |
|
1.2 Системный подход к декомпозиции и разработке классификаций объектов проектирования...................……………… |
|
1.3 Графическое представление иерархической структуры систем ..........................................................................………………… |
|
1.3.1 Графы и деревья. Основные понятия, формализация информации в виде матриц смежности и инцидентности…….. |
|
1.3.2 Особенности выделения уровней иерархии…..…………… |
|
1.4 Использование И - ИЛИ - деревьев для обобщения информации о группах объектов……………………………….……. |
|
1.5 Возможности автоматизации решения задач классификации и представления структуры систем……………….. |
|
2 МОДЕЛИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ……………………………………………………………………. |
|
2.1 Становление науки о проектировании |
|
2.1 Обзор исследований в области методологии проектирования |
|
2.3 Жизненный цикл системы 2.4 Схемы и алгоритмы решения творческих задач |
|
2.5 Понятие и принципы проектирования технических объектов |
|
2.6 Процедурная модель проектирования технических объектов |
|
2.7 Целевое проектирование. Компоненты проектирования. |
|
2.7.1 Оценка целей проектирования. Матрица смежности для орграфа целей |
|
2.7.2 Модель технической оценки вариантов решений |
|
2.8 Технологический процесс разработки автоматизированных систем- SSADM |
|
2.8.1 Характеристика методики определения требований к АС |
|
3 МОДЕЛИ Жизненного цикла и ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ |
|
3.1 Принципы инженерии программного обеспечения |
|
3.2 Жизненный цикл программного продукта и его этапы |
|
3.3 Функции CASE - средств при автоматизации ЖЦ ПО |
|
3.4 Жизненный цикл разработки программного обеспечения при ООП проектировании |
|
3.5 Принципы организации информации о системе для эффективной обработки на ЭВМ |
|
3.6 Анализ современных средств структурного анализа систем и их применение |
|
3.6.1 Диаграммы потоков данных |
|
3.6.2 Контекстная диаграмма и детализация процессов |
|
3.6.3 Декомпозиция данных и расширение обозначений потоков данных для DFD |
|
3.6.4 Расширение обозначений реального времени потоков данных для DFD (управляющие процессы) |
|
3.6.5 Словарь данных и спецификация процессов |
|
3.7 SADT - технология структурного анализа и проектирования |
|
3.8 Общие принципы представления информации о системах |
|
3.9 Информационное взаимодействие классов при различных видах наследования |
|
4 ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ |
|
4.1 Технологическая зрелость производства |
|
4.2 Интегрированные и гибкие производственные системы |
|
4.3 Системы автоматизированного управления технологическими объектами |
|
5 ПЛАНИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОЦЕССА ПРЕКТИРОВАНИЯ |
|
5.1 Управление процессом проектирования |
|
5.2 Задачи теории расписаний и календарного планирования |
|
5.2.1 Постановки задачи теории расписаний |
|
5.2.2 Виды задач на составление расписаний |
|
5.2.3 Сетевое планирование и управление, корректировка распределения ресурсов |
|
5.6 Функционально (инженерно) стоимостной анализ технических решений |
|
5.6.1Сущность функционального подхода при выполнении экономического анализа технических решений |
|
5.6.2 Принципы и этапы проведения ФСА, их характеристика |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
|
Условные обозначения
ПК – персональный компьютер;
САПР - системы автоматизированного проектирования;
ИАСУ – информационная автоматизированная систем управления производством;
АСОУ - автоматизированная система организационного управления;
ЖЦ - жизненный цикл системы (объекта);
CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support) - система непрерывной информационной поддержки всех стадий жизненного цикла продукта;
ООП - объектно - ориентированный подход;
БД и БЗ - базы данных и знаний;
ТС - техническая система;
ТО - технический объект;
ИИ - искусственный интеллект;
ЕСКД - единая система конструкторской документации;
ЕСТД - единая система технологической документации;
ЕСТПП - единая система технологической подготовки производства;
ЕСПД - единая система программной документации;
ТЗ - техническое задание;
CASE (Computer-Aided Software Engineering) – средство проектирования программных и автоматизированных систем;
SSADM (Structured Systems Analysis and Design Method) – технология разработки автоматизированных систем;
CAD (Computer-Aided Design) - системы автоматизированного проектирования предназначены для создания объемных моделей изделий;
CAE (Computer-Aided Engineering) – системы обеспечивают выполнение инженерных расчётов (прочность, кинематические, динамические, тепловые и другие процессы);
CAM (Computer-Aided)– системы для разработки технологических процессов обработки деталей на станках с ЧПУ, визуализации процессов обработки;
СРС - специализированные подсистемы для расчёта процессов литья, формоизменения листовых деталей, проектирования пружин, сварки, разводки трубопроводов;
PDM – системы для решения организационных вопросов при проектировании изделий;
CRM - системы для взаимодействия с потребителями продукции;
MES (Manufacturing Execution Systems) - производственные исполнительные системы для оперативного планирования и управления производством.
ERP – системы управления ресурсами предприятия.
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация проектирования стала возможной не только в связи с развитием компьютерной техники, но и вследствие появления новых информационных технологий, обеспечивающих совместную работу сотрудников предприятия по обеспечению деятельности создателей новых технических систем. Поэтому сегодня системы автоматизированного проектирования (САПР) превратились в организационно-технические системы, включающие функции организации коллективной работы над проектами, создание электронных архивов, баз стандартизованных элементов конструкции и другие. Для эффективного применения САПР необходимо создание определенной инфраструктуры, включающей необходимые ресурсы, материально - технические компоненты и организационные решения по поддержке функционирования САПР.
САПР в свою очередь входит в состав интегрированной автоматизированной системы управления производством (ИАСУ) и активно взаимодействует с другими компонентами этой системы. Современное развитие САПР происходит в рамках поддержки части этапов жизненного цикла проектируемой системы (продукта). Жизненный цикл (ЖЦ) продукта - это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта (ISO 9004-1). Непрерывная информационная поддержка всех стадий ЖЦ продукта осуществляется в рамках CALS-систем (Continuous Acquisition and Life cycle Support) и представляет собой стратегию перехода на безбумажную электронную технологию. Целью такого перехода является повышение эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта, за счет совместного использования информации на всех этапах ЖЦ. Информационная интеграция производится на основе единой модели создаваемой технической системы.
С развитием информационных технологий связывают главнейшую задачу - существенное сокращение сроков создания новой техники, реализующей прогрессивную технологию, повышающую производительность труда, высоконадежную, с минимальным потреблением материальных и энергетических ресурсов. Автоматизация проектирования – естественный процесс развития интеллектуальной и материальной основы процесса автоматизации в целом. Хотя проектирование относится к производственной деятельности человека в нем существенны творческие начала, что придает ему определенные черты искусства. Задача САПР не в замене человека программной системой, а в предоставлении инструментов для информационного, методического и других видов обеспечения проектирования, включая приемы и методы поиска вариантов оптимальных технических решений. Проектирование сложных систем – поэтапный, вариативный, итерационный процесс, требующий анализа технических систем - аналогов, синтеза конструктивных решений, сравнения и выбора наилучшего варианта, определения оптимальных параметров элементов системы и реализации других функций. Процесс проектирования осуществляется за ряд стадий (этапов), на каждом из которых решаются свои важные задачи: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая документация. САПР в состоянии помочь конструктору в выполнении многих процедур и операций этих этапов - проектировочные и проверочные расчеты, поиск необходимой информации, проведение кинематического и динамического анализа объектов проектирования, оптимизации его параметров, математического и геометрического моделирования. Создаются САПР и для поискового конструирования, включая синтез вариантов технических решений и выбор из них оптимального. Широко применяется автоматизированный расчет и конструирование деталей машин, некоторых узлов и других изделий. Однако, несмотря на успехи в развитии САПР, системы, охватывающие все стадии разработки от технического задания до рабочей документации, есть только в отдельных областях техники. Это связано со сложностью формального описания процесса проектирования, которое позволило бы использовать средства САПР на всех стадиях разработки проекта и документации.
Основные концепции автоматизации проектирования:
1 При любом уровне автоматизации проектирования человек всегда будет основным элементом системы - за ним остается окончательный выбор проектных решений.
2 В процессе развития САПР формы проектирования будут изменяться, но этапность проектирования, отвечающая процессу распознавания объекта в среде его окружения и основанная на концепции жизненного цикла изделия, останется неизменной.
3 Проектирование должно осуществляться в едином информационном пространстве. В основе этой концепции лежит использование открытых архитектур программных систем и международных стандартов обмена данными.
Методическое обеспечение САПР объединяет логику процесса проектирования, методы и алгоритмы выполнения проектных процедур и операций, ориентированных на использование компьютеров, методы описаний объекта проектирования на последовательных стадиях разработки.
САПР в свою очередь также являются системами, которые требуют проектирования, поэтому в данном учебном пособии рассматриваются вопросы проектирования как машиностроительных, так и программных изделий, чтобы выделить общие подходы к реализации процесса проектирования сложных систем и показать особенности, связанные с объектом проектирования. САПР как любая техническая система постоянно развивается, поэтому в процессе проектирования и новой техники, и программного обеспечения важное значение имеет рассмотрение тенденций развития и изменения технологий проектирования, способов решения возникающих задач и проблемных ситуаций.
Цель дисциплины - изучить базовые принципы, методы, подходы к поэтапному анализу и синтезу сложных систем, выделению аспектов их рассмотрения, диаграммные методики документирования проектов программных систем. Важное значение имеют также вопросы создания определенной инфраструктуры, в которой функционирует САПР и другие программные системы.