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.