24. Системы компьютерной математики и математического моделирования (Matlab и др.).

MATLAB - высокопроизводительный язык для технических расчетов. Типичное использование MATLAB - это: 1)математические вычисления 2)создание алгоритмов 3)моделирование 4)анализ данных, исследования и визуализация 5)научная и инженерная графика 6)разработка приложений, включая создание графического интерфейса.

MATLAB - это интерактивная система, основным элементом данных является массив. Позволяет решать задачи, связанные с техническими вычислениями, особенно в которых используются матрицы и вектора, в несколько раз быстрее, чем при написании программ с использованием "скалярных" языков программирования. В университетской среде, он представляет стандартный инструмент для работы в различных областях математики, машиностроении и науки. В промышленности, MATLAB - это инструмент для высокопродуктивных исследований, разработок и анализа данных. В MATLAB важная роль отводится специализированным группам программ, называемых toolboxes. Toolboxes - это всесторонняя коллекция функций MATLAB (М-файлов), которые позволяют решать частные классы задач. Toolboxes применяются для обработки сигналов, систем контроля, нейронных сетей, нечеткой логики, моделирования и т.д.

Система MATLAB состоит: 1) Язык MATLAB. язык матриц и массивов высокого уровня с управлением потоками, функциями, структурами данных, вводом-выводом и особенностями объектно-ориентированного программирования. 2)Среда MATLAB. набор инструментов и приспособлений, с которыми работает пользователь или программист MATLAB. включает средства для управления переменными в рабочем пространстве MATLAB, вводом и выводом данных, а также создания, контроля и отладки М-файлов и приложений MATLAB. 3)Управляемая графика. графическая система MATLAB, включающая в себя команды высокого уровня для визуализации двух- и трехмерных данных, обработки изображений, анимации и иллюстрированной графики. Также включает в себя команды низкого уровня, позволяющие полностью редактировать внешний вид графики, также как при создании Графического Пользовательского Интерфейса (GUI) для MATLAB приложений. 4)Библиотека математических функций. обширная коллекция вычислительных алгоритмов от элементарных функций, таких как сумма, синус, косинус, комплексная арифметика, до более сложных, таких как обращение матриц, нахождение собственных значений, функции Бесселя, быстрое преобразование Фурье. 5)Программный интерфейс. библиотека, которая позволяет писать программы на Си и Фортране, которые взаимодействуют с MATLAB. Она включает средства для вызова программ из MATLAB (динамическая связь), вызывая MATLAB как вычислительный инструмент и для чтения-записи МАТ-файлов.

25. Системы автоматизированного проектирования .

Структура САПР. Как и любая сложн система, САПР состт из подсистем. Разли­ч подсист: 1)Проектирующие подсистемы непоср вып-ют проектн процедуры. Примерами проектирующих подсистем м служить подсист геометрич трехмерн моделир-ия мех объектов, изгот-ия конструкторск док-ции, схемотехнич анализа, трассировки соединений в печатн платах. 2)Обслуживающие подсистемы обесп-ют функционир-е проектир подсистем, их сов-ть часто наз системной средой (или оболочкой) САПР. Типичн обслуживающи­ми подсист явл подсист упр-ия проектн данными (PDM — Product Data Management), упр-ния пр-сом проектир-я (DesPM — Design Process Management), пользо­ват интерфейса д/связи разработчиков с ЭВМ, CASE (Computer Aided Software Engineering) д/разр-ки и сопровожд-я прогр обесп-я САПР, обучающие подсистемы для ос­воения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Структуриров-е САПР по разл аспектам обусловл-ет появл-е видов обеспеч-я САПР. Принято выд семь видов обеспечения: 1)технич (ТО), вкл-ее различ аппаратн ср-ва (ЭВМ, периферийные уст­р-ва, сетевое коммутацион оборуд-е, линии связи, измерит ср-ва); 2)мат (МО), объед-ее мат м-ды, модели и алг-мы для вы­п-ия проектир-ия; 3)прогр (ПО), представл-е комп прогр-ами САПР; 4)информац (ИО), сост-ее из баз данных (БД), систем упр-я базами данных (СУБД), а также др данных, исп-мых при проектир-ии; отметим, что вся сов-ть исп-мых при проектир-ии данных наз инф фондом САПР, а БД вместе с СУБД носит название банка данных (БнД); 5)лингвистич (ЛО), выражаемое языками общения м/у проектировщиками и ЭВМ, язы­ками прогр-ния и языками обмена данными м/у технич ср-ми САПР; 6)методич (МетО), вкл-ее разл мет-ки проектир-ия, иногда к МетО относят также мат обесп-е; 7)орг-ное (ОО), представляемое штатн расписаниями, должн-ми инстр-ми и др док-ми, регламентир-ми р-ту проектн пр-тия.

Разновидности САПР. Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков:

По приложениям наиб представит и широко исп-ми явл след гр-пы САПР. 1.САПР д/применения в отраслях общ машиностроения. Их часто наз машиностроит САПР или MCAD (Mechanical CAD) системами. 2.САПР д/радиоэлектроники. Их названия — ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы. 3.САПР в обл-ти архитектуры и стр-тва.

Кроме того, известно большое число более специализированных САПР, или выделяемых в ука­занных группах, или представляющих самостоятельную ветвь в классификации. Примерами таких си­стем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР элек­трических машин и т.п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные ас­пекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются CAE/CAD/CAM системы: 1)САПР функционального проектирования, иначе САПР-Ф или САЕ (Computer Aided Enginee­ring) системы. 2. конструкторские САПР общего машиностроения — САПР-К, часто называемые просто CAD системами; 3.технологические САПР общего машиностроения — САПР-Т, иначе называемые автоматизи­рованными системами технологической подготовки производства АСТПП или системами САМ (Computer Aided Manufacturing).

По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, на­пример, комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных эле­ментов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными ар­хитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР.

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т.е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Поэтому к этой груп­пе систем относ. большинство граф. ядер САПР в обл. машиностроения.

2.САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно не­сложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преиму­щественно встречаются в технико-экономических приложениях, например, при проектировании биз­нес-планов, но имеют место также при проектировании объектов, подобных щитам управления в си­стемах автоматики.

3.САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые программно-методические комплексы, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по методу конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматиче­ского управления и т.п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить про­граммы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

4.Комплексные (интегрированные) САПР, сост. из сов-сти подсистем предыдущих видов.

26. Методы математической статистики. Программные средства статистического анализа данных (Statistiсa и др.).

Методы математической статистики- это универсальная интегрированная система, предназначенная для статистического анализа и визуализации данных, управления базами данных и разработки пользовательских приложений, содержащая широкий набор процедур анализа для применения в научных исследованиях, технике, бизнесе, а также специальные методы добычи данных.

Помимо общих статистических и графических средств в системе имеются специализированные модули, например, для проведения социологических или биомедицинских исследований, решения технических и, что очень важно, промышленных задач: карты контроля качества, анализ процессов и планирование эксперимента. Работа со всеми модулями происходит в рамках единого программного пакета, для которого можно выбирать один из нескольких предложенных интерфейсов пользователя.

С помощью реализованных в системе STATISTICA мощных языков программирования, снабженных специальными средствами поддержки, легко создаются законченные пользовательские решения и встраиваются в различные другие приложения или вычислительные среды. Очень трудно представить себе, что кому-то могут понадобиться абсолютно все статистические процедуры и методы визуализации, имеющиеся в системе STATISTICA, однако опыт многих людей, успешно работающих с пакетом, свидетельствует о том, что возможность доступа к новым, нетрадиционным методам анализа данных (a STATISTICA предоставляет такие возможности в полной мере) помогает находить новые способы проверки рабочих гипотез и исследования данных.