Контрольные вопросы и упражнения
Тема 1
1.Что характеризует эру информатизации? Информационная эра (англ. Information Age, также известная как эра компьютеров или информационная эпоха (электронная эпоха)) — концептуальная идея о том, что современный век будет характеризоваться широкими возможностями для отдельных лиц свободно передавать / принимать информацию, а также мгновенным доступом, как к освоенным знаниям, так и к любой информации о планах поставленных человечеством, что было бы трудно или невозможно в предыдущие эпохи развития человечества.
Идея связана с концепцией цифрового века или цифровой революции и включает в себя последствия перехода от традиционной промышленности.Промышленная революция пришла через индустриализацию к экономике, основанной на манипуляции информацией.
Информационная эра является следствием Космической Эры и связана с капитализацией достижений в области компьютерной микроминитюризации с нечетким переходом, который охватывает промежуток от первого появления персональных компьютеров в конце 1970-х до достижения критической массы в Интернете в начале 1990-х, и принятием таких технологий общественностью течение двух десятилетий после 1990 года. Информационная эра сделала возможными быстрые глобальные коммуникации и существование информационных сетей, что значительным образом изменило форму современного общества[1].
Социолог Мануэль Кастельс объясняет этот термин следующим образом:
|
«Информационная эпоха [...] означает исторический период человеческого общества. Она основана на микроэлектронных информационных и коммуникационных технологиях и генной инженерии - основе технологической парадигмы, которой характеризуется этот период, она заменяет или накладывается на технологическую парадигму индустриальной эпохи, что базируется в основном на производстве и распределении энергии» |
2Дайте определение понятия "информация". В чем состоят ее особенности? Информация — сведения, воспринимаемые человеком или специальными устройствами как отражение фактов материального мира в процессе коммуникации[1].
Информация — это не материя и не энергия, информация — это информация
Норберт Винер[2]
Определения понятия «информация» из международных стандартов:
знания о предметах, фактах, идеях и т. д., которыми могут обмениваться люди в рамках конкретного контекста (ISO/IEC 10746-2:1996)[3];
знания относительно фактов, событий, вещей, идей и понятий, которые в определённом контексте имеют конкретный смысл (ISO/IEC 2382-1:1993)[4].
Определений информации существует множество, причём академик Н. Н. Моисеев даже полагал, что в силу широты этого понятия нет и не может быть строгого и достаточно универсального определения информации[5][6].
Хотя информация должна обрести некоторую форму представления (то есть превратиться в данные), чтобы ей можно было обмениваться, информация есть в первую очередь интерпретация (смысл) такого представления (ISO/IEC/IEEE 24765:2010)[7]. Поэтому в строгом смысле информация отличается от данных, хотя в неформальном контексте эти два термина очень часто используют как синонимы.
Первоначально «информация» — сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом (с помощью условных сигналов, технических средств и т. д.); с середины XX в. термин «информация» превратился в общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительноммире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму (например, генетическая информация); одно из основных понятий кибернетики[8].
3.Раскройте понятие "технология" и ее аспекты. Технология (от др.-греч. τέχνη — искусство, мастерство, умение; λόγος — мысль, причина; методика, способ производства) — совокупность методов, процессов и материалов, используемых в какой-либо отрасли деятельности, а также научное описание способов технического производства.
Технология, в узком смысле, это комплекс организационных мер, операций и приемов, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт и/или эксплуатацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами, и обусловленных текущим уровнем развития науки, техники и общества в целом.
под термином изделие следует понимать любой конечный продукт труда (материальный, интеллектуальный, моральный, политический и т. п.);
под термином номинальное качество следует понимать качество прогнозируемое или заранее заданное, например, оговоренное техническим заданием и согласованное техническим предложением;
под термином оптимальные затраты следует понимать минимально возможные затраты не влекущие за собой ухудшение условий труда, санитарных и экологических норм, норм технической и пожарной безопасности, сверхнормативный износ орудий труда, а также финансовых, экономических, политических и пр. рисков.
Согласно Философскому словарю под редакцией И. Т. Фролова, «технология представляет собой сложную развивающуюся систему артефактов, производственных операций и процессов, ресурсных источников, подсистем социальных последствий информации, управления, финансирования и взаимодействия с другими технологиями»[1].
В экономическом словаре дается такое понятие: «Технология — (от греч, techne — искусство и logos — слово, учение) — способ преобразования вещества, энергии, информации в процессе изготовления продукции, обработки и переработки материалов, сборки готовых изделий, контроля качества, управления»[2].
Большой толковый социологический словарь «Collins» раскрывает данное понятие так: «Технология — практическое применение знания и использование методов в производственной деятельности»[3] .
4.Что явилось причиной возникновения понятия "информационные технологии"? Информацио́нные техноло́гии (ИТ, также — информационно-коммуникационные технологии[1]) — процессы, методы поиска, сбора, хранения, обработки, предоставления, распространенияинформации и способы осуществления таких процессов и методов (ФЗ № 149-ФЗ)[2]; приёмы, способы и методы применения средств вычислительной техники при выполнении функций сбора, хранения, обработки, передачи и использования данных (ГОСТ 34.003-90)[3]; ресурсы, необходимые для сбора, обработки, хранения и распространения информации (ISO/IEC 38500:2008)[4].
Специалистов в области информационных систем и технологий часто называют ИТ- или IT-специалистами.
Исто́рия информацио́нных техноло́гий берёт свое начало задолго до возникновения современной дисциплины информатика, появившейся в 20-м веке [⇨]. Информационные технологии (ИТ) связаны с изучением методов и средств сбора, обработки и передачи данных с целью получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.
Ввиду возрастания потребностей человечества в обработке всё большего объёма данных, средства получения информации совершенствовались от самых ранних механических изобретений[⇨] до современных компьютеров[⇨]. Также в рамках информационных технологий идёт развитие сопутствующих математических теорий [⇨], которые сейчас формируют современные концепции[⇨][1].
Информационные технологии активизируют и эффективно используют информационные ресурсы общества (научные знания, открытия, изобретения, технологии, передовой опыт), что позволяет получить существенную экономию других видов ресурсов – сырья, энергии, полезных ископаемых, материалов и оборудования, людских ресурсов, социального времени[2]. К настоящему времени ИТ прошли несколько эволюционных этапов[⇨], смена которых определяется главным образом развитием научно-технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. Основным техническим средством технологии переработки информации является персональный компьютер, который существенно повлиял как на концепцию построения и использования технологических процессов, так и на качество информации, получаемой после обработки[3
5.Какие достижения человечества обусловили появление автоматизированных информационных технологий?
Основу автоматизированных информационных технологий составляют следующие технические достижения:
создание средств накопления больших объемов информации на машинных носителях, таких как магнитные и оптические диски;
создание различных средств связи, таких как радио- и телевизионная связь, телекс, телефакс, цифровые системы связи, компьютерные сети, космическая связь, позволяющих воспринимать, использовать и передавать информацию практически в любой точке земного шара;
создание компьютера, особенно персонального, позволяющего по определенным алгоритмам обрабатывать и отображатьинформацию, накапливать и генерировать знания.
Автоматизированные информационные технологии ориентированы на увеличение степени автоматизации всех информационных операций и, следовательно, на ускорение научно-технического прогресса общества.
6.Что такое информационная система?
Информационная система (сокр. ИС) — система обработки информации[1] и соответствующие организационные ресурсы (человеческие, технические, финансовые и т. д.), которые обеспечивают и распространяют информацию (ISO/IEC 2382-1:1993)[2].
Информационная система предназначена для своевременного обеспечения надлежащих людей надлежащей информацией[3], то есть для удовлетворения конкретных информационных потребностей в рамках определенной предметной области, при этом результатом функционирования информационных систем является информационная продукция — документы, информационные массивы, базы данных и информационные услуги[4].
Понятие информационной системы интерпретируют по-разному, в зависимости от контекста.
Достаточно широкое трактование понятия «информационная система» подразумевает, что неотъемлемыми компонентами ИС являются данные, техническое и программное обеспечение, а такжеперсонал и организационные мероприятия.[5] Широко[6] трактует понятие «информационной системы» федеральный закон Российской Федерации «Об информации, информационных технологиях и о защите информации», подразумевая под информационной системой совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих её обработку информационных технологий итехнических средств»[7]. Среди российских ученых в области информатики, наиболее широкое определение ИС дает М. Р. Когаловский, по мнению которого в понятие информационной системы помимо данных, программ, аппаратного обеспечения и людских ресурсов следует также включать коммуникационное оборудование, лингвистические средства и информационные ресурсы, которые в совокупности образуют систему, обеспечивающую «поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей».[8]
Более узкое понимание информационной системы ограничивает её состав данными, программами и аппаратным обеспечением. Интеграция этих компонентов позволяет автоматизировать процессы управления информацией и целенаправленной деятельности конечных пользователей, направленной на получение, модификацию и хранение информации[9]. Так, российский стандарт ГОСТ РВ 51987 подразумевает под ИС «автоматизированную систему, результатом функционирования которой является представление выходной информации для последующего использования». ГОСТ Р 53622-2009 использует термин информационно-вычислительная система для обозначения совокупности данных (или баз данных), систем управления базами данных и прикладных программ, функционирующих на вычислительных средствах как единое целое для решения определенных задач[10].
В деятельности организации информационная система рассматривается как программное обеспечение, реализующее деловую стратегию организации. При этом хорошей практикой является создание и развертывание единой корпоративной информационной системы, удовлетворяющей информационные потребности всех сотрудников, служб и подразделений организации. Однако на практике создание такой всеобъемлющей информационной системы слишком затруднено или даже невозможно, вследствие чего на предприятии обычно функционируют несколько различных систем, решающих отдельные группы задач: управление производством, финансово-хозяйственная деятельность, электронный документооборот и т. д. Часть задач бывает «покрыта» одновременно несколькими информационными системами, часть задач — вовсе не автоматизирована. Такая ситуация получила название «лоскутной автоматизации» и является довольно типичной для многих предприят
7.Каковы цель, методы и средства автоматизированной информационной технологии?
Основная цель автоматизированной информационной технологии – получать посредством переработки первичных данных информацию нового качества, на основе которой вырабатываются оптимальные управленческие решения.
АИТ в настоящее время можно классифицировать по ряду признаков, в частности (рисунок 4):
способу реализации в автоматизированных информационных системах (АИС);
степени охвата АИТ задач управления;
классам реализуемых технологических операций;
типу пользовательского интерфейса;
вариантам использования сети ЭВМ;
обслуживаемой предметной области.
8.Что дает внедрение ИТ для предприятий электронного профиля
? Грамотное использование ИТ и ИС позволяет извлекать максимум пользы из всей имеющейся на предприятии информации и благодаря этому делать более точные прогнозы, избегать возможных ошибок при принятии управленческих и проектных решений в условиях неопределенности и риска. Жесткая конкурентная борьба делает предприятия крайне чувствительными к малейшим просчетам в управлении, преимущества имеют предприятия, использующие современные информационные технологии.
Тема 2
1.Дайте определение понятия "проектирование". Проектирование — процесс определения архитектуры, компонентов, интерфейсов и других характеристик системы или её части (ISO 24765).[1] Результатом проектирования является проект — целостная совокупность моделей, свойств или характеристик, описанных в форме, пригодной для реализации системы.[2]:272
Проектирование, наряду с анализом требований, является частью большой стадии жизненного цикла системы, называемой определением системы (англ. system definition). Результаты этой стадии являются входной информацией для стадии реализации (воплощения) системы (англ. system realization).[2]:268
Проектирование системы направлено на представление системы, соответствующее предусмотренной цели, принципам и замыслам; оно включает оценку и принятие решений по выбору таких компонентов системы, которые отвечают её архитектуре и укладываются в предписанные ограничения.[2]:272
В настоящее время существует сильная тенденция рассматривать архитектурное и детальное проектирование как различные виды деятельности; делаются попытки определить их как отдельные практики, однако эти виды проектирования в значительной мере «переплетены». Архитектурные решения в сравнении с «обычными» проектными решениями рассматриваются как более абстрактные, концептуальные и глобальные; они нацелены на успех всей миссии и на наиболее высокоуровневые структуры системы.[2]:272 Детальное проектирование, в свою очередь, определяется как процесс детализации и расширения предварительного проекта (архитектуры) до такой степени, при которой проект полностью готов к реализации.
2.Что является предметом изучения в теории систем? Предметом исследований в рамках этой теории является изучение:
различных классов, видов и типов систем;
основных принципов и закономерностей поведения систем (например, принцип узкого места);
процессов функционирования и развития систем (например, равновесие, эволюция, адаптация, сверхмедленные процессы, переходные процессы).
3Назовите признаки, присущие сложной системе.
1)Наличие большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, причем связи эти чаще всего нелинейны
2) Невозможность полного формального описания системы. Чаще всего, математические соотношения для такой системы написать можно, но отсутствие разработанного математического аппарата для ее исследования делает подобную модель совершенно бесполезной
3) Отсутствие достаточно стройной теории, объясняющей все аспекты функционирования системы, в связи с чем практически невозможно формулировать те или иные правдоподобные гипотезы о поведении системы 4) Подверженность влиянию случайных факторов
5) Многокритериальность, нечеткое задание целевых функций
4.Приведите примеры иерархической структуры технических объектов, их внутренних, внешних и выходных параметров. http://www.intuit.ru/studies/courses/2264/227/lecture/5885?page=3
5.Приведите примеры условий работоспособности. Устойчивость является необходимым, но недостаточным условием работоспособности системы автоматического регулирования. Переходные процессы в промышленных системах автоматического регулирования должны иметь совершенно определенный характер и удовлетворять ряду требований, вытекающих из конкретных условий работы регулируемых объектов. В каждом отдельном случае эти требования могут быть различными.
В качестве определяющего условия работоспособности вала принимается виброустойчивость его. При выполнении этого условия прочность и устойчивость вала обычно бывают обеспечены.
6.Почему проектирование обычно имеет итерационный характер? Проектные процедуры и операции выполняются в определенной последовательности, называемой маршрутом проектирования.
Маршруты проектирования могут начинаться с нижних иерархических уровней описаний (восходящее проектирование) либо с верхних (нисходящее проектирование).
Между всеми этапами проектирования существует глубокая взаимосвязь. Так, определение окончательной конструкции и разработка всей технической документации часто не могут быть выполнены до окончания разработки технологии. В процессе конструирования и разработки технологии может потребоваться коррекция принципиальных схем, структуры системы и даже исходных данных. Поэтому процесс проектирования является не только многоэтапным, но и многократно корректируемым по мере его выполнения, т. е. проектирование носит итерационный характер.
7.Назовите основные стадии проектирования технических систем. Чем обусловлено прототипирование? 1. Техническое задание (ТЗ) на проектирование изделия. ТЗ является основанием для проектирования. Оно составляется разработчиком на основе исходных данных, предоставленных заказчиком и содержащих прежде всего основные технические требования к создаваемому изделию. ТЗ утверждается заказчиком при согласующей подписи разработчика. Состав ТЗ: - основание для разработки (приказ вышестоящей организации, совместное решение с заказчиком и т.п.); - область применения создаваемого изделия; - технические требования к изделию (ТТ) или тактико-технические требования (ТТТ) для военной техники (охватывают габариты, массу, точность, надежность, энергопотребление и т.д.); - условия эксплуатации (режим и продолжительность эксплуатации, климатические условия, механические и другие внешние воздействия, условия хранения и транспортировки, требования к обслуживанию и ремонту и т.д.); - стоимость; - требуемое количество изделий (серийность) и условия производства; - сроки и стоимость разработки; - возможные особые условия производства и эксплуатации. Важной частью технических требований является установление перечня (номенклатуры) технико-экономических и тактико-эксплуатационных показателей, характеризующих технический уровень подлежащего разработке изделия, и их численные значения. В дальнейшем в ходе проектирования именно на основе этих показателей формируются критерии качества, используемые на различных этапах проектирования. Существует теория обоснования и измерения этих показателей и критериев качества техники – квалиметрия [5]. От качества ТЗ существенно зависит результат проектирования. Составление ТЗ – это всегда результат компромисса между заказчиком и разработчиком, цели которых во многом далеко не идентичны. Иногда этап разработки ТЗ называют этапом поискового проектирования и трактуется как первая часть НИР. 2. Предварительное проектирование (ПП). Этот этап разработки является основной частью НИР. Все последующие этапы относятся уже к ОКР. Результаты предварительного проектирования оформляются в виде технического предложения или аванпроекта. На этом этапе производится: - выбор прототипов и их сравнительный анализ с определением плюсов, которые, очевидно, следует по крайней мере сохранить, и минусов, которые надо преодолеть; - выбор (синтез) возможных вариантов разрабатываемого изделия, включая принцип действия, структуру (состав), основные технические средства ее реализации, элементную базу; - сравнительный анализ основных характеристик этих вариантов и отбор из них нескольких (в пределе одного) рабочих вариантов, подлежащих дальнейшей разработке; - выбор методов проектирования. 3. Эскизное проектирование. Назначение этого этапа – детальная проработка возможностей создания изделия, удовлетворяющего ТЗ. На этом этапе производится выбор окончательного варианта разрабатываемого изделия путем многократного их синтеза и анализа с постепенным уменьшением вариантов и увеличением глубины проработки. Результатом этого этапа является эскизный проект (ЭП), в который входят: - пояснительная записка, включающая, в частности, теоретическое и расчетное исследование, результаты математического и, если необходимо, физического моделирования; - эскизная техническая документация на изделие; - общее заключение о его соответствии ТЗ, т.е. о реальности выполнения последнего. Эскизная документация – это временная документация, предназначенная для изготовления лабораторных и экспериментальных образцов изделия или его отдельных частей, требующих экспериментального исследования. На этапе эскизного проектирования для таких испытаний часто требуется создавать еще и специальные испытательные стенды и другую аппаратуру. Иногда это может представить не меньшую трудность, чем создание самого изделия. Часто на этапе эскизного проектирования требуется также создавать габаритно-массовые и тепловые макеты будущего изделия для испытаний на объекте заказчика, в состав которого будет входить проектируемое изделие. Эскизный проект защищается разработчиком перед заказчиком и утверждается им (или возвращается на доработку). Предварительно он направляется к заказчику для изучения и выдачи замечаний. При утверждении эскизного проекта в случае необходимости на основании содержащихся в нем материалов может быть откорректировано (уточнено) ТЗ. 4. Техническое проектирование. Оно осуществляется на основании эскизного проекта и материалов его защиты, включая замечания заказчика и возможные изменения ТЗ. Результат этапа технического проектирования – комплект технической документации на изделие, включая конструкторскую, программную, технологическую и эксплуатационную. В конструкторскую документацию входят: - схемы структурные, функциональные, электрические, монтажные, подключения и расположения; - графические документы в виде чертежей общего вида, габаритных, сборочных, узлов и деталей; - текстовая документация: общие технические условия (ТУ) на изделие, частные технические условия (ЧТУ) на его части, техническое описание (ТО) всего изделия и его частей. В программную документацию согласно ЕСПД входят текст и описание программ, описание применения, руководства оператора и системного программиста и т.д. Технологическая документация включает технологические инструкции, технологические (маршрутные) карты, чертежи на техническую оснастку и приспособления. Эта документация разрабатывается применительно к конкретному производству с учетом его возможностей и особенностей. Это должно учитываться, разумеется, и при разработке конструкторской документации. В эксплуатационную документацию (по ГОСТ 2.601-95) входят руководство по эксплуатации (РЭ), инструкция по монтажу, пуску и т.п. (ИМ), формуляр (ФО), паспорт (ПС), ведомость ЗИП – запасных частей, инструмента и приспособлений. Руководство по эксплуатации включает описание изделия и его использование по назначению, техническое обслуживание, текущий ремонт, правила хранения и транспортировки и т.п. На этапе технического проектирования осуществляются изготовление и испытания опытных, а затем и серийных образцов изделия с последующей корректировкой документации по результатам этих испытаний. В общем случае в этом этапе различают два самостоятельных этапа – разработку технического проекта (ТП) по эскизному проекту и разработку рабочего проекта (РП) по техническому проекту. В последний и входит вся перечисленная выше рабочая документация. Однако часто, когда изделие не слишком сложное, эти этапы объединяются в один. Не останавливаясь на этапах производства и эксплуатации, рассмотрим особенно важную для разработчика проблему испытаний.
Прототипи́рование (англ. prototyping от др.-греч. πρῶτος — первый и τύπος — отпечаток, оттиск; первообраз) — быстрая «черновая» реализация базовой функциональности для анализа работы системы в целом. На этапе прототипирования малыми усилиями создается работающая система (возможно неэффективно, с ошибками, и не в полной мере). Во время прототипирования видна более детальная картина устройства системы. Используется в машино- и приборостроении, программировании и во многих других областях техники. Прототипирование, по мнению некоторых разработчиков, является самым важным этапом разработки. После этапа прототипирования обязательно следуют этапы пересмотра архитектуры системы, разработки, реализации и тестирования конечного продукта.
Прототипирование не обязательно выполняется в рамках тех же технологий,что и разрабатываемая система. Как правило, прототип становится приложением к техническому заданию.
8.Дайте характеристику этапов жизненного цикла промышленной продукции. Этапы проектирования и всего жизненного цикла созданного изделия:
- разработка технического задания;
- предварительное проектирование;
- эскизное проектирование;
- техническое проектирование;
- производство;
- эксплуатация
9.Назовите основные типы промышленных АС и виды их обеспечения.
Какие причины привели к появлению и развитию CALS-технологий? CALS-технология предназначена для унификации и стандартизации спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла
CALS-технологии положен ряд стандартов и прежде всего это стандарты STEP, а также Parts Library, Mandate, SGML (Standard Generalized Markup Language), EDIFACT (Electronic Data Interchange For Administration, Commerse, Transport) и др. Стандарт SGML устанавливает способы унифицированного оформления документов определенного назначения — отчетов, каталогов, бюллетеней и т.п., а стандарт EDIFACT — способы обмена подобными документами.
Одна из наиболее известных реализаций CALS-технологии разработана фирмой Computervision. Это технология названа EPD (Electronic Product Definition) и ориентирована на поддержку процессов проектирования и эксплуатации изделий машиностроения.
В CALS-системах на всех этапах жизненного цикла изделий используется документация, полученная на этапе проектирования.
Применение CALS позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологии CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. Ожидается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологии CALS.
Развитие CALS-технологии должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, при которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими_организационно автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологии следует отметить легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.
Построение открытых распределенных автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современной CALS-технологии. Главная проблема их построения — обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные CAE/CAD/CAM-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.
Следовательно, информационная интеграция является неотъемлемым свойством CALS-систем. Поэтому в основу CALS-технологии положен ряд стандартов, обеспечивающих такую интеграцию.
10.Что понимают под комплексной АС?
Тема 3
1.В чем сущность системного подхода к автоматизированному проектированию технологического процесса? Системный подход к задачам автоматизированного проектирования требует реализации совместного проектирования технологического процесса (ТП) и автоматизированной системы управления этим процессом (АСУТП).
2.Что представляет собой АТК? Традиционное раздельное рассмотрение задач проектирования и производства изделий уже не удовлетворяет потребностям сегодняшнего дня, т. к. не может гарантировать ни высокого качества проектирования, ни надлежащего уровня организации производственных процессов, обеспечивающих их реализацию.
Однако именно в процессе проектирования порождается существенная часть информации, используемой для организации производства [7]. Появилось новое понятие: автоматизированный технологический комплекс (АТК). АТК представляет собой сложную многоуровневую блочно-иерархическую систему с оптимизацией решений в каждом слое
3.Что является ТОУ? При автоматизации технологический процесс рассматривается как технологический объект управления (ТОУ). Последний представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям и регламентам технологического процесса производства.
4.Как расшифровывается АСУТП? Управление ТОУ осуществляется с помощью автоматизированной системы управления (АСУТП)), представляющей собой человеко-машинную систему управления, которая обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим процессом в соответствии с принятым критерием
5.Что является управляемой системой? Управляемой системой является технологический производственный комплекс, который является объектом управления.
6.Что является управляющей системой? Управляющей является автоматизированная система управления
7.В чем сущность блочно-иерархического подхода к проектированию?
Сущность блочно-иерархического подхода заключается в расчленении объекта проектирования на уровни с постепенной детализацией представления системы сверху вниз. При этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками. Преимущество блочно-иерархического подхода состоит в том, что сложная задача большой размерности расчленяется на последовательно решаемые задачи малой размерности
8.Какие принципы требуется учитывать при проектировании АТК? Первый принцип требует, чтобы ряд отдельных операций выполнялся параллельно. Кроме того, на определенных этапах проектирования технологического процесса, как уже отмечалось ранее, к нему предъявляются требования АСУТП.
Второй принцип требует разбивать АТК как сложную систему на ряд элементов и подсистем.
Третий принцип требует организовать деятельность проектировщиков АТК в виде целенаправленных действий. При этом определяется сначала глобальная (общая) цель проектирования, например создание высокопроизводительного АТК с малой энергоемкостью. Эта цель уточняется и представляется в виде некоторых числовых соотношений. Затем задается влияние элементов и систем на глобальную цель проектирования, а также задач проектирования отдельных элементов и систем на общее проектирование АТК.
9.В чем заключается принцип "черного ящика"? Этот принцип заключается в том, что, не имея информации о существе, внутренней структуре процесса, для его математического описания используют лишь зависимость выходных величин от входных.
10.Какие пункты включает в себя задание на проектирование? Задание на проектирование включает в себя целый ряд пунктов, подробно перечисленных в [87]. Отметим некоторые из них (в произвольном порядке):
основание для проектирования;
перечень производств, цехов, установок, охватываемых проектами систем автоматизации, с указанием для каждого особых условий (при их наличии), например класс взрыво- и пожароопасности помещений, наличие влажной, сырой окружающей среды и т. д.;
стадийность проектирования;
требования к разработке вариантов проекта (части проекта);
планируемый уровень капитальных затрат на автоматизированное проектирование и примерных затрат на научно-исследовательские работы (НИР), опытно-конструкторские работы (ОКР) и проектирование с указанием источников финансирования, и др.
11.Опишите стадии разработки сложных технических систем. техническое задание на проектируемый объект;
научно-исследовательская работа;
эскизный проект;
технический проект;
рабочий проект;
технология изготовления и испытания спроектированного объекта (опытного образца или партии), внесения коррекции (при необходимости).
Техническое задание
12.Что называется внешним проектированием? обоснование исходных данных (технических условий, технического задания) для проектирования;
13.Что называется внутренним проектированием? проектирование системы для сформулированных исходных данных.
14.Что включает в себя руководящая информация? Руководящая информация включает данные, содержащиеся в следующих документах:
отраслевых стандартах, устанавливающих требования к технологическим процессам и методам управления ими, а также стандартам на оборудование и оснастку;
документации на действующие единичные, типовые и групповые технологические процессы;
классификаторах технико-экономической информации;
материалах по выбору технологических нормативов (режимов, норм расхода материалов и т. д.);
документации по технике безопасности и промышленной санитарии.
14.Какие данные включаются в справочную информацию? Справочная информация включает данные, содержащиеся в следующих документах:
технической документации опытного производства;
описаниях прогрессивных методов изготовления и ремонта;
каталогах, паспортах, справочниках, альбомах компоновок прогрессивных средств технологического оснащения;
методических материалах по управлению технологическими процессами;
планировках производственных участков.
Тема 4
Дайте определение САПР. САПР — это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации
Что является целью функционирования САПР? целью ее функционирования является проектирование. Как уже было сказано, проектирование — это процесс переработки информации, приводящий в конечном счете к получению полного представления о проектируемом объекте и способах его изготовления
Что включает полный комплект документации при неавтоматизированном проектировании? В практике неавтоматизированного проектирования полное описание проектируемого объекта и способов его изготовления содержит проект изделия и техническую документацию
Что включает полный комплект документации при автоматизированном проектировании? Для условия автоматизированного проектирования еще не узаконено названия конечного продукта проектирования, содержащего данные об объекте, и технологии его создания. На практике его называют по-прежнему "проектом".
Что является объектом проектирования? А то, что проектируют, называют объектом проектирования.
6.Что является объектом автоматизации проектирования? Объектом автоматизации проектирования являются работы, действия человека, которые он выполняет в процессе проектирования.
7.В чем заключается сущность функционирования САПР? В целом для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операций обработки информации:
поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации;
анализ выбранной информации;
выполнение расчетов;
принятие проектных решений;
оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования (на последующих стадиях проектирования, при изготовлении или эксплуатации изделия).
Автоматизация перечисленных операций обработки информации и процессов управления использованием информации на всех стадиях проектирования составляет сущность функционирования современных САПР.
8.Каковы основные черты современных САПР? Первой характерной особенностью является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, установления тесной связи между частными задачами, т. е. возможность интенсивного обмена информацией и взаимодействие не только отдельных процедур, но и этапов проектирования. Например, применительно к техническому (конструкторскому) этапу проектирования САПР РЭС позволяет решать задачи компоновки, размещения и трассировки в тесной взаимосвязи, которая должна быть заложена в технических и программных средствах системы.
Применительно к системам более высокого уровня можно говорить об установлении тесной информационной связи между схемотехническим и техническим этапами проектирования. Такие системы позволяют создавать радиоэлектронные средства, более эффективные с точки зрения комплекса функциональных и конструкторско-технологических требований.
Вторым отличием САПР РЭС является интерактивный режим проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога "человек-машина". Сколь ни сложны и изощренны формальные методы проектирования, сколь ни велика мощность вычислительных средств, невозможно создать сложную аппаратуру без творческого участия человека. Системы автоматизации проектирования по своему замыслу должны не заменять конструктора, а выступать мощным инструментом его творческой деятельности.
Третья особенность САПР РЭС заключается в возможности имитационного моделирования радиоэлектронных систем в условиях работы, близких к реальным. Имитационное моделирование дает возможность предвидеть реакцию проектируемого объекта на самые различные возмущения, позволяет конструктору "видеть" плоды своего труда в действии без макетирования. Ценность этой особенности САПР заключается в том, что в большинстве случаев крайне трудно сформулировать системный критерий эффективности РЭС. Эффективность связана с большим числом требований различного характера и зависит от большого числа параметров РЭС и внешних факторов. Поэтому в сложных задачах проектирования практически невозможно формализовать процедуру поиска оптимального по критерию комплексной эффективности решения. Имитационное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.
Четвертая особенность заключается в значительном усложнении программного и информационного обеспечения проектирования. Речь идет не только о количественном, объемном увеличении, но и об идеологическом усложнении, которое связано с необходимостью создания языков общения проектировщика и ЭВМ, развитых банков данных, программ информационного обмена между составными частями системы, программ проектирования. В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов функционирования, более совершенной элементной базы и структуры, улучшенных конструкций и прогрессивных технологических процессов.
9.Какие преимущества дает имитационное моделирование? Имитационное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.
10.Перечислите принципы создания САПР.
Принцип включения Принцип системного единства Принцип комплексности Принцип информационного единства Принцип совместимости Принцип инвариантности Принцип развития
11В чем заключается принцип информационного единства САПР? Принцип информационного единства предопределяет информационную согласованность отдельных подсистем и компонентов САПР. Это означает, что в средствах обеспечения компонентов САПР должны использоваться единые термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации, которые обычно устанавливаются соответствующими нормативными документами. Принцип информационного единства предусматривает, в частности, размещение всех файлов, используемых многократно при проектировании различных объектов, в банках данных. За счет информационного единства результаты решения одной задачи в САПР без какой-либо перекомпоновки или переработки полученных массивов данных могут быть использованы в качестве исходной информации для других задач проектирования.
12В чем заключается принцип совместимости САПР? Принцип совместимости состоит в том, что языки, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами и компонентами САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечить совместное функционирование всех подсистем и сохранить открытую структуру САПР в целом. Так, введение каких-либо новых технических или программных средств в САПР не должно приводить к каким-либо изменениям уже эксплуатируемых средств.
13Что значит "открытая структура САПР"? Предусмотренный для хранения и накопления рабочей информации при проработке вариантов ЭМММ, единый для всех подсистем накопитель ( информационное поле) позволяет осуществлять обмен данными, формируемыми в других подсистемах, и использование этих данных.
Что означает "принцип инвариантности САПР"? Принцип инвариантности предусматривает, что подсистемы и компоненты САПР должны быть по возможности универсальными или типовыми, т. е. инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике. Применительно ко всем компонентам САПР это, конечно, невозможно. Однако многие компоненты, например программы оптимизации, обработки массивов данных и другие, могут быть сделаны одинаковыми для разных технических объектов.
14Что включает в себя понятие "Жизненный цикл промышленных изделий"? Жизненный цикл промышленных изделий включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до утилизации по окончании срока его использования
15Перечислите разновидности САПР. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.
Тема 5
1Какие требования предъявляются к техническому обеспечению САПР? Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:
выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее программное обеспечение;
взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;
взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим проектом.
Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти.
Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода/вывода данных и, прежде всего, устройств обмена графической информацией.
Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.
2Что такое "мейнфрейм"?2Мейнфре́йм (также мэйнфрейм, от англ. mainframe) — большой универсальный высокопроизводительныйотказоустойчивый сервер со значительными ресурсами ввода-вывода, большим объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для использования в критически важных системах (англ. mission-critical) с интенсивнойпакетной и оперативной транзакционной обработкой.
Основной разработчик мейнфреймов — корпорация IBM, самые известные мейнфреймы ей выпущены в рамках продуктовых линеек System/360, 370, 390, zSeries. В разное время мейнфреймы производили Hitachi, Bull, Unisys,DEC, Honeywell, Burroughs, Siemens, Amdahl, Fujitsu, в странах СЭВ выпускались мейнфреймы ЕС ЭВМ.
3Как представляется среда передачи данных? 3Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.
В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД), выполняющее определенную работу по проектированию, и аппаратуру окончания канала данных (АКД), предназначенную для связи ООД со средой передачи данных. Например, в качестве ООД можно рассматривать персональный компьютер, а в качестве АКД — вставляемую в компьютер сетевую плату.
4Что представляет собой канал передачи данных? Канал передачи данных — средство двустороннего обмена данными, включающее в себя АКД и линию связи. Линией связи называют часть физической среды, используемую для распространения сигналов в определенном направлении; примерами линий связи могут служить коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС).
Близким является понятие канала (канала связи), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи.
Рис. 5.1. Структура технического обеспечения САПР
В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.
5Назовите методы разделения линии передачи данных. 5Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе — разделение по времени, или TDM — TimeDivisionMethod), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM — FrequencyDivisionMethod), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.
6Назовите варианты топологии локальных вычислительных сетей. 6В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах), объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычислительная сеть (ЛВС), или LAN (LocalAreaNetwork), имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети. При этом топология соединений узлов (рис. 5.2) может быть шинная (bus), кольцевая (ring), звездная (star). Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.
Рис. 5.2. Варианты топологии локальных вычислительных сетей:
а — шинная; б — кольцевая; в — звездная
7Что называется сервером? Се́рвер (англ. server от toserve — служить) — аппаратное обеспечение, выделенное и/или специализированное для выполнения на нём сервисного программного обеспечения (в том числе серверов тех или иных задач).ервером называется компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека. Сервер и рабочая станция могут иметь одинаковую аппаратную конфигурацию, так как различаются лишь по участию в своей работе человека за консолью.
Некоторые сервисные задачи могут выполняться на рабочей станции параллельно с работой пользователя. Такую рабочую станцию условно называют невыделенным сервером.
Консоль (обычно — монитор/клавиатура/мышь) и участие человека необходимы серверам только на стадии первичной настройки, при аппаратно-техническом обслуживании и управлении в нештатных ситуациях (штатно, большинство серверов управляются удалённо). Для нештатных ситуаций серверы обычно обеспечиваются одним консольным комплектом на группу серверов (с коммутатором, например KVM-переключателем, или без такового).
8Назовите разновидности серверов. Сети "клиент-сервер" различают по характеру распределения функций между серверами, — другими словами, их классифицируют по типам серверов. Различают файл-серверы для хранения файлов, разделяемых многими пользователями, серверы баз данных АС, серверы приложений для решения конкретных прикладных задач, коммутационные серверы (называемые также блоками взаимодействия сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например серверы электронной почты.
9Как осуществляется передача информации в сетях с коммутацией каналов и коммутацией пакетов? В соответствии со способами коммутации различают сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. В первом случае при обмене данными между узлами А и В сети создается физическое соединение между А и В, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть. Здесь передача информации происходит быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при обмене данными возможны длительные паузы и канал "простаивает". При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов А и В, не создается. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами, которые передаются в разветвленной сети от А к В или обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.
10Что представляет собой эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС)? Для удобства модернизации сложные информационные системы делают максимально открытыми, т. е. приспособленными для внесения изменений в некоторую часть системы при сохранении неизменными остальных частей. В отношении вычислительных сетей реализация концепции открытости привела к появлению эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС), предложенной Международной организацией стандартизации (ISO — International Standard Organization). В этой модели дано описание общих принципов, правил, соглашений, обеспечивающих взаимодействие информационных систем и называемых протоколами
11Расскажите об уровнях ЭМВОС. Различают семь уровней ЭМВОС.
На физическом (physical) уровне осуществляется представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразование формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных, организуется передача информации через физические среды.
На канальном (link) уровне выполняется обмен данными между соседними узлами сети, т. е. узлами, непосредственно связанными физическими соединениями без других промежуточных узлов. Отметим, что пакеты канального уровня обычно называют кадрами.
На сетевом (network) уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация пакетов, т. е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Другими словами, маршрутизация сводится к образованию логических каналов. Логическим каналом называют виртуальное соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами. Понятию логического канала не обязательно соответствует физическое соединение линий передачи данных между связываемыми пунктами. Это понятие введено для абстрагирования от физической реализации соединения. Еще одной важной функцией сетевого уровня после маршрутизации является контроль нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, отрицательно влияющих на работу сети.
На транспортном (transport) уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от предыдущего сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежуточные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и демультиплексирование (сборка/разборка сообщений на пакеты в конечных пунктах), обнаружение и устранение ошибок в переданных данных, задание требуемого уровня услуг (например, заказанных скорости и надежности передачи).
На сеансовом (session) уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих партнеров.
На представительном (presentation) уровне реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование). Например, на этом уровне выделенные для передачи данные преобразуются из одного кода в другой, в частности, с целью шифрования. На прикладном (application) уровне определяются и оформляются в сообщения те данные, которые подлежат передаче по сети.
12Что называют локальной вычислительной сетью (ЛВС)? Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.
13Что представляет собой рабочая станция (РС)? В качестве эталонных базовых ЭВМ, находящихся непосредственно на столах проектировщиков РЭС, выступают в течение уже длительного времени рабочие станции (РС), связанные ЛВС между собой и другими ЭВМ.
13Чем отличается РС от персонального компьютера? РС имеют существенные отличия от персональных компьютеров (ПК), поскольку требования к РС формируются рынком в области САПР, а требования к ПК — в значительной степени рынком в области офисного оборудования, бытовой техники, средств связи и коммуникаций. РС развивались независимо от ПК, однако удешевление элементной базы РС и повышение требований к техническим характеристикам ПК привели к тому, что наиболее мощные модели ПК проникли на рынок средств САПР, конкурируя с недорогими РС.
14Что входит в архитектуру РС? Базовый набор компонентов PC составляют:
системная плата, содержащая RISC-процессор с аппаратно реализованным сопроцессором арифметики с плавающей точкой (САПТ), оперативное и постоянное запоминающие устройства (ОЗУ и ПЗУ) и, как правило, графический адаптер с подключенным к нему монитором;
платы сопряжения с периферийными устройствами, образующие подсистему ввода/вывода с клавиатурой, манипулятором типа "мышь", иногда с автоматическим сканером, графопостроителем или лазерной печатью;
платы сопряжения с внешними запоминающими устройствами (ВЗУ), плата сетевого адаптера
Основой системной платы является базовый МП, осуществляющий арифметические и логические операции, а также управление PC. На одном кристалле современного RISC-МП расположен целочисленный процессор, часто сопроцессор арифметики с плавающей точкой, а иногда и графический процессор обработки изображений (от сотен тысяч до миллионов транзисторов на одном кристалле). В некоторых недорогих вариантах базовых ЭВМ САПР на основе ПК используются МП со сложным набором команд.
PC и ПК являются нижним уровнем технических средств САПР, непосредственно доступным проектировщикам РЭС с помощью САПР. Часть задач в САПР требует более высокой производительности, что достигается использованием ЭВМ других классов и их комплексированием вместе с PC и ПК на базе ЛВС.
Тема 6
Что общего имеют рабочая станция (РС) и персональный компьютер (ПК)? Рабочие станции (PC) и персональные компьютеры (ПК) имеют традиционную архитектуру, ориентированную на последовательные вычисления, т.е. одним потоком команд они обрабатывают один поток данных. Такая организация вычислений была предложена фон-Нейманом и названа его именем.
В чем суть "не фон-неймановской" архитектуры? Усложнение решаемых задач и вычислительных алгоритмов САПР привело к внедрению в эту область более высокопроизводительных ЭВМ, организация вычислений в которых основана на множественности потоков команд, обрабатывающих множество потоков данных. Архитектура этих ЭВМ называется параллельной — "не фон-неймановской".
3Что представляют собой ЭВМ класса ОКОД? ЭВМ класса ОКОД — это традиционные "фон-неймановские" машины с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных. К ним относятся PC и ПК. ОКМД ЭВМ — это параллельные компьютеры с одиночным потоком команд и множественными потоками данных. МКМД ЭВМ — это многопроцессорные ЭВМ с множественными потоками команд и множественными потоками данных.
Что означает аббревиатура "ОКМД"? одиночный поток команд, множественный поток данных
4Поясните работу ЭВМ класса МКМД. МКМД ЭВМ — это многопроцессорные ЭВМ с множественными потоками команд и множественными потоками данных.
5Что представляет собой РС-сервер? PC-сервер — это PC с расширенным (по объему или номенклатуре) набором периферийных устройств. В качестве одной из задач в ОС такой станции запускается процесс-сервер-программа, обслуживающая пользователей других PС через сеть, предоставляя им периферию данной PC либо сетевое соединение через региональную сеть с супер-ЭВМ.
6На какие группы делятся решаемые задачи по характеру вычислительного процесса? По характеру вычислительного процесса решаемые задачи можно разделить на две основные группы: задачи, решаемые без участия пользователя, и задачи, в процессе решения которых необходимо участие пользователя.
7Как делятся задачи в зависимости от сложности вычисления? По сложности вычисления задачи бывают:
первой группы: задачи, на решение которых требуется более нескольких минут; задачи, время счета которых измеряется секундами;
второй группы: время взаимодействия с пользователем соизмеримо с временем счета задачи; время решения велико по сравнению со временем диалога.
8Как делятся задачи САПР в зависимости от объема решаемых задач? По объему информации задачи, решаемые в САПР, можно разделить на монопольно использующие основную память ЭВМ и частично использующие основную память ЭВМ.
9Назовите режимы работы технических средств по степени участия пользователей. Режим работы технических средств можно классифицировать по степени участия пользователя в процессе решения задач:
пакетный режим, когда пользователь составляет задание на выполнение программы, которое в составе пакета заданий запускается для обработки на ЭВМ. Обработка задач производится по очереди. После решения пользователю требуется проанализировать результаты обработки своего задания и подготовить новый вариант, что замедляет отладку и увеличивает время получения окончательных результатов;
режим разделения времени (РРВ), при котором каждой решаемой задаче поочередно выделяется определенный квант времени работы процессора. Пользователь во время сеанса работы за абонентским пунктом, используя средства системы разделения времени (СРВ), может составить, протранслировать, отредактировать программу и приступить к ее выполнению, непосредственно контролируя происходящий процесс. Степень готовности программы зависит от подготовленности пользователя к работе с СРВ.
10Поясните основное назначение ЛВС. Основное назначение ЛВС — распределение ресурсов ЭВМ (программ, совокупности периферийных устройств, терминалов, памяти) для эффективного решения задач автоматизированного проектирования. Локальные ВС должны иметь надежную, быструю и дешевую систему передачи данных (СПД), а стоимость передачи единицы информации должна быть значительно ниже стоимости обработки единицы информации. Для достижения этого ЛВС как система распределенных ресурсов должна выполняться на основе следующих принципов.
11Поясните принцип единых протоколов. Протоколы межмашинной связи в ЛВС предназначены для организации обмена информацией между компонентами сети. Протоколы сети определяют форму сообщения или пакета сообщений (длину, заголовок, знак окончания, дополнительную информацию для повышения достоверности передачи и др.). Все процедуры управления и соответствующие им протоколы едины для всей сети и не зависят ни от типа ЭВМ, подключенных к сети, ни от происходящих в них процессов.
12Что понимается под принципом единой передающей среды? При построении СПД для ЛВС используют активную или пассивную структуру передающей среды.
13Что понимается под активной структурой? Активная структура выполняется на основе распределенных усилителей и преобразователей, обеспечивающих передачу информации в параллельном и последовательном кодах.
14Что характерно для пассивной структуры? Пассивная структура выполняется на основе пассивного носителя — коаксиального либо плоского кабеля. Она использует преобразователи-усилители одного типа. Это обеспечивает возможность работы либо в параллельном, либо в последовательном коде.
15Поясните принцип единого метода управления. Принцип единого метода управления. Протоколы ЛВС могут применять централизованные и децентрализованные формы управления одноузловой структурой моноканала. Принцип единого метода управления проявляется в выборе одной из этих форм, обеспечивающей достаточную надежность работы СПД и максимальную загрузку каналов связи. При этом для определения метода управления следует учитывать структуру соединений, их длину, число абонентов и сложность обработки информации с помощью ресурсов ЛВС.
16Что предусматривает принцип информационной и программной совместимости? Принцип информационной и программной совместимости предусматривает совместимость операционных систем, программ и систем управления базами данных (СУБД), рассредоточенных в рамках ЛВС.
Особенность этого принципа — возможность адаптации процессов к видам пересылаемой информации и применение единых систем кодирования и контроля информации.
17Что предусматривает принцип гибкой модульной организации? Принцип гибкой модульной организации предусматривает проектирование СПД ЛВС на основе набора гибких конструктивно законченных модулей
Тема 7
1На какие группы делится периферийное оборудование (ПО)? Периферийное оборудование подразделяется на две группы: локальное, устанавливаемое рядом и подключаемое непосредственно к ЭВМ, и удаленное (терминальное). По выполняемым функциям и локальное, и терминальное оборудование включают в себя средства хранения, телеобработки и ввода/вывода информации. Средства взаимного общения с пользователем должны осуществлять представление и ввод информации в основном в графической форме.
2Какие существуют критерии оценки ПО? Основными критериями для их сравнения являются:
качество изображения;
скорость формирования изображения;
стоимость оборудования и его эксплуатации;
особенности программного обеспечения
3На какие классы делятся периферийные устройства по программному обслуживанию? По программному обслуживанию периферийные устройства САПР делятся на два класса: растровые и координатные (векторные).
4Что характерно для растровых устройств? В растровых устройствах выводится мозаичный рисунок из отдельных точек — пикселей, или ПЭЛов (от англ. picture element), по типу телевизионной развертки. При этом осуществляется последовательный перебор элементов мозаики и выделение пикселей, составляющих изображение. Время вывода изображения постоянно, не зависит от сложности рисунка и определяется только числом элементов мозаики (пикселей) и скоростью их перебора
5Какие виды изображений существуют в современных САПР? . Существует несколько видов изображений в пакетах САПР:
высококачественные черно-белые двухмерные изображения (чертежи, эскизы);
цветные или полутоновые двумерные изображения (топология БИС, печатных плат);
каркасные трехмерные проекции конструкторских чертежей, эскизов и т. д. с удалением и без удаления невидимых линий;
проекции трехмерных изображений с закрашиванием поверхностей;
проекции реалистичных трехмерных изображений с учетом отражательных характеристик поверхностей объектов и формированием светотеней.
6Что называют графическим процессором? Для визуализации реалистичных трехмерных изображений, конструкций сложных объектов и многослойных топологий БИС требуются более высокие быстродействие и разрешение графических адаптеров. Такие графические адаптеры называют графическими процессорами
7Что входит в состав графической рабочей станции? PC с графическим процессором и цветным монитором повышенного разрешения и размера по диагонали (19 дюймов и выше) — графической рабочей станцией.
8Что представляют собой устройства графического вывода? Устройства графического вывода (печатающие устройства — принтеры, графопостроители)
9Как подразделяются печатающие устройства? Печатающие устройства по порядку вывода делятся на:
посимвольные, в которых вывод алфавитно-цифровой информации осуществляется последовательно символ за символом за один цикл печати;
построчные, которые формируют и выводят за один цикл печати всю строку;
постраничные, которые формируют и выводят целиком страницу за один цикл печати.
По физическому принципу различают печатающие устройства ударного и безударного действия. В первом случае изображение получают в результате удара по носителю записи специальным органом — молоточком, стержнем или иглой. В устройствах безударного действия изображение выводится в результате физико-химического, электрического и другого воздействия на оконечный носитель записи (бумагу) или некоторый промежуточный носитель (специальную пленку, различные барабаны, пластины).
10Как работают термопечатающие устройства? Термопечатающие устройства используют термопечатные головки (терморезисторы) и копировальные пленки (5-10 мкм) с легкоплавким красящим слоем. Локальный нагрев пленки у красителя приводит к переносу отпечатка на бумагу. В таких устройствах достигаются высокая четкость (6-12 точек на 1 мм), высокая контрастность, легко реализуется многоцветность изображения.
11Как работают струйные печатающие устройства? Струйные печатающие устройства относятся к посимвольным матричным устройствам. Существует два типа таких печатей: с непрерывной капельной струей и импульсные (ждущие). В первых заряженные капельки красителя летят мимо отклоняющей системы и формируют символы (графику) на бумаге. Скорость такой печати — до 300 см2/мин при разрешении 20 точек на 1 мм. В ждущих принтерах капли вылетают лишь тогда, когда необходимо сформировать символ. В них используются многосопловые (до 9-12 сопл и более) струйные головки, обеспечивающие плотность записи 4-12 точек на 1 мм. Возбуждение капсул-инъекторов осуществляется пьезоэлементом или нагревом микрорезистора.
12Что характерно для лазерной печати? Наибольшую популярность в настоящее время имеет лазерная печать, обеспечивающая очень высокую скорость печати (до 10 страниц в минуту) при высокой четкости — до 32-40 точек на 1 мм. В таких устройствах изображение регистрируется электрографическим способом. Лазер создает скрытое изображение на барабане, а его визуализация осуществляется специальным порошком — тонером с тепловым закреплением на бумаге. При этом луч лазера по одной координате разворачивается механически с помощью зеркальной многогранной призмы, а по другой координате — электронным способом с помощью акустооптического дефлектора. Управляет работой лазерной печати мощная микро-ЭВМ, формируя страницы вывода, получаемые от PC или ПК. К недостаткам лазерной печати следует отнести ее относительно высокую стоимость и сложность формирования цветных изображений. Лазерные принтеры обычно используются коллективно несколькими пользователями через ЛВС. Лидером в производстве лазерных печатей является фирма Hewlett-Packard. Параметры одного из относительно недорогих лазерных принтеров HP LaserJet IIP:
номинальная скорость печати — 4 стр./мин;
емкость лотка для подачи бумаги — 50 листов;
емкость приемного лотка — 20, 50 листов;
минимальная емкость буферной памяти — 512 Кб;
максимальная емкость буферной памяти—4,5 Мб;
интерфейсы с ЭВМ — последовательный и параллельный;
ресурс кассеты с тонером — 3500 страниц;
масса — 10 кг.
13Поясните основное назначение устройств ввода. Основное назначение устройств ввода графической информации заключается в преобразовании аналоговых объектов изображения в дискретную форму представления в ЭВМ
14Какие основные операции осуществляют устройства ввода? При вводе осуществляются две основные операции: поиск, выделение (считывание) изображения и кодирование информации. По степени автоматизации операции считывания изображения устройства ввода разделяются на полуавтоматические и автоматические. В первых поиск элементов осуществляется вручную, а кодирование информации — автоматически; во вторых устройствах и считывание, и кодирование информации производятся автоматически с помощью ЭВМ.
15Что входит в машинную графику? Машинная графика — это совокупность технических, математических и программных средств и приемов, позволяющих осуществить ввод и вывод из ЭВМ графической информации без ручного преобразования информации в числовую или графическую форму
16Что представляют собой компьютерные сети? При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение — СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ — и специальное программное обеспечение — СЕТЕВЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА.
17Как происходит обмен данными в компьютерной сети? Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.
Тема 8
Что включает в себя методическое обеспечение САПР?
Методическое обеспечение САПР включает в себя: теорию процессов, происходящих в схемах и конструкциях РЭС; методы анализа и синтеза схем и конструкций радиоэлектронных устройств, систем и их составных частей, их математические модели; математические методы и алгоритмы численного решения систем уравнений, описывающих схемы и конструкции РЭС. Указанные компоненты методического обеспечения составляют ядро САПР. В методическое обеспечение САПР входят также алгоритмические специальные языки программирования, терминология, нормативы, стандарты и другие данные. Разработка методического обеспечения САПР РЭС требует специальных знаний в областях радиотехники, электроники, в частности, системотехники, схемотехники и микроэлектроники, конструирования и технологии производства РЭС. Следовательно, разработка методического обеспечения САПР РЭС — прерогатива специалистов в области радиотехники и электроники.
Обычно в качестве обособленных блоков в методическом обеспечении выделяются математическое и лингвистическое обеспечения.
Математическое обеспечение — это совокупность математических моделей, методов и алгоритмов для решения задач автоматизированного проектирования.
Лингвистическое обеспечение представляет собой совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования и для осуществления диалога между проектировщиками и ЭВМ.
Входят ли в состав методического обеспечения документы, посвященные созданию САПР?
Документы (методики, организационные, директивные документы), относящиеся к процессу создания САПР, не входят в состав методического обеспечения. Данное уточнение весьма принципиально, так как даже специалисты в области САПР нередко рассматривают методическое обеспечение САПР как методы их разработки.
Однако отдельные документы, выпущенные при создании и для создания САПР, могут войти в состав САПР и использоваться при ее эксплуатации. Например, для создания САПР разрабатываются структуры и описания баз данных, инструкции по их заполнению и ведению. Эти документы могут остаться неизменными и стать частью методического обеспечения САПР. Порядок разработки такого рода документов, относящихся к процессу создания САПР и затем включаемых в ее состав, а также обязательный состав эксплуатационных документов определены государственными стандартами.
На основе чего создаются компоненты методического обеспечения?
Компоненты методического обеспечения создаются на основе перспективных методов проектирования, поиска новых принципов действия и технических решений, эффективных математических и других моделей проектируемых объектов, применения методов многовариантного проектирования и оптимизации, использование типовых и стандартных проектных процедур, стандартных вычислительных методов.
Что составляет основу математического обеспечения САПР?
Основу этого компонента САПР составляют алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР и, следовательно, осуществляется процесс автоматизирования проектирования САПР. Математическое обеспечение (МО) при автоматизированном проектировании в явном виде не используется, а применяется производный от него компонент — программное обеспечение.
Каковы пути совершенствования математического обеспечения?
Развитие и совершенствование методов в данной части — процесс постоянный. Создание САПР стимулирует эти работы, и прежде всего — в части разработки оптимизационных методов проектирования
Назовите языки лингвистического обеспечения САПР.
Это совокупность языков, используемых в процессе разработки и эксплуатации САПР для обмена информацией между человеком и ЭВМ. Термином "язык" в широком смысле называют любое средство общения, любую систему символов или знаков для обмена информацией.
Лингвистическое обеспечение САПР состоит из языков программирования, проектирования и управления.
Для чего служат языки программирования?
Языки программирования служат для разработки и редактирования системного и прикладного программного обеспечения САПР. Они базируются на алгоритмических языках — наборе символов и правил образования конструкций из этих символов для задания алгоритмов решения задач.
Для чего служат языки проектирования?
Языки проектирования — это проблемно-ориентированные языки, служащие для обмена информацией об объектах и процессе проектирования между пользователем и ЭВМ.
Для чего служат языки управления?
Языки управления служат для формирования команд управления технологическим оборудованием, устройствами документирования, периферийными устройствами ЭВМ.
Что называется исходной программой?
Программа, записанная на некотором языке программирования высокого уровня, называется исходной. Прежде чем исходная программа будет исполнена, она должна быть преобразована в машинную форму, соответствующую ЭВМ данного типа. Подобные преобразования осуществляются специальными программами, называемыми языковыми процессорами.
Каково назначение исходной программы?
Каково назначение языкового процессора?
Что называется трансляцией?
Трансляцией называют перевод всего текста программы на исходном языке (исходной программы) в текст на объектном языке (объектную программу). Если исходный язык является языком высокого уровня, а объектный — машинным, то транслятор называют компилятором. Если исходный язык — машинно-ориентированный (в автокоде), а объектный — машинный, то транслятор называют ассемблером. Если исходный и объектный языки относятся к одному уровню, то транслятор называют конвертером.
Что называется ассемблером?
Что называется системой программирования?
Совокупность языка программирования и соответствующего ему языкового процессора называют системой программирования.
Тема 9
Что представляет собой ПО САПР?
Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для автоматизированного проектирования. Физически в состав ПО входят [7, 30, 16]:
документы с текстами программ;
программы, записанные на машинных носителях информации;
эксплуатационные документы.
Перечислите документы, которые входят в состав ПО САПР.
Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для автоматизированного проектирования. Физически в состав ПО входят [7, 30, 16]:
документы с текстами программ;
программы, записанные на машинных носителях информации;
эксплуатационные документы.
ПО конкретной САПР включает в себя программы и документацию для всех типов ЭВМ, используемых в данной САПР.
Составляющие программного обеспечения САПР, а также требования к его разработке и документированию установлены государственными стандартами.
ПО САПР подразделяется на общесистемное и специализированное.
Общесистемное ПО содержит набор программных средств, которые предназначены для повышения эффективности использования вычислительных комплексов САПР и производительности труда персонала, обслуживающего эти комплексы. К функциям общесистемного ПО относятся:
управление процессом вычислений;
ввод, вывод и частично обработка информации;
диалоговая взаимосвязь с пользователем в процессе проектирования;
решение общематематических задач;
хранение, поиск, сортировка, модификация данных, необходимых при проектировании, защита их целостности и защита от несанкционированного доступа;
контроль и диагностика работы вычислительного комплекса.
Специализированное ПО включает в себя прикладные программы и пакеты прикладных программ (ППП), основной функцией которых является получение проектных решений.
Конкретный состав общесистемного ПО зависит от состава технических средств вычислительного комплекса САПР и устанавливаемых режимов обработки информации на этом комплексе.
Какова структура общесистемного ПО?
Рис. 9.1. Структура общесистемного программного обеспечения САПР
Поясните классы системного ПО.
Системное программное обеспечение включает программы, осуществляющие управление, контроль и планирование вычислительного процесса, распределение ресурсов, ввод/вывод данных и другие операции в подсистемах САПР. Его подразделяют на две части. Первая часть — общесистемное ПО, которое представлено операционными системами. Они используются в САПР. Другая часть — базовое программное обеспечение, включающее программы обслуживания подсистем САПР (мониторные системы, СУБД, графические и текстовые редакторы).
Приведите примеры операционных систем для ПЭВМ.
Для персональных ЭВМ наибольшее распространение получили операционные системы UNIX, MS DOS, Windows и другие.
Приведите основные характеристики и примеры прикладного программного обеспечения САПР РЭС.
Существуют чисто конструкторские пакеты, обеспечивающие более полное решение различных задач конструкторского проектирования РЭС.
Пакет программ P-CAD фирмы Personal CAD Systems Inc. — это полное комплексное программное решение для проектирования электронных устройств, в частности, ввода схемы и проектирование схемной печатной платы. Комплексное решение предполагает, что логика, описанная в схеме, воплощается в топологию печатной платы. Программы осуществляют функции логического моделирования, проверяют соблюдение правил проектирования, создают список соединений для моделирования, автоматически размещают компоненты, трассируют печатную плату и создают документы для автоматизированных производственных систем. Пакет содержит взаимодействующие средства проектирования, удобную для пользователя оболочку и интеллектуальную базу данных, обширную библиотеку, диалоговые редакторы, средства сопряжения с популярными средствами анализа. Пакет имеет открытую архитектуру, обеспечивает выдачу готовых документов для технологии монтажа и другую проектную документацию.
Вывод документации после контроля на дисплее может осуществляться на принтер, плоттер или фотоплоттер. Оболочка системы помогает пользователю двигаться сквозь процесс проектирования с помощью меню, подсказок и правок. Система проектирования печатной платы обеспечивает средства для полной разработки топологии: от диалогового редактора до автоматического размещения компонентов, автотрассировки, проверки соблюдения правил проектирования и сопряжения с производством.
Библиотека пакета содержит обширную информацию о компонентах электронных схем от дискретных и электромеханических деталей до существующих и заказных микросборок интегральных схем. Программные средства сопряжения превращают данные из списка соединения компонентов схемы в формат, необходимый для конкретной программы моделирования цифровой и аналоговой схемы (типа PSPICE). Пакет позволяет проектировать печатные платы, имеющие до 500 элементов и 2000 связей.
Какие функции выполняет программа управления задачами?
Группа управляющих программ включает в себя программы управления задачами, заданиями и данными.
Программа управления задачами (супервизор, диспетчер, монитор, резидентная программа) находится в оперативной памяти и выполняет все необходимые диспетчерские функции — переключение с выполнения одной программы на другую, распределения ресурсов времени и оперативной памяти между программами. Супервизор реализует мультипрограммный режим работы ЭВМ или режим разделения времени.
Какие функции выполняет программа управления заданиями?
Группа управляющих программ включает в себя программы управления задачами, заданиями и данными.
Программа управления задачами (супервизор, диспетчер, монитор, резидентная программа) находится в оперативной памяти и выполняет все необходимые диспетчерские функции — переключение с выполнения одной программы на другую, распределения ресурсов времени и оперативной памяти между программами. Супервизор реализует мультипрограммный режим работы ЭВМ или режим разделения времени.
Программы управления заданиями выполняют интерпретацию директив языка управления заданиями: ввод, трансляция, загрузка в память ЭВМ, решение, вывод информации.
Программы управления данными обеспечивают поиск, хранение, загрузку в оперативную память и обработку файлов
Что представляет собой ППП?
Прикладное программное обеспечение представляют пакеты прикладных программ (ППП) для выполнения различных проектных процедур. Они разрабатываются на основе единого внутреннего представления графической и текстовой информации, единого входного языка, строятся по модульному принципу и ориентированы на использование непрограммистом-проектировщиком.
Что характерно для ППП простой структуры?
Пакеты прикладных программ простой структуры характеризуются наличием только обрабатывающей части — набора функциональных программ (модулей), каждая из которых предназначена для выполнения только одной проектной процедуры. Объединение нужных модулей осуществляется средствами операционной системы ЭВМ.
Чем характеризуется ППП сложной структуры и программные системы?
Пакеты прикладных программ сложной структуры и программные системы появились в результате развития прикладного программного обеспечения. В первых из них имеется собственная управляющая часть — монитор, во вторых, кроме того, — языковой процессор с проблемно-ориентированным входным языком. Программные системы вместе с соответствующим лингвистическим и информационным обеспечением называют программно-методическими комплексами САПР.
Что называется программно-методическим комплексом САПР?
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.
Какие функции выполняет операционная система?
Функции и структуры операционных систем имеют различия в однои многопроцессорных вычислительных системах, многомашинных комплексах и вычислительных сетях. Соответственно этому операционная система должна обеспечить одно- или мультипрограммный режим работы ЭВМ, режим мультиобработки задач, совместное функционирование уровней и подсистем САПР через специальную мониторную систему
Перечислите связи между отдельными программными модулями.
Связи между отдельными программными модулями могут быть реализованы по управлению, информации, размещению и воздействию.
Связи модулей по управлению могут быть двух типов: последовательные связи между модулями без возврата в предыдущий модуль и иерархические связи с подчиненностью модулей различных уровней.
Связи модулей по информации проявляются в передаче числовых массивов в несколько модулей пакета. Этот аспект взаимодействия модулей затрагивает проблемы построения информационного обеспечения САПР.
Связи модулей по размещению указывают группы модулей, одновременно размещаемых в оперативной памяти на различных этапах проектирования.
Связи модулей по воздействию отражают такие воздействия одних программ на другие, которые приводят к изменению самих программ, например, воздействие языковых процессов на рабочие программы. Внутри рабочих программ связи модулей по воздействию стараются исключить.
Какие ППП используются для проектирования РЭС?
Различают несколько типов ППП в зависимости от состава пакета. Пакеты прикладных программ простой структуры характеризуются наличием только обрабатывающей части — набора функциональных программ (модулей), каждая из которых предназначена для выполнения только одной проектной процедуры. Объединение нужных модулей осуществляется средствами операционной системы ЭВМ.
Пакеты прикладных программ сложной структуры и программные системы появились в результате развития прикладного программного обеспечения. В первых из них имеется собственная управляющая часть — монитор, во вторых, кроме того, — языковой процессор с проблемно-ориентированным входным языком. Программные системы вместе с соответствующим лингвистическим и информационным обеспечением называют программно-методическими комплексами САПР.
Управляющая часть программного обеспечения имеет иерархическую организацию, и в общем случае в ней можно выделить различные уровни: уровень операционных систем вычислительной сети, операционных систем отдельных ЭВМ, мониторных систем САПР и мониторов отдельных ППП.
