Методические указания и задания на контрольную работу по дисциплине Автоматизированное проектирование средств и систем управления

План УМД на 2016/17 уч.г.

Методические указания и задания на контрольную работу

по дисциплине

Автоматизированное проектирование средств и систем управления

Составители:Добролюбов В.В., Андрюков А.А.

Учебно-методическое пособие рассмотрено и одобрено на заседании кафедры ИСУиА . Протокол № 2 от 20 июня 2016г.

Дисциплина «Автоматизированное проектирование средств и систем управления» изучается студентами, обучающимися по направлению подготовки

15.04.04 на 5 курсе.

В процессе обучения студенты прослушивают лекционный курс в объѐме

14 часов, выполняют лабораторные работы в объѐме 6 часов и контрольную работу. Выполнив домашнее задание, лабораторные работы и прослушав лекционный курс, студент должен получить зачет по всему курсу.

Изложены методические указания по самостоятельному изучению курса и задание на контрольную работу.

3

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

В методических указаниях содержится краткое содержание четырех разделов теоретической части дисциплины, излагаемой на лекциях. Эти сведения предназначены для использования при самостоятельном изучении материала и выполнении контрольной работы.

1. Инженерное проектирование

Термин «проект» в настоящее время имеет очень широкий смысл. В

большинстве случаев проектом называется процесс решения любой четко сформулированной проблемы достижения определенных целей (имеющих количественную оценку) в определенный срок и при ограниченных ресурсах,

допускающий планирование и управление.

Инженерное проектирование — информационный процесс,

включающий в себя комплекс работ исследовательского, аналитического,

расчетного, конструкторского и экспериментального характера. Этот процесс заключается в преобразовании исходного краткого описания объекта

(технического задания) в окончательное описание, позволяющее создать данный объект. В информационном плане любой проект — это, прежде всего, процесс принятия решений.

Результатом проектирования является то, что также называется проект

— комплекс проектной документации, отражающий все принятые проектные решения, содержащий чертежи, схемы, расчетно-пояснительные записки, сметы.

Объект проектирования. Объектом проектирования называют то, что подлежит проектированию. Сложность проектирования заключается в том, что инженер должен создать образ, описание того, что пока реально не существует, а

есть лишь продукт его умственной деятельности.

4

В процессе проектно-конструкторской деятельности инженеры стремятся создать технические объекты, наиболее полно отвечающие потребностям общества, дающие наибольший экономический эффект. При этом приходится учитывать массу разнообразных ограничивающих факторов и множество критериев качества, как самого процесса проектирования, так и проектируемых объектов. Поэтому некоторые виды проектов подлежат государственной экспертизе, осуществляемой специализированными (уполномоченными)

организациями в соответствии с действующим законодательством.

Научно-техническая революция привела к тому, что в области инженерного проектирования сложилась противоречивая ситуация. С одной стороны, объекты проектирования становятся более сложными, принимают форму комплексов, систем, а их число постоянно возрастает. Непрерывно растет объем научно-технической информации, которую требуется использовать для их создания. Рост сложности проектируемых объектов ведет к увеличению стоимости и сроков проектирования. С другой стороны, в условиях жесткой конкуренции производителей уменьшается время морального старения технических объектов. Это приводит к тому, что объем необходимых проектных работ возрастает примерно в 10 раз каждые 10 лет. Выход из сложившегося противоречия лежит в повышении производительности труда инженеров-

проектировщиков путем автоматизации проектирования, в основе которой лежат достижения конкретных предметных областей науки и техники,

вычислительной математики, компьютерной техники и информационных технологий.

2. Автоматизированные системы как объект инженерного

проектирования

2.1. Автоматизированные системы и информационные системы

5

В данной дисциплине в качестве объектов проектирования рассматриваются автоматизированные системы, то есть системы, в которых имеет место частичная передачи функций человека техническим средствам,

прежде всего вычислительной технике. При этом, как правило, речь идет об автоматизации не только рутинных процессов, но и элементов творческой деятельности человека, связанной с обработкой информации, с преобразованием данных в информацию, с извлечением из информации знаний. Системы, в

которых объектами автоматизации являются именно эти аспекты человеческой деятельности, также называются автоматизированными информационными системами (АИС). Учитывая тот факт, что в настоящее время неавтоматизированные информационные системы не являются актуальными,

чаще используют более краткое наименование — информационные системы

(ИС). При этом ИС рассматривается как одна из жизненно необходимых подсистем любой организационной системы — от мелкой фирмы до

государства.

Вряде, если не в большинстве случаев, целью создания ИС является автоматизация процессов управления. Поэтому, термин «информационная система» часто оказывается тождественным термину автоматизированная система управления (АСУ).

Впоследнее десятилетие получило распространение еще одно название,

«информационно-коммуникационные (инфокоммуникационные) системы»,

отражающее тот факт, что подобные системы базируются не только на компьютерных технологиях, но и на телекоммуникационных технологиях,

которые во все большей степени интегрируются друг с другом.

В законодательстве РФ имеется следующее определение: «информационная система — совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств» 1.

1 Закон РФ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» от 27

июля 2006 г. N 149-ФЗ.

6

Мы видим, что информационные системы базируются на применении современных информационных технологий. В упомянутом законе РФ дано еще одно важное определение: «информационные технологии — процессы, методы поиска, сбора, хранения, обработки, предоставления, распространения информации и способы осуществления таких процессов и методов».

Типичными составляющими подобных систем, определенными в ряде стандартов, принято считать несколько видов их обеспечения: техническое,

организационное, правовое и некоторые другие, в зависимости от конкретной предметной области. Эти виды обеспечения составляют перечень объектов,

подлежащих проектированию при создании ИС практически любых типов. При этом только техническое обеспечение представляет собой материальные объекты, остальные компоненты имеют информационную природу. В

соответствии с этим, существует подход, при котором в составе ИС выделяют всего две относительно независимые составляющие или подсистемы.

Первая составляющая образует среду хранения и доступа к данным —

инфокоммуникационную инфраструктуру организации в широком смысле этого слова (сетевая, телекоммуникационная и системно-программная инфраструктуры, взаимодействующие с организационной и другими видами инфраструктур).

Вторая составляющая — взаимосвязанные функциональные подсистемы, обеспечивающие решение задач организации и достижение ее целей. Вторую составляющую называют прикладной функциональностью

информационной системы. Именно для реализации прикладной функциональности создается инфокоммуникационная инфраструктура — среда,

в которой становится возможной автоматизация информационных процессов организации.

2.2. Типовые задачи проектирования информационных систем

7

Прикладная функциональность, то есть конкретные задачи, которые должны решаться информационной системой, в значительной степени зависят от той прикладной области, для которой предназначена система. Но можно выделить некоторое количество общих задач, не зависящих от специфики прикладной области:

Задача накопления информации, утрата которой невосполнима.

Разумное структурирование данных при их хранении в информационном массиве системы. В том случае, если информационный массив или фонд, содержит структурированную совокупность взаимосвязанных данных, он обычно называется базой данных (БД).

Выборка информации из накопленных информационных массивов по заданному критерию или выполнение запросов.

Разумеется, в любой информационной системе должны быть реализованы функции, которые обеспечивают ввод, обновление и удаление данных. В

автоматизированных системах выполнение перечисленных очевидных задач и функций, а также многих других, менее очевидных, обеспечивают программные и лингвистические средства, составляющие систему управления базами данных

(СУБД).

Мы видим, что основная проблематика прикладной функциональности любой информационной системы, так или иначе, связана с БД и СУБД. Этот факт нашел свое отражение в определении ИС, содержащемся в Законе РФ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации».

Если говорить более конкретно, то проектирование ИС будет включать в себя три различных типа задач:

1.Проектирование СУБД, в наибольшей степени соответствующей прикладной функциональности конкретной ИС.

2.Проектирование БД, реализующей прикладную функциональность конкретной ИС, в среде конкретной СБУД.

3.Наполнение спроектированной БД конкретным содержанием (данными).

8

По поводу задачи первого типа, то есть проектирования СУБД, нужно отметить следующее.

К настоящему времени выросла мощная индустрия программного обеспечения (ПО), предлагающая множество готовых СУБД различных типов.

До сих пор доминируют СУБД реляционного типа, в значительной степени удовлетворяющие большинству требований существующих и перспективных ИС. В такой ситуации реальная необходимость в проектировании новой СУБД в рамках проекта создания ИС представляется весьма маловероятной. Речь, скорее всего, будет идти о рациональном выборе СУБД из тех, которые уже представлены на рынке.

Что касается задачи проектирования БД в среде конкретной СУБД, то здесь имеет место похожая ситуация. За десятилетия своего развития индустрией ПО в разных странах, в том числе в СССР и в России, было разработано гигантское количество программных продуктов, реализующих прикладную функциональность ИС практически для любых предметных областей. Среди таких продуктов постепенно выделились несколько десятков программных систем, которые можно считать типовыми.

Поэтому, прежде чем приступать к решению рассматриваемой задачи,

следует тщательно проанализировать возможности типовых систем. Скорее всего, для большей части необходимой прикладной функциональности уже существует ПО, практически доказавшее свою работоспособность. Обычно лишь некоторая часть необходимых функций оказывается уникальной.

Что касается задачи третьего типа, то это задача не столько проектировщиков ИС, сколько тех, кто данную систему эксплуатирует.

3. Технология проектирования объектов материальной природы

9

Если рассматривать ИС в качестве объекта проектирования, то можно

увидеть, что проектированию подлежат как система в целом, так и ее

компоненты, — минимум два типа объектов:

объекты материальной природы — инфокоммуникационная инфраструктура, которая применительно к организациям масштаба корпораций носит название «корпоративная сеть»;

информационные объекты — все остальные компоненты ИС, необходимые для реализации прикладной функциональности.

Подходы, методы и средства проектирования объектов столь различной природы должны существенно различаться. Отметим, что этот факт стал очевидным далеко не сразу, и является результатом практического опыта создания ИС.

3.1. Структура процесса проектирования объектов материальной

природы

Впроцессе проектирования участвуют, как минимум, две стороны — заказчик и исполнитель. Заказчик — это тот, кому требуются результаты проектирования (проект), тот, кто оплачивает расходы по проектированию. Исполнитель — это тот, кто берется за разработку проекта. Как правило, обе стороны являются организациями, юридическими лицами.

Для изделий всех отраслей промышленности ГОСТ 2.103–682 предусматривает расчленение процесса проектирования на стадии разработки конструкторской документации и этапы выполнения работ.

Впроектировании могут участвовать коллективы научных, проектноконструкторских и производственных организаций. На рис. 3.1.1 стадии проектирования сгруппированы по типам проектных работ и организаций, которые могут участвовать в проектировании.

Конкретное содержание указанных на рис. 3.1.1 стадий проектирования рассматривается на лекциях.

2 ГОСТ 2.103–68 ЕСКД. Стадии разработки.

10