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

Внутри стадий проектирования могут быть выделены более мелкие части процесса — этапы, проектные процедуры, проектные операции. Результатами всех этих частей процесса являются проектные решения, оформляемые в проектной документации.

На производственном предприятии запуску изделия в производство предшествует технологическая подготовка производства (ТПП) —

совокупность работ, которая может также может содержать в себе проектирование. В данном случае это будет проектирование технологических процессов изготовления изделия (технологическое проектирование), которым занимаются инженеры-технологи. К ТПП относят также освоение новых технологий, выявление потребности в материалах, полуфабрикатах, дополнительном оборудовании, составление сметы расходов на ТПП, плановой калькуляции на новое изделие и т.д.

3.2.Стандарты

Врезультате проектирования из малого объема исходной информации,

содержащейся в задании на проектирование, вырабатывается огромный объем информации, составляющей то, что называется проектом.

Проект, то есть описание объекта, позволяющее воплотить его объект в реальность, должно быть выполнено на языке, понятном тем, кто этот объект будут создавать. Поэтому любая документация, создаваемая при проектировании на разных стадиях, этапах, уровнях и т. п., выполняется в соответствии с требованиями стандартов.

11

Рассматриваемая нами проблематика охватывается Законом РФ «О техническом регулировании» № 184-ФЗ от 27.12.2002 г., Государственной системой стандартизации (ГСС) и разработанными на ее основе комплексными системами стандартов, такими, как:

ГОСТ 2.ххх Единая система конструкторской документации (ЕСКД);

ГОСТ 3.ххх Единая система технологической документации (ЕСТД);

ГОСТ 6.ххх Унифицированная система документации (УСД);

ГОСТ 7.ххх Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу (СИБИД);

ГОСТ 12.ххх Система стандартов безопасности труда (ССБТ);

ГОСТ 19.ххх Единая система программной документации (ЕСПД);

ГОСТ 24.ххх Единая система стандартов автоматизированных систем управления (ЕСС АСУ);

ГОСТ 34.ххх Стандарты информационной технологии;

ГОСТ Р ИСО 900х Системы качества.

3.3. Системы автоматизированного проектирования (САПР)

Реальные предпосылки практической автоматизации инженерного проектирования начали складываться лишь в последние десятилетия, а именно после изобретения компьютера. Сегодня, когда ЭВМ стали массовыми изделиями, а создание программных продуктов превратилось в мощную индустрию, совершенно необходимыми инструментами высококвалифицированного проектировщика, занятого в любой предметной области, становятся автоматизированные системы, известные под названием «системы автоматизированного проектирования (САПР)».

ГОСТ3 содержит следующее определение: «САПР — организационнотехническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи средств автоматизированного проектирования».

3 ГОСТ 23501.101-87 Системы автоматизированного проектирования. Основные положения.

13

Более полное представление о том, что собой представляют информационные системы класса САПР можно составить из их классификации по различным признакам, рассматриваемой в лекционном материале.

САПР представляет собой одну из разновидностей ИС и, следовательно, включает в себя все стандартные компоненты, присущие информационным

системам (см. раздел 2.1).

Специфика САПР, отличающая их от других ИС, определяется их прикладной функциональностью, реализуемой в математическом и программном обеспечении. Информационные процессы, которые мы хотели бы автоматизировать с помощью САПР — это математическое моделирование,

анализ, синтез, принятие решений и создание проектной документации.

Именно математическое обеспечение является самой сложной,

наукоемкой и дорогостоящей составляющей САПР, от которой в наибольшей степени зависит эффективность системы в целом.

Специальное (прикладное) ПО реализует математическое обеспечение отражает специфику предметной области проектирования и разрабатывается с учетом возможностей и особенностей общесистемного ПО, состава технических средств вычислительного комплекса.

Прикладное ПО САПР представляет собой совокупность всех программ (и эксплуатационной документации к ним), необходимых для выполнения автоматизированного проектирования и обычно имеет форму пакетов программ, обслуживающих все или некоторые этапы процесса проектирования, группы однотипных задач внутри различных этапов.

Традиционно производители ПО САПР позиционируют свои программные комплексы по трем сегментам:

«тяжелые» стоимостью от 7 тыс. до 20 тыс. долл. и более за рабочее место;

«средние» стоимостью от 5 тыс. до 7 тыс. долл. за рабочее место;

«легкие» стоимостью от 1 тыс. до 5 тыс. долл. за рабочее место.

Вкачестве характерного примера прикладного ПО САПР «легкого» и «среднего» уровня можно привести AutoCAD компании Autodesk (США).

Изначально (1982 г.) AutoCAD представлял собой мощный графический редактор для автоматизации процессов конструирования и чертежных работ. Стандартные функции пакета реализуются с помощью более 140 команд, в каждой из которой могут быть заданы параметры. Управление происходит с

14

помощью системы меню, графических объектов, диалоговых окон, в случае необходимости можно использовать «командную строку».

За прошедшие годы возможности AutoCAD значительно выросли. В дополнение к базовой графической платформе компании Autodesk для разработки машиностроительных, архитектурных, строительных, геодезических проектов, независимыми разработчиками из разных стран создано более 5 тысяч приложений для решения широкого спектра проектных задач и систем инженерного анализа во множестве предметных областей. На данный момент в AutoCAD и дополнительные приложения вложены миллиарды долларов, а главное — потрачены десятки лет на усовершенствование, тестирование и проверку надежности ПО.

3.4. CALS — концепция и технологии

Особенностью сложной наукоемкой продукции, имеющей длительный период эксплуатации, состоит в том, что на протяжении всего времени использования изделие физически изнашивается, морально устаревает, и для восстановления его работоспособности требуются регулярные регламентные осмотры, обслуживание, ремонты и модернизации. К наукоемкой продукции можно отнести самолеты, суда, системы вооружений, различное промышленное оборудование, информационные системы, целый ряд других объектов, требующих постоянного конструкторского и производственного сопровождения уже после их изготовления.

Конкурентоспособность сложных изделий определяется не только их качеством, но и уровнем информационной поддержки их работоспособности в течение всего жизненного цикла изделия (ЖЦИ). Согласно последней версии Международных стандартов серии ISO 9004 (Система менеджмента качества), принятой в 2000 году, жизненный цикл изделия — это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. ISO 9004 предусматривает этапы ЖЦ изделия (петля качества), показанные на рис. 3.4.1.

Концепция сквозного информационного обеспечения процессов ЖЦИ зародилась в середине 80-годов в Министерстве обороны США и называлась

CALS (Computer-Aided Logistic Support — компьютерная поддержка логистики).

15

В настоящее время аббревиатура CALS расшифровывается как Continuous Acquisition and Lifecycle Support — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла изделия. Термин CALS всегда носил военный оттенок, а полномасштабные CALS-системы до сих пор в значительной степени остаются идеалом, к которому следует стремиться.

Рис. 3.4.1.

В гражданской сфере практическая реализация концепции CALS претерпела определѐнную эволюцию через EDM4-системы, автоматизирующие процессы управления инженерными данными в масштабе проектной или производственной организации, PDM5-системы, обеспечивающие управление не только инженерной, но всей информацией об изделии, к PLM6-системам — системам управления жизненным циклом продукта. Более подробно эти системы рассматриваются в лекционной части курса.

Революционный характер базовой идеи CALS заключается в отказе от «бумажной» технологии оформления технической документации. CALS предусматривает однократный ввод данных, их хранение в стандартных форматах, стандартизацию интерфейсов, электронный обмен информацией между всеми участниками ЖЦИ, а так же интеграцию многочисленных

4Engineering data management (EDM).

5Product data management (PDM).

6Product Lifecycle Management (PLM)

16

автономных систем автоматизированного проектирования, подготовки производства и т.д., в Едином информационном пространстве, где все автоматизированные системы, применяемые на различных стадиях ЖЦ, прежде всего, САПР, оперируют не с традиционными документами и даже не с их электронными отображениями (например, отсканированными чертежами), а с формализованными информационными моделями, описывающими изделие, технологии его производства, использования и утилизации.

Концепция CALS доказала свою эффективность и переносится в настоящее время на гражданские отрасли промышленности во всем мире.

В лекционной части курса рассматриваются такие составляющие концепция CALS, как CALS-стратегия, CALS-идеология, CALS-стандарты,

единое информационное пространство, электронное описание изделия, интерактивное электронное техническое руководство, CALS-технологии.

Некоторое представление о том, какое место занимают CALS-технологии в системах классов CALS и PLM, можно составить из рис. 3.4.2.

Рис. 3.4.2.

В России теоретически доступны все CALS-технологии и соответствующие программные средства, однако их широкое внедрение на отечественных предприятиях пока сдерживается перечисленными трудностями, а также высокой стоимостью CALS-систем (от 50 до 900 тыс. долл. США).

17

Правительством РФ утвержден и проводится комплекс мероприятий по разработке и апробации нормативно-правовой, научно-методической и программно-технической базы, обеспечивающей внедрение CALS-технологий в промышленности. Разработан ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся аутентичными переводами соответствующих международных стандартов. В 2006 году введены в действие изменения в действующие стандарты ЕСКД, согласно которым устанавливаются две равноправные формы представления конструкторской документации — бумажная и электронная. В том же году введены вновь разработанные стандарты ГОСТ 2.05х–2006 ЕСКД.

В международной практике уже действует правило, по которому ни одно промышленное изделие не находит сбыта на мировом рынке, если его ЖЦ не поддержан технологиями CALS. Поэтому, начиная с 2005 г., вся экспортная продукция Российской Федерации должна сопровождаться электронной документацией, выполненной по международным стандартам.

4. Технология проектирования объектов информационной природы

Такие объекты информационной природы, как автоматизированные системы, информационные системы, АСУ, САПР и т.п., стали актуальными для проектирования начиная со второй половины ХХ века.

Главными объектами автоматизации в подобных системах являются информационные процессы, входящие в состав бизнес-процессов. Основными техническими средствами, позволяющими реально автоматизировать информационные процессы, являются компьютеры. Поэтому, значительный объем работ проектировщиков таких систем приходится на создание программного обеспечения.

4.1. Жизненный цикл объектов информационной природы

Для таких объектов инженерного проектирования, как автоматизированные системы, а также их программное обеспечение, вполне применимо понятие жизненного цикла изделия (см. раздел 3.4).

Жизненный цикл программного обеспечения (ЖЦ ПО) — непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

18

Структура ЖЦ ПО, согласно ГОСТ 12207-997, базируется на трех группах процессов:

основные процессы;

вспомогательные процессы;

организационные процессы.

Стандарт описывает структуру процессов ЖЦ ПО, но не конкретизирует,

как выполнять действия и задачи, включенные в эти процессы. Конкретная последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач зависит от выбора модели ЖЦ. К настоящему времени наибольшее распространение получила спиральная модель (рис. 4.1.1), в которую изначально заложен итерационный характер всего процесса проектирования ПО.

Рис. 4.1.1.

Процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто точное соответствие пожеланиям заказчика, меняющимся со временем. При этом заранее трудно предугадать, сколько итераций потребуется выполнить. Так,

например, для ПО AutoCAD в настоящее время актуальной является 24 версия под названием AutoCAD 2011.

7 ГОСТ 12207-99. Процессы жизненного цикла программных средств. Соответствует международному стандарту ISO/IEC 12207 «Software Life Cycle Processes».

ISO — International Organization of Standardization — Международная организация по стандартизации,

IEC — International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике.

19

4.2. Структура процесса проектирования автоматизированных

систем

Разработанная применительно к ПО, спиральная модель также может

служить моделью жизненного цикла информационной системы (ЖЦ ИС) в

целом. В этом случае результатом очередного витка спирали будет уже не новая

версия ПО, а новое «поколение» системы.

4.2.1. Структура процесса проектирования автоматизированной системы по ГОСТ 34.601-90

Для автоматизированных систем (АС), в число которых входят

информационные системы (ИС), ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие

стадии и этапы проектирования (таблица 4.2.1).

Таблица 4.2.1.

2.4.Оформление отчѐта о выполненной работе

3.Техническое 3.1. Разработка и утверждение технического задания на