лабы по ЭВМ ППП / Лабораторное занятие №2

Лабораторное занятие №2

Тема: Системный подход к проектированию.

Цели и задачи: Усвоить понятия инженерного проектирования. Изучить принципы системного подхода. Ознакомится с основными понятиями систе­мотехники.

После занятия студент должен:

1. Знать: Что такое проектирование. Основные идеи и принципы про­екти-рования сложных технических систем.

2. Уметь: Определять на примере двигателя внутреннего сгоранияиерархическую структуру, внутренние, внешние и выходные пара­метры сложных технических систем.

Для выполнения лабораторной работы необходимо:

1. Проработать теоретический материал по теме: «Системный подход к проектированию».

[1] стр. 12-17

[4] лекция №2

Понятия, которые необходимо рассмотреть на занятии:

Проектирование технического объекта - создание, преобразование и представления в принятой форме образа этого еще не существующего объ­екта.

Проектирование включает в себя разработку технического задания (ТЗ), отражающего характеристики проектируемого объекта, и реализа­цию ТЗ в виде проектной документации.

Основные идеи и принципы проектирования выражены в системном подходе. Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимо­действия.

Системный подход включает в себя выявление структуры системы, ти­пизацию связей, определение атрибутов, анализ влияния внешней среды.

Теория систем, - дисциплина, в которой конкретизируются положе­ния системного подхода

В технике дисциплину, в которой исследуются сложные технические системы, их проектирование называют системотехникой.

Структурный, блочно-иерархический, объектно-ориентированный под­ходы являются компонентами системотехники.

При структурном подходе требуется синтезировать варианты системы из блоков и оценить варианты при их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристик компонентов.

Блочно-иерархический подход к проектированию использует идеи деком­позиции сложных описаний объектов и соответственно средств их создания на иерархические уровни и аспекты, вводится понятие стиля проектирова-

ния (восходящий и нисходящий), устанавливает связь между параметрами соседних иерархических уровней.

Объектно-ориентированный подход к проектированию используется при разработке информационных систем и ПО. Он вносит в модели прило­жений большую структурную определенность, распределяя представленные в при­ложении данные и процедуры между классами объектов.

Система—множество элементов, находящихся в отношениях и свя­зях между собой.

Элемент - такая часть системы, представление о которой нецелесооб­разно подвергать при проектировании дальнейшему членению.

Сложная система - система, характеризуемая большим числом эле­ментов и, что наиболее важно, большим числом взаимосвязей элементов. Слож­ность системы определяется также видом взаимосвязей элементов, свой­ства­ми целенаправленности, целостности, членимости, иерархичности, много­аспектности.

Надсистема - система, по отношению к которой рассматриваемая система является подсистемой.

Структура — отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей; понятие структуры отличается от понятия самой системы также тем, что при описании структуры принимают во внимание лишь типы элементов и связей без конкретизации значений их параметров.

Параметр - величина, выражающая свойство или системы, или ее части, или влияющей на систему среды.

Фазовая переменная — величина, характеризующая энергетическое или информационное наполнение элемента или подсистемы.

Состояние—совокупность значений фазовых переменных, зафикси­рованных в одной временной точке процесса функционирования.

Поведение(динамика) системы - изменение состояния системы в процессе функционирования.

К характеристикам сложных систем, как сказано выше, часто относят следующие понятия.

Целенаправленность — свойство искусственной системы, выражаю­щее назначение системы. Это свойство необходимо для оценки эффектив­ности вариантов системы.

Целостность - свойство системы, характеризующее взаимосвязан­ность элементов и наличие зависимости выходных параметров от парамет­ров элементов, при этом большинство выходных параметров не является простым повторением или суммой параметров элементов.

Иерархичность — свойство сложной системы, выражающее возмож­ность и целесообразность ее иерархического описания, т. е. представления в виде нескольких уровней, между компонентами которых имеются отношения целое - часть.

Составными частями системотехники являются следующие основные разделы:

иерархическая структура систем, организация их проектирования;

анализ и моделирование систем;

синтез и оптимизация систем.

Моделирование имеет две четко различимые задачи: 1 — создание моделей сложных систем (в англоязычном написании - modeling); 2 -анализ свойств систем на основе исследования их моделей (simulation).

Синтез также подразделяют на две задачи: 1 - синтез структуры про­ектируемых систем (структурный синтез); 2 - выбор численных значений параметров элементов систем (параметрический синтез). Эти задачи отно­сятся к области принятия проектных решений.

Пример: определения иерархической структуру, внутренних, внешних и

выходных параметров двигателя внутреннего сгорания.

Для двигателя внутреннего сгорания подсистемами являются:

коленчатый вал,

механизм газораспределения,

поршневая группа,

системы смазывания и охлаждения.

Внутренние параметры:

число цилиндров,

объем камеры сгорания.

Выходные параметры:

мощность двигателя,

КПД,

расход топлива.

Внешние параметры:

характеристика топлива,

температура воздуха,

нагрузка на выходном валу.

Индивидуальное задание:

1. Определите иерархической структуру, внутренние, внешние и выход-ные параметры компьютера.

Контрольные вопросы по материалу лабораторного занятия №2:

1. Дайте определение понятия «Проектирование».

2. Что такое техническое задание (ТЗ)?

3. В чем отличие ручного, автоматизированного и автоматического про­ектирования?

4. В чем состоит общий принцип системного подхода?

5. Что является предметом изучения теории систем?

6. В чем суть структурного подхода?

7. В чем суть блочно-иерархического подхода?

8. В чем суть объектно-ориентированного подхода?

9. Дайте определения понятиям:

а) Система

б) Элемент

в) Сложная система

г) Подсистема

д) Надсистема

е) Структура

ж) Параметр

з) Фазовая переменная и) Состояние

к) Поведение

л) Система без последствий

м) Целенаправленность

н) Целостность

о) Иерархичность.

10.Перечислите составные части системотехники.

11.Назовите задачи моделирования.

12.Назовите задачи синтеза.

Литература:

1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М., Изда­тельство МГТУ им. Баумана, 2002 .

2. Ли Кунву Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб, Питер, 2004.

3. Грувер М., Зиммерс Э., САПР и автоматизация производства. М., Мир, 1987.

4. Конспект лекций.