- •Министерство образования и науки, молодёжи и спорта украины
- •Содержание
- •Тема.1. Основные понятия и методология проектирования сложных обьектов и систем Лекция 1. Основные понятия и методология
- •1.1. Основные определения
- •1.2. Сущность процесса проектирования
- •1.3. Методология системного подхода к проблеме проектирования сложных систем
- •1.4. Системный подход к задаче автоматизированного проектирования технологического процесса
- •1.5. Системный анализ сложных процессов
- •1.6. Этапы проектирования сложных систем
- •Техническое задание
- •Этап нир
- •Этап окр
- •Этап разработки технического проекта объекта
- •Рабочее проектирование
- •Проектирование технологии изготовления спроектированного объекта
- •1.6. Контрольные вопросы и упражнения
- •Тема.2. Системный ( структурный ) уровень компьютерного проектирования сложных обьектов Лекция 2. Определение визуального моделирования
- •2.1. О пользе чертежей
- •2.2. По и другие инженерные объекты
- •2.3. Чертить по.
- •2.4. Метафора визуализации
- •2.5. Графовая метафора
- •2.6. Определение визуального моделирования
- •2.7. Средства визуального моделирования
- •2.8. О программных инструментах
- •2.9. Визуальное моделирование на фоне эволюции средств программирования
- •2.10. Семантический разрыв визуальных моделей и программного кода
- •2.11. Где выход?
- •2.12. Предметная область, модель, метамодель, метаметамодель.
- •2.13. Множество моделей по
- •2.14. Граф модели и диаграммы
- •2.15. Об операциях над графом модели и диаграммами
- •2.16. Контрольные вопросы
- •Лекция 3. Что такое The uml
- •3.1. Назначение языка
- •3.2. Историческая справка
- •3.3. Способы использования языка
- •3.4. Структура определения языка
- •3.5. Терминология и нотация
- •3.6. Контрольные вопросы
- •Лекция 4. Виды диаграмм uml
- •4.1. Почему нужно несколько видов диаграмм
- •4.2. Виды диаграмм
- •4.3. Диаграмма прецедентов (use case diagram)
- •4.4. Диаграмма классов (class diagram)
- •4.5. Диаграмма объектов (object diagram)
- •4.6. Диаграмма последовательностей (sequence diagram)
- •4.7. Диаграмма взаимодействия (кооперации, collaboration diagram)
- •4.8. Диаграмма состояний (statechart diagram)
- •4.9. Диаграмма активности (деятельности, activity diagram)
- •4.10. Диаграмма развертывания (deployment diagram)
- •4.11. Ооп и последовательность построения диаграмм
- •4.12. Контрольные вопросы
- •Лекция 5. Диаграмма классов: крупным планом
- •5.1. Как класс изображается на диаграмме uml?
- •5.2. А что внутри?
- •5.3. Как использовать объекты класса?
- •5.4. Всегда ли нужно создавать новые классы?
- •5.5. Отношения между классами
- •5.6. Контрольные вопросы
- •Лекция 6. Диаграмма активностей: крупным планом
- •6.1. А ведь это вовсе не блок-схема!
- •6.2. Примеры использования таких диаграмм
- •6.3. Советы по построению диаграмм активностей
- •6.4. Контрольные вопросы
- •Лекция 7. Диаграммы взаимодействия: крупным планом
- •7.1. Диаграммы последовательностей и их нотация
- •7.2. Диаграммы кооперации и их нотация
- •7.3. Рекомендации по построению диаграмм взаимодействия
- •7.4. Контрольные вопросы
- •Лекция 8: Диаграммы прецедентов: крупным планом
- •8.1. Несколько слов о требованиях
- •8.2. Диаграммы прецедентов и их нотация
- •8.3. Моделирование при помощи диаграмм прецедентов
- •8.4. Контрольные вопросы
- •Лекция 9: Элементы графической нотации диаграммы развертывания. Паттерны проектирования и их представление в нотации uml
- •9.1. Диаграмма развертывания, особенности ее построения
- •9.1.1. Узел
- •9.1.2. Соединения и зависимости на диаграмме развертывания
- •9.1.3. Рекомендации по построению диаграммы развертывания
- •9.2. Паттерны объектно-ориентированного анализа и проектирования, их классификация
- •9.2.1. Паттерны проектирования в нотации языка uml
- •9.2.2. Паттерн Фасад и его обозначение в нотации языка uml
- •9.2.3. Паттерн Наблюдатель и его обозначение в нотации языка uml
- •Лекция 10: Визуальное моделирование систем реального времени
- •10.1. Системы реального времени
- •10.2. Структурное подобие срв и аппаратуры
- •10.3. Многоуровневые открытые сетевые протоколы и блочная декомпозиция
- •10.4. Композитные компоненты
- •10.5. Интерфейс
- •10.6. Порт
- •10.7. Соединитель
- •10.8. Реактивные системы
- •10.9. Обзор примера
- •10.10. Контрольные вопросы
- •Лекция 11. Визуальное моделирование бизнес-процессов
- •11.1. Новая концепция бизнеса - ориентация на бизнес-процессы
- •11.2. Erp-системы
- •11.3. Моделирование бизнес-процессов
- •11.4. Пример бизнес-процесса
- •11.5. Декомпозиция бизнес-процессов
- •11.6. Исполняемая семантика бизнес-процессов
- •11.7. Бизнес-процессы и web-сервисы
- •11.8. Обзор bpmn
- •11.8.1. Действия (activities)
- •11.8.2. Связи (connecting objects)
- •11.8.3. Участники (swimlanes) бизнес-процесса
- •11.8.4. Порты (gateways)
- •11.9. Контрольные вопросы
- •12. Лекция: Этапы проектирования ис с применением uml
- •12.1. Разработка модели бизнес-прецедентов
- •12.2. Разработка модели бизнес-объектов
- •12.3. Разработка концептуальной модели данных
- •12.4. Разработка требований к системе
- •12.5. Анализ требований и предварительное проектирование системы.
- •12.6. Разработка моделей базы данных и приложений
- •12.7. Проектирование физической реализации системы
- •Тема.3. Математические модели обьектов проектирования Лекция 14. Математические модели объектов проектирования
- •14.1. Общие сведения о математических моделях
- •14.1.1. Компоненты математического обеспечения
- •14.1.2. Требования к математическим моделям и численным методам в сапр
- •14.1.3. Место процедур формирования моделей в маршрутах проектирования
- •14.2. Классификация математических моделей
- •14.3. Методика получения математических моделей элементов
- •14.3.1. Преобразование математических моделей в процессе получения рабочих программ анализа
- •14.3.2. Формализация получения математических моделей систем
- •Тема.4. Математическое обеспечение компьютерного проектирования Лекция 15. Математическое обеспечение компьютерного проектирования
- •15.1. Методы и алгоритмы анализа на макроуровне
- •15.2. Алгоритм численного интегрирования соду
- •15.3. Методы решения систем нелинейных алгебраических уравнений
- •15.4. Методы решения систем линейных алгебраических уравнений
- •15.5. Организация вычислительного процесса в универсальных программах анализа на макроуровне
- •15.6. Математическое обеспечение анализа на микроуровне
- •15.7. Методы анализа на микроуровне
- •15.8. Структура программ анализа по мкэ на микроуровне
- •15.9. Математическое обеспечение анализа на функционально–логическом уровне
- •15.10. Математические модели дискретных устройств
- •15.11. Методы логического моделирования
- •15.12. Математическое обеспечение анализа на системном логическом уровне
- •15.13. Аналитические модели смо
- •15.14. Имитационное моделирование смо
- •15.15. Событийный метод моделирования
- •15.16. Сети Петри
- •Тема.5. Интегрированные системы автоматического проектирования
- •16.2. Этапы развития информационных систем и технологий на машиностроительных предприятиях
- •16.3. Современные ит и их значение для предприятия
- •16.4. Жизненный цикл изделия
- •16.5. Обеспечение информационных систем на предприятии
- •16.6. Иерархия автоматизированных систем на предприятии
- •16.7. Общепроизводственные системы
- •Тема.6. Системы и технологии управления проектированием и
- •17.1.2. Программные продукты компании sap
- •17.1.2.1. Базисная технология системы r/3 фирмы sap
- •17.1.2.2. Sap erp
- •17.1.2.2. Sap plm
- •17.2. Информационная безопасность в cals-системах
- •17.2.1. Основные понятия и определения
- •17.2.2. Технологии построения защищенной сети виртуального предприятия
- •Лекция 18. Case – технологии Тема.7. Case-технологии компьютерного проектирования
- •Ibm Rational Rose
- •Visio поддерживает множество локальных языков
- •Тема.8. Case-средства анализа и синтеза проектных решений ис
- •Основы методологии проектирования ис
- •Структурный подход к проектированию ис
- •Состав функциональной модели
- •Иерархия диаграмм
- •Внешние сущности
- •Системы и подсистемы
- •Накопители данных
- •Потоки данных
- •Пример использования структурного подхода
- •Тема.9. Анализ, верификация и оптимизация проектных решений средствами сапр
- •Список литературы
15.8. Структура программ анализа по мкэ на микроуровне
Основными частями программы анализа по МКЭ являются библиотеки конечных элементов, препроцессор, решатель и постпроцессор.
Библиотеки конечных элементов (КЭ) содержат модели КЭ – их матрицы жесткости. Очевидно, что модели КЭ будут различными для разных задач (анализ упругих или пластических деформаций, моделирование полей температур, электрических потенциалов и т.п.), разных форм КЭ (например, в двумерном случае – треугольные или четырехугольные элементы), разных наборов координатных функций.
Исходные данные для препроцессора - геометрическая модель объекта, чаще всего получаемая из подсистемы конструирования. Основная функция препроцессора – представление исследуемой среды (детали) в сеточном виде, т.е. в виде множества конечных элементов.
Решатель – программа, которая ассемблирует (собирает) модели отдельных КЭ в общую систему алгебраических уравнений и решает эту систему одним из методов разреженных матриц.
Построцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В машиностроительных САПР это графическая форма. Пользователь может видеть исходную (до нагружения) и деформированную формы детали, поля напряжений, температур, потенциалов и т.п. в виде цветных изображений, в которых палитра цветов или интенсивность свечения характеризуют значения фазовой переменной.
Мировыми лидерами среди программ конечно–элементного анализа являются программно–методические комплексы Nastran, Ansys, Nisa, Adina, Cosmos. Как правило, эти комплексы включают в себя ряд программ, родственных по математическому обеспечению, интерфейсам, общности некоторых используемых модулей. Эти программы различаются ориентацией на разные приложения, степенью специализации, ценой или выполняемой обслуживающей функцией. Например, в комплексе Ansys основные решающие модули позволяют выполнять анализ механической прочности, теплопроводности, динамики жидкостей и газов, акустических и электромагнитных полей. Во все варианты программ входят пре– и постпроцессоры, а также интерфейс с базой данных. Предусмотрен экспорт (импорт) данных между Ansys и ведущими комплексами геометрического моделирования и машинной графики.
15.9. Математическое обеспечение анализа на функционально–логическом уровне
На функционально–логическом уровне исследуют устройства, в качестве элементов которых принимают достаточно сложные узлы и блоки, считавшиеся системами на макроуровне. Поэтому необходимо упростить представление моделей этих узлов и блоков по сравнению с их представлением на макроуровне. Другими словами, вместо полных моделей узлов и блоков нужно использовать их макромодели.
Вместо двух типов фазовых переменных в моделях функционально–логического уровня фигурируют переменные одного типа, называемые сигналами. Физический смысл сигнала, т.е. его отнесение к фазовым переменным типа потока или типа потенциала, конкретизируют в каждом случае исходя из особенностей задачи.
Основой моделирования аналоговых устройств на функционально–логическом уровне является использование аппарата передаточных функций. При этом модель каждого элемента представляют в виде уравнения вход–выход, т.е. в виде
Vвых = f(Vвх),
где Vвых и Vвх – сигналы на выходе и входе узла соответственно. Если узел имеет более чем один вход и один выход, то скаляры Vвых и Vвх становятся векторами.
Однако известно, что представление модели возможно только, если узел является безинерционным, т.е. в полной модели узла не фигурируют производные. Следовательно, для получения в общем случае требуется предварительная алгебраизация полной модели. Такую алгебраизацию выполняют с помощью интегральных преобразований, например,
с помощью преобразования Лапласа, переходя из временной области в пространство комплексной переменной р. Тогда в моделях типа имеют место не оригиналы, а изображения сигналов Vвых(р) и Vвх(р), сами же модели реальных блоков стараются по возможности максимально упростить и представить их моделями типовых блоков (звеньев) из числа заранее разработанных библиотечных моделей. Обычно модели звеньев имеют вид
Vвых(р) = h(p)Vвх(р),
где h(p) – передаточная функция звена.
В случае применения преобразования Лапласа появляются ограничения на использование нелинейных моделей, а именно: в моделях не должно быть нелинейных инерционных элементов. Другое упрощающее допущение при моделировании на функционально–логическом уровне – неучет влияния нагрузки на характеристики блоков. Действительно, подключение к выходу блока некоторого другого узла никак не влияет на модель блока.
Собственно получение математической модели системы (ММС) из математических моделей элементов (ММЭ) оказывается вследствие принятых допущений значительно проще, чем на макроуровне: ММС есть совокупность ММЭ, в которых отождествлены сигналы на соединенных входах и выходах элементов. Эта ММС представляет собой систему алгебраических уравнений.
Получение ММС проиллюстрируем простым примером (рис. 15.5), где показана система из трех блоков с передаточными функциями h1(p),
h2(p) и h3(p). ММС имеет вид:
V2 = h1(p)V1;
Vвых(p) = h2(p)V2;
V1 = Vвх(p) + h3(p)Vвых(p)
или
Vвых(p) =H(p)Vвх(p),
где H(p) = h1(p) h2(p) / (1 – h1(p) h2(p) h3(p)).
Рис.15.5. Пример схемы из трех блоков
Таким образом, анализ сводится к следующим операциям:
1) заданную схему устройства представляют совокупностью
звеньев и, если схема не полностью покрывается типовыми звеньями, то
разрабатывают оригинальные модели;
2) формируют ММС из моделей звеньев;
3) применяют прямое преобразование Лапласа к входным сигна-
лам;
4) решают систему уравнений ММС и находят изображения вы-
ходных сигналов;
5) с помощью обратного преобразования Лапласа возвращаются
во временную область из области комплексной переменной р.