4.3.3. Автоматизация проектирования

Тематика дипломных проектов по данной проблеме связана, как правило, с раз­работкой математических моделей и методов в САПР, технического, информаци­онного и математического обеспечения САПР.

Системный подход к решению задачи состоит в понимании того факта, что лю­бая система такой сложности, как САПР, не может быть создана и внедрена сразу вся целиком. Поэтому в дипломном проекте особенно важно отобразить и обосно­вать выбор совокупности решаемых системой задач на каждом этапе ее эволюци­онного развития с обеспечением их системного единства и взаимной совместимо­сти.

Круг конкретных задач, подлежащих разработке в специальном разделе ди­пломного проекта, разнообразен:

• создание информационной базы системы проектирования;

• создание ППП автоматизированного проектирования;

• построения технического обеспечения САПР;

• оптимизационные задачи;

• обеспечение надежности функционирования САПР и целый ряд других задач.

При решении любой из названных задач следует базироваться на следующих принципах:

• САПР - человеко-машинная система;

• САПР - иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматиза­ ции всех уровней проектирования;

• САПР - совокупность информационно согласованных подсистем;

• САПР - открытая и развивающаяся система.

При разработке ППП или отдельных программ разрабатываются следующие вопросы:

• алгоритмы автоматизируемых задач проектирования и блок-схемы алгоритмов с комментариями к ним;

• решение задач на алгоритмическом или машинно-ориентированном языке;

— 29 —

• вопросы информационной совместимости с другими пакетами программ данной системы;

• вопросы эксплуатации разработанного пакета и рекомендации по его внедрению.

САПР функционирует, как правило, в диалоговом режиме. При разработке язы­ка диалогового взаимодействия особое внимание следует уделить изучению профес­сионального языка конструктора (технолога), который специфичен для каждой кон­кретной области.

При этом отражаются следующие вопросы:

• описание структуры проектируемого объекта. Здесь необходимо привести имена всех компонент объекта вместе с описанием их атрибутов, описание операций проектирования, выбор фраз и обоснование способа построения фраз (директив);

• методы и организация лексического анализа фраз (директив), организация и управление процессом проектирования. Разрабатывается программа языкового взаимодействия конструктора (технолога) с информационной системой. При ре­ шении задач, связанных с построением технического обеспечения САПР, реша­ ются задачи, аналогичные тем, которые возникают при проектировании. При этом необходимо иметь в виду, что задачи проектирования и конструирования во многих инженерных областях по своему характеру и содержанию не относятся к задачам вычислительным. Например, конструктор в соответствии с намеченным принципиальным решением взаимно располагает детали, представляя результаты в графической форме.

В связи с тенденцией создания специализированных автоматизированных ра­бочих мест для проектировщиков, конструкторов темы дипломных проектов могут быть посвящены разработке компонент этих систем.

4.3.4. Автоматизированные системы научных исследований ГАСНШ

В настоящее время автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) находят широкое применение в народном хозяйстве и обеспечивают даль­нейшее развитие фундаментальных направлений в науке.

АСНИ отличаются от других типов автоматизированных систем (АСУТП, АСОИУП, САПР и т.д.) характером информации на выходе системы. Прежде всего,

— 30 —

это данные, получаемые в результате научной деятельности человека и создаваемые на основе этих данных математические модели исследуемых объектов, явлений или процессов. Адекватность и точность таких моделей обеспечивается всем комплек­сом методических, программных и других средств. Поэтому АСНИ являются систе­мами для получения, корректировки или исследования моделей, используемых за­тем в других типах автоматизированных систем для управления, проектирования.

Ниже приводятся возможные варианты тем дипломных проектов.

Разработка технической структуры АСНИ.

Цель дипломного проекта по данной теме - это выработка технических реше­ний, дающих полное представление о создаваемой АСНИ и ее подсистемах. После­довательность работ на стадии разработки технического проекта АСНИ следующая:

• разработка предварительной технической структуры АСНИ;

• анализ характеристик функционирования АСНИ;

• разработка базовой технической структуры АСНИ;

• разработка структуры информационного обеспечения АСНИ;

• разработка структуры математического обеспечения АСНИ.

В дипломном проекте чаще всего проводятся разработки одной из стадий со­здания технического проекта АСНИ или же некоторых стадий, но для какой-то кон­кретной подсистемы.

При разработке предварительной технической структуры АСНИ решаются сле­дующие вопросы:

• определение числа уровней АСНИ и совокупности алгоритмов, выполняемых на каждом уровне;

• определение трудоемкости и сложности алгоритмов каждого уровня;

• определение технической структуры АСНИ и распределение функций по подси­ стемам;

• определение параметров устройств каждой функциональной группы технических средств.

Решение задач анализа характеристик функционирования АСНИ должно учи­тывать, что процесс функционирования АСНИ имеет информационный характер, в

— 31 —

котором учитывают четыре основных звена: объект исследований, АСНИ, исследо­вателя и внешнюю среду.

При разработке базовой технической структуры АСНИ разрабатываются следу­ющие вопросы:

• Определение специфических требований к отдельным подсистемам, корректи­ ровка состава технических средств;

• сопоставление требований информационной и программной частей с техниче­ ской частью АСНИ;

• построение загрузочной диаграммы АСНИ;

• определение производительности отдельных подсистем и системы в целом.

Разработка структуры информационного обеспечения АСНИ основывается на базовой технической структуре АСНИ и характеристиках входящих в нее средств автоматизации. Информационное обеспечение должно строиться с учетом методо­логических положений проектирования АСНИ.

Разработка информационного обеспечения складывается из следующих стадий:

1. Выбор структуры данных. Здесь разрабатывается способ размещения данных в памяти, выбирается вид структуры записей и дается обоснование его выбора.

2. Анализ общей схемы организации данных. При организации работы с данными необходимо учитывать следующие основные требования: единство использова­ ния информационной базы всеми решаемыми в системе задачами; типовость схем оперирования с массивами, позволяющая разработать общий программный аппа­ рат для работы с ними.

На стадии разработки структуры программного обеспечения АСНИ должны рассматриваться в основном вопросы выбора и создания прикладного программ­ного обеспечения, т. е. программ и ППП, предназначенных для осуществления про­цедур исследований для испытаний. Здесь можно выделить следующие основные моменты:

1. Определение набора типовых (стандартных) программ обработки. Составление списка программ. На основании анализа видов обработки данных и анализа

— 32 —

объектов автоматизации определяется необходимый состав стандартного матема­тического обеспечения.

2. Определение списка программ, которые необходимо разработать.

2. Разработка алгоритмов и программ. Разработка производится согласно списку, определенному в п.2. Алгоритм разрабатывается на основании математической модели автоматизированного процесса. При этом должна учитываться структура используемых информационных массивов и особенности используемых техниче­ ских средств.

Проектирование автоматизированной систем комплексных испытаний слож­ных объектов.

При комплексных испытаниях сложных объектов АСНИ решают задачи полу­чения анализа совокупности рабочих параметров объектов, их агрегатов и узлов, управления технологическими процессами при подготовке и проведении исследова­ний.

Основной целью создания подобных систем является повышение производи­тельности труда при подготовке и проведении испытаний, сокращение исследова­тельского цикла обработки объектов и их агрегатов, уменьшение количества экспе­риментальных изделий за счет уплотнения программ испытаний, сокращения по­терь от качественного проведения ряда технологических операций и т.д.

При разработке комплексных испытаний в дипломном проекте разрабатывают­ся следующие вопросы:

1. Сбор данных, измерение, регистрация и индикация отдельных параметров, контроль состояний отдельных узлов, отработка законов регулирования, реги­ страция аварийных ситуаций, экспресс-обработка информации с целью выдачи управляющих действии;

2. Обработки данных с целью анализа группы взаимосвязанных параметров, фор­ мирование промежуточных массивов с целью организации режима «визуального контроля», выдачи массивов на устройства отображения, анализа аварийных си­ туаций с целью выдачи данных оператору;

1. Реализация алгоритмов на конкретном вычислительном комплексе.

— 33 —

При разработке названных вопросов необходимо учитывать особенности реги­страции данных испытаний, обработки данных и организации оперативного контро­ля за ходом испытаний и ряд других особенностей.

Дипломные проекты могут быть посвящены решению вопросов общего харак­тера по отношению к рассмотренным системам, в этом случае можно предложить следующие варианты тем:

1. Оптимизация решений в АСОИУ.

2. Статистическое моделирование объектов и процессов управления.

3. Проектирование и модернизация программного обеспечения микропроцессорных структур.

4. Исследование, разработка и повышение эффективности информационного обес­ печения человека.

5. Решение задач, связанных с технологией программирования, структурные или объектные подходы.

6. Разработка программного обеспечения обработки информации в концепции CASE- технологии проектирования.

7. Автоматизированные системы обучения.

8. Выбор параметров настройки и генерации комплексов системных программ ППП.

Тема проекта может пересекаться с несколькими из перечисленных выше вари­антов. Допускаются и другие варианты тем, однако они не должны выходить за рамки специальности 2202. В таких ситуациях вопрос решается с куратором. В осо­бых случаях тема и содержание дипломного проекта согласуются с заведующим ка­федрой ИТАС.

Ниже приводится примерный перечень вопросов, которые могут составить со­держание специальной части по предложенным вариантам. I. Оптимизация решений в АСОИУ

1. Системный анализ объекта управления (оптимизации): определение целей,

уточнение границ объекта, анализ связей со средой, параметризация объекта,

выявление существенных факторов и ограничений и т. п.

— 34 —

2. Выбор и обоснование критериев эффективности, построение математической модели. Определение или оценка численных значений всех параметров модели.

3. Анализ модели, проверка адекватности, исследование возможности упроще­ ния.

4. Разработка вопросов коррекции модели.

5. Выбор метода оптимизации.

6. Разработка алгоритмов и программ решения задачи.

7. Разработка интерактивных процедур принятия решений.

8. Апробирование системы оптимизации, оценка полученных результатов.

9. Разработка мероприятий и рекомендаций по внедрению результатов решений. В качестве объекта оптимизации могут выступать как составляющие обеспечи­ вающей части АСОИУ (системы хранения и поиска информации, структуры КТС и т.д.), так и функциональные задачи или подсистемы.

II. Статистическое моделирование объектов и процессов управления

1. Обоснование целесообразности применения статистического моделирования для исследования объекта управления.

2. Выбор способа моделирования, обоснование применения технических средств, моделирование с использованием реальных звеньев, с участием человека-опе­ ратора. Выбор масштаба времени.

3. Построение имитационных моделей. Составление общей структуры модели, алгоритмов и программ.

4. Планирование эксперимента и автоматизированная обработка результатов экс­ перимента. Оценка характеристик стохастической взаимосвязи случайных ве­ личин н процессов (точное и интервальное оценивание параметров распределе­ ний, проверка гипотез, регрессионные модели и т. д.).

5. Анализ результатов эксперимента. Оценка эффективности производственного или технологического процессов, организационно-технических систем.

Ш.Проектирование и модернизация программного обеспечения микропроцессор­ных структур, АСОИУ 1. Построение графа набора задач, приведенного к ярусно-параллельной форме.

— 35 —

2. Решение вопросов мультипрограммного преобразования алгоритмов.

3. Разработка алгоритмов мультипрограммного обеспечения.

4. Особенности уровней программирования систем реального времени.

5. Разработка моделей надежности программного обеспечения.

2. Разработка других системных программ, расширяющих возможности операци­ онной системы.

2. Разработка программ моделей надежности.

3. Разработка системных сервисных программ.

2. Взаимодействие со средствами, обеспечивающими ввод-вывод информации об объекте управления.

10.Диспетчеризация внешних устройств, SCADA технологии. 11 .Информационный обмен между оператором и техническими средствами. 12.Оценка надежности программных средств.

ГУ.Исследование, разработка и повышение эффективности информационного обес­печения человека в АСОИУ

1. Обследование функции и деятельности управленческого персонала предприя­ тий, цехов, участков с точки зрения количества и содержания информации. Специфика функционирования УВК в режиме советчика и при супервизорном управлении.

1. Разработка и выбор средств, методов исследования систем с человеком.

2. Определение объема информационных потоков оператора в АСОИУ.

2. Разработка модели производственной ситуации (при исследовании в лабора­ торных условиях). Исследование режимов работы объекта в различных ситуа­ циях, обоснование полноты набора задач АСОИУ, решаемых человеко-машин­ ным комплексом.

3. Выбор способов количественной оценки эффективности системы с человеком.

3. Разработка моделей для оценки законов управления в супервизорном управле­ нии.

4. Составление и проведение инженерно-психологического эксперимента.

— 36 —

8. Анализ результатов эксперимента. Рекомендации по улучшению информаци­онного обеспечения человека в АСОИУ. У.Решение задач, связанных с технологией программирования

1. Анализ недостатков существующих CASE технологий программирования или конкретной технологии, которую предполагается усовершенствовать.

2. Решение организационных и экономических вопросов, связанных с внедрени­ ем новой технологии.

3. Разработка методических аспектов программирования больших программных систем.

4. Разработка вопросов тестирования и отладки программ.

5. Решение технологических вопросов проектирования программ.

6. Решение вопросов документирования программной разработки.

7. Разработка программной поддержки технологии.

8. Решение вопросов адаптации технологии и программной поддержки к конкрет­ ной CASE среде проектирования.

9. Анализ перспектив развития технологии.

У1.Разработка информационного обеспечения АСОИУ в выбранной CASE среде.

1. Выбор и обоснование структуры базы данных.

2. Разработка фрагментов ППП для ведения базы данных.

1. Решение задач обработки информации, хранящейся в базе данных или в систе­ ме файлов.

2. Разработка программного обеспечения для удаленного доступа к базам данных или отдельным файлам.

3. Разработка системы хранения и обработки информации с использованием ре­ ляционного и объектного подходов.

3. Разработка систем представления знаний (интеллектуальных банков).

4. Применение методов теории распознавания образов для организации процедур поиска информации в АСОИУ. Анализ перспективных методов хранения и об­ работки данных.

4. Выбор CASE среды для разработки проекта АСОИУ.

— 37 —

УП.Автоматизированные системы обучения (АСО)

1. Анализ задач, решаемых АСО.

2. Анализ возможности использования стандартного оборудования вычислитель­ ных комплексов в АСО и разработка специальных терминальных устройств.

3. Разработка методики и алгоритмов решения задач программированного контроля и обучения.

УШ.Выбор параметров настройки и генерация комплексов системы программ ППП

1. Назначение ППП, характеристика особенностей, связанных с генерацией про­ граммных модулей.

2. Анализ подмножества задач, для решения которых настраивается ППП.

3. Структура пакета, описание этапов генерации.

4. Выбор и описание параметров генерации.

5. Составление программ генерации.

6. Проведение генерации.

7. Анализ результатов генерации.

По уровню проработки общая и специальная части дипломного проекта долж­ны соответствовать требованиям, предъявляемым к техническому и рабочему проекту.