Системный подход к проектированию

В настоящее время большими темпами развиваются информационные технологии, что позволяет автоматизировать ручную работу в различных отраслях деятельности.

Развитие технического прогресса и промышленного производства безусловно приводит к появлению новых систем и комплексов, повышающих производительность и эффективность труда.

Под автоматизацией проектирования понимают систематическое применение ЭВМ в процессе проектирования при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ, и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач.

Автоматизированное проектирование - это основной способ повышения производительности труда инженерных работников, занятых проектированием.

Термин "система" греческого происхождения и означает целое, составленное из отдельных частей. В настоящее время существует достаточно большое количество определений понятия "система". Определения понятия "система" изложены в работах Л. Фон Берталанфи, А. Холла, У. Гослинга, Р. Акоффа, К. Уотта и других. Наиболее близким определением, относящимся к информационным системам, является определение К. Уотта, согласно которому, система - это взаимодействующий информационный комплекс, характеризующийся многими причинно-следственными взаимосвязями. Другими словами, систему можно рассматривать как целенаправленный комплекс взаимосвязанных элементов. Обязательное существование элементов определяет общие для всех элементов целенаправленные правила взаимосвязей, обуславливающие целенаправленность системы в целом.

Система автоматизированного проектирования - система, объединяющая технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования.

Автоматизация процессов проектирования особенно эффективна, когда от автоматизации выполнения отдельных инженерных расчетов переходят к комплексной автоматизации, создавая для этой цели системы автоматизированного проектирования (САПР).

1. Моделирование процессов и систем

1.1 Моделирование одноканальных СМО

Задание:

Одноканальная СМО состоит из буферного накопителя емкостью L=9 и обслуживающего прибора. В систему поступает поток заявок в интервале [30. .60] мин. Если последующая заявка застает накопитель заполненным, то она получает отказ. Длительность обслуживания Тобсл. =160 с отклонением=30 мин.

Требуется определить вероятность отказа в обслуживании, среднее время ожидания, среднюю длину очереди в течение 1000 мин.

Программный код:

generate 45,15

test l q$LINE,5,MET1

QUEUE LINE

SEIZE UST1

DEPART LINE

ADVANCE 160,30

RELEASE UST1

TERMINATE

MET1 TERMINATE

GENERATE 1000

TERMINATE 1

Блок-схема модели

Среднее время ожидания в очереди 354, 667 мин, средняя длина очереди 3 человека, вероятность отказа равна 11/22 или 50%.

1.2 Моделирование систем с организацией списков

Задание:

4. Одноканальная СМО состоит из буферного накопителя с емкостью L=10 и обслуживающего прибора. В систему поступает Пуассоновский поток заявок с параметром =0.05. Если поступающая заявка застает накопитель заполненным, то она получает отказ. Выбор заявок на обслуживание осуществляется по динамическому приоритету, выбирается заявка имеющая наименьшее время обслуживания. Длительность обслуживания - сл. величина, распределенная нормально со средним Т_об=16 и стандартным отклонением _об=3.

Требуется определить вероятность отказа в обслуживании, среднее время ожидания в очереди, среднюю длину очереди.

Блок-схема модели

Программный код:

XPDIS FUNCTION RN1,C24 ; распределение ПУАССОНА

0,0/.100,.104/.200,.222/.300,.355/.400,.509

.500,.690/.600,.915/.700,1.200/.750,1.380

.800,1.600/.840,1.830/.880,2.120/.900,2.300

.920,2.520/.940,2.810/.950,2.990/.960,3.200

.970,3.500/.980,3.900/.990,4.600/.995,5.300

.998,6.200/.999,7/1,8

SNORM FUNCTION RN1,C25 ; нормальное распределение

0.0,-5/0.00003,-4./.00135,-3.0/.00621,-2.5/.02275,-2./.06681,-1.5

.11507,-1.2/.15866,-1./.21186,-.8/.27425,-.6/.34458,-.4/.42074,-.2

.5,0.0/.57926,.2/.65542,.4/.72575,.6/.78814,.8/.84134,1/.88493,1.2

.93319,1.5/.97125,2/.99379,2.5/.99865,3/.99997,4.0/1.0,5.0

obsl fvariable 26+3#fn$snorm

slu variable rn1@ch$buf

generate 20,fn$xpdis

assign 1,v$obsl

gate nu ust,aaa

bbb seize ust

advance p1

release ust

unlink buf,bbb,1

terminate

aaa test l ch$buf,10,ccc

link buf,fifo

ccc terminate

generate 28800

terminate 1

Результаты работы:

GPSS World Simulation Report - лаб№4.4.1

Thursday, October 23, 2008 10:01:55

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 28800.000 13 1 0

NAME VALUE

AAA 9.000

BBB 4.000

BUF 10005.000

CCC 11.000

OBSL 10002.000

SLU 10003.000

SNORM 10001.000

UST 10004.000

XPDIS 10000.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 1439 0 0

2 ASSIGN 1439 0 0

3 GATE 1439 0 0

BBB 4 SEIZE 1439 0 0

5 ADVANCE 1439 0 0

6 RELEASE 1439 0 0

7 UNLINK 1439 0 0

8 TERMINATE 1439 0 0

AAA 9 TEST 1141 0 0

10 LINK 1141 0 0

CCC 11 TERMINATE 0 0 0

12 GENERATE 1 0 0

13 TERMINATE 1 0 0

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

UST 1439 0.794 15.882 1 0 0 0 0 0

USER CHAIN SIZE RETRY AVE.CONT ENTRIES MAX AVE.TIME

BUF 0 0 1.255 1141 10 31.674

FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

1441 0 28808.069 1441 0 1

1442 0 57600.000 1442 0 12

Цель: Исследование механических систем.

Задание: Построить эквивалентную схему для рисунка 1, исследовать процессы функционирования системы и рассчитать коэффициент динамичности.

Объектом проектирования является процесс расчета напряженно-деформированного состояния ферменных конструкций.

Автоматизации подлежат следующие процедуры:

построение модели ферменной конструкции;

расчет напряженно-деформированного состояния ферм;

составление расчетной схемы;

оформление и вывод на экран результатов расчета.

2.4 Требования к системе

2.4.1 Общие требования

Система должна состоять из интерфейсного модуля и набора модулей для решения каждой из задач проектирования.

Связь для информационного обмена между подсистемами будет обеспечивать интерфейсный модуль.

АС должна обеспечивать создание командного файла, выполняющего построение и анализ модели исследования, и его перенос в ANSYS.

Вывод результатов проектирования и анализа должен производиться в виде стандартной проектной документации. При этом должно обеспечиваться представлении выходной расчетной информации в текстовом (файл результатов расчета и таблицы с дополнительной информацией анализа) и графическом (эскиз модели, эпюры распределения нагрузок и прочие диаграммы) виде. Должны быть автоматизированы промежуточные стадии проектирования, такие как:

вычисление констант, используемых при описании физических свойств модели;

построение исследуемой модели;

построение геометрической модели;

построение дискретной модели;

передача исходных данных расчета системе ANSYS в виде командного файла;

проведение конечно-элементного анализа;

поиск оптимального решения задачи;

выбор формы представления результирующих данных;

документооборот между системами ANSYS и АС, необходимый для переноса результатов анализа и оптимизации с наименьшим участием проектировщика.

2.4.2Требования к видам обеспечения

При разработке АС необходимо выполнить следующие требования к информационному обеспечению:

при разработке структуры информационных потоков должно быть обеспечено получение целостной, неизбыточной, достоверной, непротиворечивой информации об объекте анализа для получения корректного решения;

система должна обеспечивать контроль правильности ввода исходных данных;

АС должна иметь диалоговый и пакетный человеко-машинный интерфейс;

разработать концептуальную, логическую и физическую модели данных и потоков информации для новой схемы проектирования;

связь для информационного обмена между подсистемами должен обеспечивать интерфейсный модуль;

АС должна подготавливать исходные данные для расчета в стандартном для системы ANSYS виде.

2.4.2.2 Требования к математическому обеспечению

Математическое обеспечение должно удовлетворять следующим требованиям:

адекватность данных;

точность;

экономичность, которая характеризуется затратами машинного времени и памяти.

Математическое обеспечение должно содержать:

математическую модель объектов проектирования;

обоснование выбора методов проектирования;

алгоритм выполнения расчетов.

2.4.2.3 Требования к лингвистическому обеспечению

Язык программирования, на котором будет разрабатываться АС, должен быть языком высокого уровня, а также поддерживать объектно-ориентированную модель данных и обеспечивать получение выполняемого модуля для выбранной операционной системы.

Кроме того, язык программирования должен удовлетворять следующим требованиям:

удобство использования, т.е. затраты времени программиста на освоения языка и главным образом на написание программ на этом языке;

универсальность, т.е. возможность использования языка для описания разнообразных алгоритмов, характерных для программного обеспечения САПР;

эффективность объектных программ, которая оценивается свойствами используемого транслятора, который, в свою очередь, зависит от свойств языка.

2.4.2.3.2 Требования к входным, выходным и промежуточным языкам

Входным языком являются формы для ввода информации о форме конструкции, о базовых размерах, о типе элемента, а также о свойствах используемого материала. Данные вводятся с клавиатуры.

Входной язык должен:

обеспечить ввод исходных данных;

обеспечивать удобочитаемость и компактность описаний;

должен быть простым в использовании.

Промежуточным языком является командный текстовый файл, который передает исходные данные расчета системе ANSYS.

Выходным языком являются результаты расчетов, которые представляются как в виде графической информации, т.е. эпюр, так и в виде текстовой информации, т.е. числовые данные.

Выходной язык должен:

в наглядной форме предоставлять данные решения задач;

обеспечивать соответствие результатов проектирования требованиям задачи.

2.4.2.4 Требования к программному обеспечению

Общесистемное программное обеспечение должно обеспечивать функционирование базового и прикладного программного обеспечений системы. В качестве общесистемного программного обеспечения используется операционная система Microsoft Windows XP Professional, так как она является на данный момент более распространенной.

2.4.2.4.2 Требования к базовому программному обеспечению

Базовое программное обеспечение должно удовлетворять следующим требованиям:

универсальность;

возможность использования ПК ANSYS 8.0/9.0;

поддержка языком программирования объектно-ориентированного

подхода к программированию;

наличие для языка программирования компилятора для выбранного

общесистемного программного обеспечения.

2.4.2.4.3 Требования к прикладному программному обеспечению

Основные требования к прикладному программному обеспечению:

обеспечить модульную структуру системы;

обеспечить приемлемый уровень быстродействия системы;

разработать руководство программиста по созданию АС;

2.4.2.5 Требования к техническому обеспечению

Техническое обеспечение должно удовлетворять следующим требованиям:

достаточная емкость накопителя на жестком магнитном диске;

приемлемый тип видеоадаптера и дисплея для работы пользователя;

достаточная производительность центрального процессора;

наличие возможности вывода информации на бумажный, магнитный носитель;

открытость для конфигурации и дальнейшего развития;

простота освоения, эксплуатации и обслуживания;

объем оперативной памяти должен позволять использовать выбранное общесистемное, а также базовое и прикладное программное обеспечения;

приемлемая стоимость составляющих комплекса технических средств.

2.4.2.6 Требования к методическому обеспечению

Методическое обеспечение должно отображать описание системы, методику автоматизированного проектирования и анализа, а также должно включать:

описание АС и ее модулей;

руководство пользователя;

руководство по установке.

2.5 Календарный план

Календарный план работ по разработке АС представлен в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Календарный план

2.6 Порядок контроля и приемки системы