Реферат

Автоматизоване проектування комп’ютерних систем

1. Структура системи автоматизованого проектування засобів обчислювальної техніки

САПР складаються з проектуючих та обслуговуючих підсистем.

Проектуючі підсистеми. Вони мають об'єктну орієнтацію і реалізують визначений етап (стадію) проектування або групу безпосередньо пов'язаних проектних задач. Приклади проектуючих підсистем: ескізне проектування виробів, проектування корпусних деталей, проектування технологічних процесів механічної обробки.

Проектуючі підсистеми поділяються на проектно залежні та проектно незалежні. Проектно залежні підсистеми призначені для виконання проектних процедур, які специфічні для конкретного класу об’єктів. Проектно незалежні підсистеми розраховані на виконання типових проектних процедур.

Обслуговуючі підсистеми. Такі підсистеми мають загальносистемне застосування і забезпечують підтримку функціонування проектуючих підсистем, а також оформлення, передачу і вивід отриманих результатів. Приклади обслуговуючих підсистем: автоматизований банк даних, підсистеми документування, підсистема графічного введення-виведення.

Засоби автоматизації проектування також можна згрупувати за видами забезпечення автоматизованого проектування.

До компонентів технічного забезпечения відносять пристрої обчислювальної і організаційної техніки, засоби передачі даних, вимірювальні та інші пристрої і їх поєднання, що забезпечують функціонування ПТК і КСАП, в тому числі диалоговий, багатокористувацький і багатозадачний режими роботи, а також побудову ієрархічних і мережевих структур технічного забезпечення.

До компонентів математичного забезпечення відносять методи математичного моделювання об’єктів і процесів проектування, математичні моделі об’єктів і процесів проектування, алгоритми рішення задач в процесі проектування.

Взаємозв’язки між компонентами математичного забезпечення повинні забезпечувати формалізацію процесу проектування і його цілісність.

Компоненти програмного забезпечення, які об’єднані в ПМК, повинні мати ієрархічну організацію, в якій на нижньому рівні розміщуються монітор управління компонентами нижніх рівнів програмних модулів.

Програмний модуль повинен регламентувати функціонально закінчене перетворення інформації; бути написаний на одній з стандартних мов програмування; задовольняти угодам про представлення даних, прийнятим в даній САПР; бути оформленими у відповідності з вимогами ЕСКД.

Монітор призначений: для управління функціонованим набором програмних модулів ПМК, включаючи контроль послідовності і правильності виконання; для реалізації спілкування користувача з ПМК і програмних модулів з відповідними базами даних (БД); для збору статистичної інформації.

До компонентів лінгвістичного забезпечення відносять мови проектування (МП), інформаційно-пошукові (ІПМ) і допоміжні мови, що використовуються в обслуговуючих підсистемах, і для зв’язку з ними проектуючих підсистем.

Компоненти лінгвістичного забезпечення повинні бути узгодженими з компонентами забезпечення інших видів, бути відносно інваріантними до конкретного вмісту баз даних, надавати в компактній формі засоби для опису всіх об’єктів і процесів заданого для системи класу з необхідним степенем деталізації і без суттєвих обмежень на об’єкт опису, бути розрахований в основному на діалоговий режим їх використання.

Мови проектування повинні базуватися на термінах, прийнятих в конкретній системі, забезпечувати опис, управління і контроль процесу проектування, бути орієнтованими на користувачів з різним рівнем професіональної підготовки (в тому числі не маючих спеціальної підготовки в області програмування), забезпечувати однозначне представлення інформації, стандартний опис однотипних елементів і високу надійність ідентифікації опису.

Інформаційне забезпечення – це сукупність відомостей, які подані базам даних і базам знань, що містять відомомсті про певну проблемну сферу разом з правилами їх використання у конкретних ситуаціях.

До компонентів методичного забезпечення відносять: затверджену документацію інструктивно-методичного характеру, яка встановлює технологію автоматизованого проектування; правила експлуатації КЗАП, ПТК і ПМК; нормативи, стандарти та інші документи, що регламентують процес і об’єкт проектування.

Компоненти методичного забезпечення повинні розміщатися на машинних носіях інформації, що дозволяють здійснювати як довгострокове збереження документів, так і їх оперативний вивід в форматах, що установленні відповідними стандартами.

Організаційне забезпечення повинно включати документи (положення, інструкції, розписки, кваліфікаційні потреби та ін.), що встановлюють організаційну структуру, функції і порядок взаємодії між собою підрозділів при роботі САПР, в тому числі інструкції персоналу.

Компоненти організаційного забезпечення повинні встановлювати організаційну структуру системи і підсистем, включаючи взаємозв’язок її елементів; задачі і функції служби САПР і зв’язаних з нею підрозділів проектної організації; права и відповідальність належних осіб по забезпеченню створення і функціонування САПР; порядок підготовки и перепідготовки користувачів САПР.

2. Опис життєвого циклу продукту в процесі розробки і виробництва за методом Зейда

Щоб зрозуміти значення систем CAD/CAM/CAE (всі ці системи разом називаються системами автоматизованого проектування), необхідно вивчити різні задачі і операції, які приходиться вирішувати і виконувати в процесі розробки і виробництва продукту. Всі ці задачі, взяті разом, називаються життєвим циклом продукту (product cycle). Приклад життєвого циклу продукту, описаного Зейдом, з незначними вдосконаленнями приведено на рис. 1.

Прямокутники, нарисовані суцільними лініями, представляють два головних процеси, які складають життєвий цикл продукту: процес розробки і процес виробництва.

Процес розробки починається з запитів споживачів, які обслуговуються відділом маркетингу, і закінчується повним описом продукту (виконується в формі рисунка). Процес виробництва починається з технічних вимог і закінчується поставкою готових виробів.

Операції, що відносяться до процесу розробки, можна поділити на аналітичні і синтетичні.

Процес виробництва починається з планування, яке виконується на основі отриманих на етапі проектування креслень, а закінчується готовим продуктом.

В результаті підготовки виробництва складається план випуску, списки матеріалів і програм для обладнання.

Рис. 1. Життєвий цикл продукту

Остання фаза процесу розробки — підготовка проектної документації. На цьому етапі корисним стає використання систем підготовки робочих креслень. Здатність подібних систем працювати з файлами дозволяє систематизувати збереження і забезпечення зручності пошуку документів.

Комп’ютерні технології використовуються і на стадії виробництва. Процес виробництва включає в себе планування випуску, проектування і придбання нових інструментів, замовлення матеріалів, програмування машин с числовим програмним керуванням (ЧПК), контроль якості і упаковку.

3. Основні поняття про системи автоматизованого виробництва САМ

Автоматизоване проектування (computer-aided design — CAD) представляє собою технологію, що полягає в використанні комп’ютерних систем для полегшення створення, зміни, аналізу і оптимізації проектів. Таким чином, будь-яка програма, що працює з комп’ютерною графікою, так само як і будь-який додаток, що використовується в інженерних розрахунках, відноситься до систем автоматизованого проектування. Іншими словами, більшість засобів CAD можуть представляти собою від геометричних програм для роботи з формами до спеціалізованих додатків для аналізу і оптимізації.

Автоматизоване виробництво (computer-aided manufacturing — САМ) — це технологія, що полягає в використанні комп’ютерних систем для планування, управління і контролю операцій виробництва через прямий або непрямий інтерфейс з виробничими ресурсами підприємства. Одним з найбільш поширених підходів до автоматизації виробництва являється числове програмне управління (ЧПУ, numerical control — NC).

ЧПУ полягає в використанні запрограмованих команд для управління станком, який може шліфувати, різати, фрезерувати, штампувати, згинати та іншими способами перетворювати заготовки в готові деталі.

Ще одна важлива функція систем автоматизованого виробництва — програмування роботів, які можуть працювати на гнучких автоматизованих ділянках, вибираючи і встановлюючи інструменти і деталі, що обробляються на станках з ЧПУ. Роботи можуть також виконувати свої власні задачі, наприклад займатися зваркою, збіркою і переносом обладнання і деталей по цеху.

4. Основні поняття про системи автоматизованого конструювання САЕ

Автоматизоване конструювання (computer-aided engineering — САЕ) — це технологія, що полягає в використанні комп’ютерних систем для аналізу геометрії CAD, моделювання і вивчення поведінки продукту для удосконалення і оптимізації його конструкції. Засоби САЕ можуть здійснювати безліч різних варіантів аналізу.

Найбільш широке застосування в конструюванні має метод кінцевих елементів (finite-element method — FEM). З його допомогою розраховуються потужність, деформації, теплообмін, розподілення магнітного поля, потоки рідини та інші задачі, рішати які будь-яким іншим методом непрактично.

Для використання методу кінцевих елементів потрібна абстрактна модель належного рівня, а не сама конструкція. Абстрактна модель відрізняється від конструкції тим, що вона формується шляхом виключення несуттєвих деталей.

Готова абстрактна модель розбивається на кінцеві елементи, що утворюють аналітичну модель. Програмні засоби, що дозволяють конструювати абстрактну модель і розбивати її на кінцеві елементи, називаються препроцесорами (preprocessors). Програмні засоби, що забезпечують візуалізацію, називаються постпроцесорами (postprocessors).

5. Апаратне та програмне забезпечення САПР

Для реалізації комп’ютерно-орієнтованого підходу до проектування і виробництва потрібно спеціальне апаратне і програмне забезпечення.

Ключовим аспектом являється інтерактивне управління формою, тому апаратне і програмне забезпечення для інтерактивного маніпулювання формами відноситься до числу основних компонентів, що складають системи CAD/CAM/CAE. Графічні пристрої і периферійні пристрої вводу-виводу разом з звичайним обчислювальним модулем складають апаратне забезпечення систем CAD/CAM/CAE (рис. 1).

Рис. 1. Компоненти систем CAD/CAM/CAE

Апаратне забезпечення

Графічний пристрій складається з дисплейного процесора, пристрою відображення, або дисплейного пристрою (монітор), і одного або декількох пристроїв вводу. Дисплей (монітор) представляє собою екран, на який виводиться графічне зображення, однак вивід конкретного зображення на екран виконується дисплейним процесором.

Векторні графічні пристрої

Векторні графічні пристрої складаються з дисплейного процесора, дисплейного буфера пам’яті і електронно-променевої трубки (рис. 2.).

Рис. 2 Компоненти векторного графічного пристрою

Дисплейний процесор зчитує дисплейний файл (display list), який представляє собою послідовність кодів, що передаються додатком, які відповідають графічним командам. Дисплейний файл зберігається в розділі пам’яті, який називається дисплейним буфером (display buffer). Дисплейний процесор здійснює також завантаження дисплейного файлу в дисплейний буфер. Після цього дисплейний процесор формує необхідні напруги на вертикальних і горизонтальних парах пластин.

Растрові графічні пристрої

Принцип функціонування растрових графічних пристроїв можна описати наступним чином.

Дисплейний процесор приймає графічні команди від додатку, перетворює їх в точкове зображення, або растр, після чого зберігає растр в розділі пам’яті, який називається буфером кадру (frame buffet) (рис. 3).

Растрові графічні пристрої повинні зберігати в своїй пам’яті зображення у вигляді растру, на відміну від векторних, які зберігають лише дисплейні файли. Тому вимоги до пам’яті в цих двох видів пристроїв відрізняються як і методи оновлювання зображення на екрані. Час оновлення залишається постійним незалежно від складності зображення. Буфер кадру в растрових пристроях вимагає більшої пам’яті, ніж дисплейний буфер в векторних графічних пристроях.

Рис. 3. Компоненти растрового графічного пристрою

Програмні компоненти

Будь-яка програма, що використовується життєвому циклі продукту для скорочення часу і вартості розробки продукту, а також для підвищення його якості, може бути віднесена до класу CAD/САМ/САЕ.

Програми CAD дозволяють конструктору створювати форми і маніпулювати ними на моніторі в інтерактивному режимі, зберігаючи результати в базі даних. Однак в принципі будь-яка програма, що полегшує процес розробки, може бути названа програмою CAD.

Будь-яка програма, що використовується в процесі виробництва продукту, вважається засобом САМ. Таким чином, до САМ відносяться програми для планування, управління і контролю виробничих операцій через прямий або непрямий комп’ютерний інтерфейс з виробничими ресурсами.

Програми САЕ використовуються для аналізу геометрії конструкції і дозволяють розробнику моделювати і вивчати поведінку продукту для покращення і оптимізації проекту. Типовим прикладом являється програма для розрахунку напруг, деформації або теплопередачі в деталі методом кінцевих елементів.

6. Конфігурація апаратних засобів САПР.

Графічні пристрої рідко використовуються поодинці. Частіше всього вони об’єднуються в кластер того або іншого роду, який розрахований на обслуговування множини користувачів. Існують три типи основних варіантів конфігурації такого кластера.

Перша конфігурація складається з мейнфрейму (mainframe) і множини графічних пристроїв (рис.1).

Рис. 1. Мейнфрейм с графічними приладами

Графічні пристрої підключаються до мейнфрейму. До нього також підключаються і пристрої виводу, такі як принтери і плоттери. Цей підхід до цих пір використовується виробниками автомобілів і кораблів, у яких є великі бази даних, які обробляються централізовано. Хоча є деякі недоліки. Він потребує великих початкових вкладень в апаратне і програмне забезпечення, а також обслуговування системи, що експлуатується коштує недешево. Обслуговування мейнфрейму завжди включає в себе розширення системної пам’яті і жорсткого диску, що для мейнфрейму обходиться значно дорожче, ніж для невеликих комп’ютерів. Крім того, оновлення операційної системи також є непростою задачею. Програми CAD/CAM/CAE потребують частої заміни в зв’язку з виходом нових, більш потужних версій і альтернатив.

Друга конфігурація складається з автоматизованих робочих місць проектувальника (робочих станцій — workstations), об’єднаних в мережу (рис. 2).

Рис. 2. Робочі станції, об’єднані в мережу

До тієї ж мережі підключаються пристрої виводу — плоттери і принтери. Робоча станція — це графічний пристрій з власними обчислювальними ресурсами. Продуктивність робочих станцій збільшується вдвічі кожен рік при збереженні їх ціни. Даний підхід володіє ще й іншими перевагами. Користувач може працювати з будь-якої станції мережі, вибираючи її у відповідності зі своєю задачею, причому системні ресурси не будуть залежати від задач інших користувачів. Ще одна перевага — це відсутність необхідності в крупних первинних вкладеннях. Кількість робочих станцій і програмних пакетів може збільшуватися поступово, по мірі зростання потреб в ресурсах CAD/CAM/CAE.

Третя конфігурація аналогічна другій за винятком того, що замість робочих станцій використовуються персональні комп’ютери з операційними системами Windows 98 та ХР. Конфігурації на базі персональних комп’ютерів популярні в невеликих компаніях, особливо якщо продукти, що випускаються складаються з невеликої кількості деталей обмеженої складності, а також в компаніях, що використовують системи CAD/CAM/CAE головним чином для побудови креслень.

7. Блочно-ієрархічний підхід до проектування складних комп’ютерних систем

Проектування технічного об'єкта зв'язане із створення, перетворенням і представленням у прийнятій формі образу цього об'єкта. Образ об'єкта чи його складових частин може створюватися в уяві людини в результаті творчого процесу чи генеруватися по деяких алгоритмах у процесі взаємодії людини й ЕОМ. У будь–якому випадку проектування починається при наявності завдання на проектування, що відбиває потреби суспільства в одержанні деякого технічного виробу. Завдання представляється у виді тих чи інших документів і є вихідним (первинним) описом об'єкта. Результатом проектування, як правило, служить повний комплект документації, що містить достатні даны для виготовлення об'єкта в заданих умовах. Ця документація являє собою остаточний опис об'єкта.

Проектована система розчленовується на ієрархічні рівні. На вищому рівні використовується найменш деталізоване представлення, що відбиває тільки загальні риси й особливості проектованої системи. На наступних рівнях ступінь детальності розгляду зростає; при цьому система розглядається не в цілому, а окремими блоками.

При блочно–ієрархічному підході до проектування складна задача великої розмірності розбивається на послідовно розв'язувані групи задач малої розмірності, причому усередині груп різні задачі можуть вирішуватися паралельно. На кожнім рівні існують свої представлення про систему й елементи. Те, що на більш високому i–му рівні називалося елементом, на наступному (i–1)–му рівні стає системою. Часто елементи самого нижчого з рівнів називають базовими чи елементами компонентами.

При проектуванні складних систем іноді приходиться оперувати описами, у яких одночасно представлені два ієрархічних рівні, у цьому випадку застосовують терміни система, підсистема й елементи.

На нижчому рівні проектуються принципові схеми, елементами яких є ЛЕ – логічні елементи. На наступному рівні проектуються функціональні схеми, для яких базовими елементами є ФВ – функціональні вузли. Далі створюються структурні схеми з функціональних пристроїв (ФПР), які складають функціональний комплекс (ФК).

Таким чином, ієрархічні рівні являють собою рівні опису об'єктів, які розрізняються ступенем детального відображення властивостей об'єкта. Інакше їх називають горизонтальними рівнями чи рівнями абстрагування. Сукупність описів деякого рівня разом з постановками задач і методів одержання цих описів називають ієрархічним рівнем проектування.

На горизонтальних рівнях існують групи задач, зв'язані з проектуванням схем, конструкцій, технології. Ці групи задач разом з використовуваними для їхнього рішення моделями, методами, формами документації називаються аспектами проектування (іноді аспекти проектування називають вертикальними рівнями проектування).

8. Класифікація параметрів об’єктів проектування

Параметр – це величина, що характеризує властивості або режими роботи об’єкту. Серед параметрів об’єктів проектування виділяють показники ефективності, які являються кількісною одиницею ступеню відповідності об’єкта, його цільового призначення.

Показники ефективності поділяють на показники:

• виробництва

• надійності

• вартості

• маси

• габаритів

• точності

Термін показник ефективності часто використовують на високих ієрархічних рівнях проектування. Вихідні параметри – це показники якості, по яких можна робити висновки про правильність функціонування системи. Вихідні параметри залежать як від властивостей елементів, так і від особливостей зв’язків елементів один з одним в залежності від структури або конфігурації системи. Внутрішні параметри – це параметри елементів. Зовнішні параметри – це параметри зовнішні по відношенню до об’єкта, середовища, яке впливає на його функціонування.

На кожному ієрархічному рівні вихідні параметри характеризують властивості системи, а внутрішні параметри – властивості елементів. При переході до нового рівня внутрішні параметри можуть стати вихідними і навпаки.

Об’єкти при такому розгляданні слід називати дискретним описом або дискретними об’єктами. Якщо на даному рівні розглядання враховуються реальні значення внутрішніх параметрів, то об’єкт називається об’єктом з неперервним описом.

Для дискретних об’єктів основна задача – задача синтезу структури. Для неперервних об’єктів основні результати одержуються при рішенні задачі параметричної оптимізації.

- вектор вихідних параметрів

- вектор внутрішніх параметрів

- вектор зовнішніх параметрів

(1)

1. – вигляд функціональної залежності, яка визначається структурою системи.

9. Математичні моделі об’єктів проектування

Існують два підходи до верифікації проектних процедур: аналітичний і чисельний.

Аналітичний підхід заснований на використанні формальних методів доказу відповідності двох порівнюваних описів. Для реалізації аналітичного підходу необхідно в рамках деякої формальної системи установити мову представлення проектних рішень і правила перетворення пропозицій і конструкцій цієї мови, потрібно розробити алгоритми цілеспрямованого застосування правил для приведення порівнюваних варіантів до виду, по якому можна зробити висновок про наявність чи відсутність відповідності цих варіантів. В даний час клас об'єктів, для яких удається реалізувати аналітичний підхід обмежений.

Чисельний підхід заснований на математичному моделюванні процесів функціонування проектованих об'єктів. Моделювання— це дослідження об'єкта шляхом створення його моделі й оперування нею з метою одержання корисної інформації про об'єкт. При математичному моделюванні досліджується математична модель (ММ) об'єкта.

Математичною моделлю технічного об'єкта називається сукупність математичних об'єктів (чисел, скалярних перемінних, векторів, матриць, графів і т.п.) і єднальних їхніх відносин, що відбиває властивості моделюючого технічного об'єкта, що цікавлять інженера-проектувальника. Математична модель, що відбиває поводження моделюючого об'єкта при заданих зовнішніх впливах, що змінюються в часі, називається імітаційною.

При конструюванні необхідно визначити насамперед геометричні і топологічні властивості об'єктів: форму деталей і їхнє взаємне розташування в конструкції. Ці властивості відображаються за допомогою структурних математичних моделей, що можуть бути виражені рівняннями поверхонь і ліній, системами нерівностей, графами, матрицями інциденцій і т.п.

При функціональному проектуванні моделюють стан чи процеси — послідовності змінюючих друг друга станів об'єкта. Таке моделювання здійснюється за допомогою функціональних математичних моделей. Типова форма функціональних ММ— система рівнянь, що виражає взаємозв'язок між фазовими (характеризують стан об'єкта), зовнішніми (характеризують стан зовнішньої стосовно об'єкта середовища) і незалежними перемінними, якими можуть бути час t і просторові координати. Рішенням системи рівнянь є залежності елементів вектора фазових перемінних, що представляються у виді сукупності графіків чи у табличній формі.

10. Різновидності проектних процедур при підготовці та веденні проекту

Процедури структурного синтезу по характеру проектованого об'єкта поділяються на синтез схем (принципових, функціональних, структурних, кінематичних і ін.), конструкцій (визначення геометричних форм, взаємного розташування деталей), процесів (технологічних, обчислювальних і ін.), документації (креслень, пояснювальних записок, відомостей і ін.). Основні процедури параметричного синтезу — оптимізація номінальних значень параметрів елементів і їхніх допусків. Важлива задача призначення технічних вимог на параметри об'єкта, розв'язувана при зовнішньому проектуванні, віднесена до задачі оптимізації допусків. Ідентифікація моделей полягає в розрахунку параметрів, які використовуються у ММ. Для процедур оптимізації, як правило, потрібно виконання великого обсягу обчислень за допомогою складних програмних комплексів. В окремих випадках задовільні результати параметричного синтезу виходять на основі спрощених методик, подібних до розрахункових методик неавтоматизованого проектування.

На рис. 1 представлена одна з можливих класифікацій проектних процедур.

Детермінована верифікація може бути спрямована на виявлення відповідності структур об'єктів, заданих двома різними описами (структурна верифікація), чи значень вихідних параметрів (параметрична верифікація). Параметрична верифікація може виконуватися по повній сукупності параметрів чи по їхній частині, в останньому випадку розрізняють верифікацію статичну, динамічну, у частотній області.

Статистичний аналіз призначений для одержання статистичних зведень про вихідні параметри при заданих законах розподілу параметрів елементів.

Результати статистичного аналізу можна представляти гістограмами, оцінками числових характеристик розподілів вихідних параметрів.

Рис. 1. Класифікація проектних процедур

Аналіз чутливості полягає в розрахунку коефіцієнтів чутливості вихідних параметрів y_j змінам параметрів елементів (чи зовнішніх параметрів) x_i.

Розрізняють абсолютний і відносний коефіцієнти чутливості:

де та - номінальні значення параметрів і відповідно.

Задачі, у яких дослідження властивостей об'єкта зводиться до однократного рішення рівнянь моделі при фіксованих значеннях внутрішніх і зовнішніх параметрів, називаються задачами одноваріантного аналізу. Задачі, що вимагають багаторазового рішення рівнянь моделі при різних значеннях внутрішніх і зовнішніх параметрів, називаються задачами різноманітного аналізу.

11. Процеси управління проектом (ініціалізації, планування, виконання, аналіз, управління, завершення).

Управління проектом – це процес планування організацій управління задачами і ресурсами, які направлені на досягнення визначеної мети в умовах, які обмежені в часі і що мають ресурси і значення вартості робіт. В кожному проекті є специфічні для кожної прикладної області процеси.

Управління проектами можна поділити на виконання наступних процесів:

1. процес ініціалізації

2. процес планування

3. процес виконання

4. процес аналізу

5. процес управління

6. процес завершення

перераховані процеси тісно взаємодіють між собою і на різних стадіях будь-якого проекту вони реалізуються з різною інтенсивністю.

Взаємозв’язок основних груп процесів:

Сутністю процесів ініціалізації являється прийняття рішень про управляючий перехід з однієї фази в іншу. Процеси планування призначені забезпечувати всебічну розробку планів планування проектів.

Процеси аналізу включають в себе аналіз як плану, так і виконання проекту. Аналіз плану повинен відповідати на питання про те, наскільки план реалізації проекту задовольняє вимогам, а також очікуванням учасників проекту. Результатом є оцінка показників плану учасниками даного проекту і групою управління проекту.

Під процесом виконання проекту розуміють процеси реалізації створеного плану. Процес управління виконання проекту включає в себе розробку і реалізацію рішень про необхідні управляючі впливи, які мають за свою мету успішність реалізації проекту.

Процеси завершення проекту мають за мету забезпечення впорядкованого завершення проекту, включаючи закриття підписання контрактів в остаточні розрахунки, документальне оформлення всього проекту.

12. Особливості проектування інформаційних систем. Стадії та етапи проектування

Проектування як процес, що розвивається в часі, поділяють на стадії, етапи, проектні процедури й операції.

Стадії проектування.

При проектуванні складних систем виділяють стадії наперед проектних досліджень, технічного завдання і технічної пропозиції, ескізного, технічного, робочого проектів, іспитів і впровадження.

На стадії науково–дослідних робіт (НДР) – наперед проектних досліджень, технічного завдання і технічної пропозиції – на підставі вивчення потреб суспільства в одержанні нових виробів, науково–технічних досягнень промисловості, наявних ресурсів визначають призначення, основні принципи побудови технічного об'єкта і формулюють технічне завдання (ТЗ) на його проектування.

На стадії ескізного проекту дослідно–конструкторських робіт (ДКР) перевіряються коректність і реалізаційність основних принципів і положень, що визначають функціонування майбутнього об'єкта, і створюється його ескізний проект.

На стадії технічного проекту виконується всебічне пророблення всіх частин проекту, конкретизуються і деталізуються технічні рішення.

На стадіях робочого проекту, дослідів і упровадження формується вся необхідна документація для виготовлення виробу. Далі створюється і випробується досліджувальний зразок чи пробна партія виробів, за результатами іспитів вносяться необхідні корективи в проектну Документацію, після чого здійснюється впровадження у виробництво.

Етапи проектування.

Етап проектування – частина процесу проектування, що включає в себе формування всіх описів об'єкта, що вимагаються, які відносяться до одного чи декількох ієрархічних рівнів або аспектів. Часто назви етапів збігаються з назвами відповідних ієрархічних рівнів і аспектів. Так, проектування технологічних процесів розбивають на етапи розробки принципових схем технологічного процесу маршрутної технології, операційної технології й одержання керуючої інформації на машинних носіях для програмно–керованого технологічного обладнання.

Проектні процедури.

Складові частини етапу проектування називають проектними процедурами. Проектна процедура – частина етапу, виконання якої закінчується одержанням проектного рішення. Кожній проектній процедурі відповідає деяка задача проектування, розв'язувана в рамках даної процедури.

Проектна операція.

Більш дрібні складові частини процесу проектування, що входять до складу проектних процедур, називають проектними операціями.

Приклади проектних процедур: оформлення креслення, виробу, розрахунок параметрів підсилювача, вибір типової конструкції для побудови електродвигуна. Приклади проектних операцій: креслення типового графічного зображення (зубцюватого зачеплення, рамки креслення і т.п.), рішення системи алгебраїчних рівнянь які описують статичний стан підсилювача, розрахунок показників ефективності чергового варіанта побудови електродвигуна.

Таким чином, поняття рівня й аспекту відносяться до структурування представлень про проектований об'єкт, а поняття етапу – до структурування процесу проектування.

13. Оцінка якості та ефективності проектування інформаційної системи

Проектування ІС є особливо важливим етапом, адже (саме тоді закладаються її базові характеристики (споживчі властивості), найголовнішими серед яких є якість і надійність. Це означає, що ІС у процесі свого функціонування має забезпечити:

— інформаційні потреби користувачів;

— адекватність ІС реальним інформаційним і технологічним процесам ОУ;

— високу економічну ефективність.

Споживчі властивості ІС виражають:

— функціональна повнота. Відображає рівень задоволення інформаційних потреб користувачів — осіб, які приймають рішення (ОПР), та рівень автоматизації управлінських робіт на заданому ОУ;

— своєчасність. Забезпечується можливістю своєчасного здобуття потрібної інформації;

— функціональна надійність. Відображає надійність інформаційного, програмного, технічного та ергономічного забезпечень під час оброблення даних;

— адаптивна надійність. Виражається у властивості системи виконувати свої функції при їх зміні під впливом навколишнього середовища (зміна ресурсів, структури інформаційно-обчислювальної системи та ін).

Під час розроблення ІС слід ураховувати, що інформаційні потреби користувача залежать від рівня структури управління, на якому він знаходиться.

Перший, найнижчий, рівень (управління дільницею, робочим місцем) — оперативне управління. Саме таким є управління процесом випуску продукції. Суть його полягає в тому, що інженерно-технічний персонал під час управління виносить оперативні рішення, які визначаються набором різноманітних чітко визначених правил. Наприклад, прийняття рішення щодо збільшення запасів матеріалів, якщо їхній рівень стає нижчим від установленого.

Другий рівень стосується технічного або адміністративного втручання (управління цехом). Працівники цього рівня можуть приймати як регламентовані, так і нерегламентовані рішення. Управління будується на основі застосування методів моделювання процесів.

На цих рівнях прийняття управлінських рішень про виконання задач ІС повинно бути добре структурованим, а також мають бути задані правила вироблення рішень для можливих ситуацій, крім аварійних.

На третьому рівні реалізується стратегічне управління, що є функцією вищого управлінського персоналу. Процес прийняття рішень нерегламентований, тому особливо важливою для нього є довідкова функція ІС. Керівники системи управління, які не володіють формальними методами програмування, можуть використовувати мову запитів для доступу до інформації, що зберігається у файлах, не вдаючись до посередництва технічного персоналу. Тому під час проектування ІС слід ураховувати вимоги, пов'язані з функціями управління об'єктом, які вона має задовольняти:

- релевантність (лат. relevant — суттєвий, доречний). Одержувана інформація (мусить бути відповідною запитам будь-якій ОПР (директора, майстра та ін.). Існують відмінності між даними й інформацією. Інформація — це дані, релевантні споживачеві;

- управління за відхиленнями. Це не потребує значної кількості детальної інформації. ОПР повинні бути поінформовані про критичні чинники, що впливають на результати підприємства (фірми);

- точність. Дані, на основі яких формується інформація, мають бути адекватними і відображати поточний стан ОУ (не застарілі);

- своєчасність. Інформація має бути подана тоді, коли вона потрібна користувачеві;

- пристосованість. Система повинна задовольняти різні запити користувача. Наприклад, запит підсумковий (про обсяг збуту продукції), запит детальний (про обсяг збуту продукції за споживачами).

Ефект від упровадження ІС може бути соціальним, технічним та економічним.

Соціальний ефект характеризується впливом автоматизації на роботу працівників апарату управління, інформаційно-обчислювального центру (ІОЦ), а також на членів суспільства, соціальне обслуговування яких поліпшується з упровадженням ІС.

Технічний ефект характеризується швидкодією виконання певних операцій, збільшенням продуктивності машин, систем тощо.

Економічний ефект оцінюється економічним ефектом протягом року, економічною ефективністю (економією протягом року), коефіцієнтом економічної ефективності, одноразовими і капітальними витратами, терміном окупності.

Економічний ефект протягом року виражає фактичну економію порівняно з витратами на створення ІС:

де Е — економічна ефективність ІС, що складається з прямої Eпр та побічної Eп ефективностей, тобто Е = Епр + Еп, причому Епр = С0 – С1. Тут С0 — вартісні витрати оброблення даних за існуючим варіантом; С1 — вартісні витрати за пропонованим у проекті ІС варіантом оброблення даних.

У наведеному вище виразі економічного ефекту протягом року Ен — нормативний коефіцієнт ефективності (за галуззю народного господарства); К — сума одноразових і капітальних витрат, причому

де Кп.в — передвиробничі витрати, пов'язані з проектуванням ІС; Кв — капітальні витрати на придбання, транспортування, монтаж, налагодження обчислювальної техніки (ОТ) та допоміжного обладнання.

14. Розрахунок параметрів мережевого графіка. Правила побудови мережевого графіка

Мережевий графік складається з елементів двох видів — робіт і подій, і дозволяє в наочній формі представити структуру проекту з погляду вхідних у нього робіт.

Іншими словами, мережевий графік відображає взаємозв'язки між роботами у середині проекту і порядок їхнього виконання.

З математичної точки зору він є спрямованим графом, у якому кожна робота представляється орієнтованою дугою, а кожна подія — вершиною (вузлом). Кожна подія визначається як момент часу, коли завершується одна робота (чи група робіт) і починається інша. Будь-яка робота, включена в мережевий графік, вважається описаною (заданої), якщо зазначені номери подій, між якими вона укладена, і її тривалість.

Сформулюємо основні правила побудови мережевого графіка.

• Кожна робота представляється однієї і тільки однією дугою, тобто жодна робота не повинна з'являтися в графіку двічі. При цьому будь-яка робота в разі потреби може бути розбита на дві чи більш частин, кожної з який буде відповідати своя дуга. Наприклад, програмування модуля можна представити як двох робіт: уведення тексту програми і її налагодження.

• Ні одна пара робіт не повинна визначатися однаковими початковою і кінцевою подіями (у противному випадку дві різні роботи будуть ідентифіковані однаково). Можливість такого неоднозначного завдання робіт існує в тих випадках, коли дві (чи більш) роботи можуть виконуватися одночасно.

• Ні одна подія не може відбутися доти, поки не будуть закінчені усі вхідні в нього роботи.

• Ні одна робота, що виходить з даної події, не може починатися доти, поки не відбудеться дана подія

Мережевий графік дозволяє по-перше оцінити (визначити) тимчасові характеристики проекту і вхідних у нього робіт. У цьому відношенні найбільш важливе значення в побудові плану проекту мають так називані критичні роботи.

Робота вважається критичню, якщо затримка її початку приводить до затримки терміну закінчення проекту в цілому. Некритична робота відрізняється тим, що проміжок часу між її раннім початком і пізнім закінченням більше її фактичної тривалості. Іншими словами, будь-яка некритична робота має резерв часу.

Критичний шлях являє собою безупинну послідовність критичних робіт, що зв'язує вихідні і завершальні події мережі (мережевого графіку).

15. Технологічна операція проектування, технологічна мережа проектування

Технологічна операція проектування

Технологія проектування ІС — створення або модернізація її проекту на основі використання методів і засобів проектування.

Основою технології проектування ІС є технологічний процес — пов'язана з розробленням її проекту діяльність колективу спеціалістів, яка має задовольняти потрібні споживчі властивості й умови ефективності при використанні відповідних засобів проектування та виділених ресурсів.

На кожній стадії (етапі) проектування (передпроектне обстеження, створення технічного і робочого проектів, упровадження, модернізація та супровід) існує своя технологія його проведення з відповідними технологічними процесами, що відображають особливості виконання проектних робіт саме на цій стадії.

Через те що у процесі проектування ІС застосовуються різні засоби, технологія проектування має бути формалізована. Доцільно для кожного засобу створювати технологію його використання при проектуванні ІС, побудовану за формалізованим каноном. Тоді розробник ІС може користуватися будь-якими засобами проектування. Основою для формалізації є технологічна операція (ТО) проектування — відносно самостійний фрагмент технологічного процесу, в якому визначено вхід (V), вихід (W), перетворювач (П), ресурси (R) і засоби (S).

Графічна інтерпретація ТО може бути подана так:

Документи (D) — фіксують факти, умови, вимоги, кількісні та якісні параметри.

Параметри (Р) — це характеристика, умови або певні обмеження проектної системи. Наприклад, обсяг фінансування, виділений на проектування системи; календарна доба проектування; площа, виділена під обчислювальний центр (ОЦ); кількість працюючих на ОУ та ін.

Універсум (U) — повний перелік можливих значень певного компонента технічного забезпечення або обсяг знань про нього. Універсум може містити перелік та опис СУБД, перелік та характеристики ТПР тощо.

Програма (G) — програмні рішення з реалізації заданої функції управління або з оброблення даних.

Перетворювач (П) — методика, формалізований або машинний алгоритм перетворення входу ТО на її вихід.

Ресурси (R) — нормовані значення трудових, матеріальних, технічних (машинних) ресурсів, необхідні для виконання перетворювача за допомогою відповідних засобів проектування (S).

Засоби проектування — ТПР, ППП, типові проекти ІС, інструментальні засоби проектування.

Усю сукупність перетворювачів, що визначають зміст відповідних ТО для створення ІС, можна поділити на кілька великих класів: пошук і вибірка інформації, створення універсальних універсумів, управління метаданими, вибір загальносистемних проектних рішень, використання інструментальних засобів проектування, параметризація компонентів ІС, перетворення алгоритмів і програм, проведення контролю, формалізація розрахунку показників.

Технологічна мережа проектування

Реальний процес проектування ІС відображається в технологічній мережі проектування.

Технологічна мережа проектування (ТМП) — взаємопов'язана за входом і виходом послідовність ТО проектування, виконання яких має забезпечити створення проекту ІС.

Складанню ТМП передує ознайомлення з економічним ОУ, що дає змогу одержати загальне уявлення про нього, сформулювати основні цілі та задачі проектування, визначити перелік основних комплексів робіт, у тому числі ТО.

Проектування ІС — складний процес роботи багатьох виконавців, що включає багато різноманітних робіт і потребує суворої впорядкованості, певної послідовності та планомірності їх виконання.

Найпоширенішим методом планування й управління розробленням і впровадженням проекту є система планування мереж та управління — СПУ (РЕRТ), за допомогою якої можна отримати уявлення про всю ТМП, що забезпечує найраціональнішу послідовність проектних робіт.

Порядок виконання робіт зі створення ІС подається у вигляді графа мережі, який включає детальний опис проектування і містить багато операцій (робіт).

Збільшений граф мережі за стадіями й етапами проектування дає змогу простежити розвиток системи від початку робіт з її створення до введення в експлуатацію. Його параметри обчислюють на ЕОМ із застосуванням спеціального ППП.

Застосування графіків мереж для організації управління процесом проектування ІС дає змогу визначити його загальну трудомісткість і на основі існуючих нормативів з'ясувати потрібну кількість ресурсів на виконання проектних робіт. Календаризація графіка мережі здійснюється на основі наявності трудових і технічних ресурсів. Для цього розробляють календарний графік для виконавців з урахуванням застосовуваних ними технічних засобів у процесі проектних робіт.

Визначення критичного шляху і резервів за ТО дає змогу контролювати виконання проектних робіт, оперативно керувати процесом проектування, перерозподіляючи роботи між виконавцями-розробниками системи або навпаки (виконавців між роботами) з метою створення проекту ІС у суворо встановлені терміни.

Використання сучасних засобів автоматизації проектування ІС допускає оптимізацію графіка мережі, що значно скорочує терміни створення проекту, знижує витрати праці на його розроблення.

Отже, СПУ для організації процесу проектування ІС вказує на те, що під час роботи з ТМП може бути використаний математичний апарат.

Якщо в ТМП у жодній ТО не застосовуються засоби проектування, тобто всі подані в ній операції виконуються вручну, то таку мережу називають канонічною ТМП, яка відображає процес створення ІС для конкретного ОУ. У ній цей процес подається на найнижчому рівні декомпозиції і є базою для обґрунтування застосування та розроблення різних засобів проектування (ТПР, ППП тощо).

Якщо до канонічної ТМП застосувати метод композиції, виділяючи в ній певні фрагменти, то для кожного з них можна визначити спільні вхід, вихід і синтезувати перетворювач, тобто збільшити ТО. За допомогою таких ТО створюють засоби, які дають змогу автоматизувати виконання проектних робіт у межах виділених фрагментів. Відбувається збільшення ТМП, вона стає коротшою, виникає можливість утворення САПР ІС, що автоматизує весь процес її створення і є узагальненим перетворювачем, на вході якого подано матеріали обстеження об'єкта, вимоги до нової системи управління та ресурси проектування, а на виході формується потрібний проект ІС.

Використовуючи канонічну мережу проектування, можна побудувати ТМП, орієнтовані на певні категорії спеціалістів, керівників, аналітиків, програмістів та ін. У таких мережах докладно описуються ділянки, які їх цікавлять, а інші призначаються для збільшення.

Канонічна мережа проектування може бути основою для порівняння двох і більше альтернативних ТМП. Наприклад, існують дві ТМП ІС для ОУ. З метою вибору кращої порівнюють ресурси (вартісні, трудові) та їх проектування й еквівалентність за здобутим результатом.

Отже, процес проектування ІС можна формально описати за допомогою ТМП. Якщо відомо повний набір ТО, потрібних для створення відповідного проекту, то існує також формалізований алгоритм побудови ТМП.

Серед вихідної множини ТО Т = {Тi} є альтернативні сукупності їх, що ведуть до створення сукупності альтернативних ТМП, з якої слід вибрати конкретну, що відповідала б умовам вартості, трудомісткості та ін.