Файл: Системы автоматизированного проектирования технологических процессов..pdf

В кинематических моделях поверхность получается путем перемеще­ ния кривой, называемой образующей, по некоторой направляющей кривой в трехмерном пространстве.

Канонические модели используют в тех случаях, когда удается выде­ лить параметры, однозначно определяющие геометрический элемент и в то же время имеющие простую связь с его формой. Например, для плоского многоугольника такими параметрами являются координаты вершин.

Ггометрические макромодели являются описаниями предварительно отобранных типовых геометрических фрагментов. Такими фрагментами мо­ гут быть типовые сборочные единицы. При оформлении конструкторской документации макромодели используют для описания типовых графических изображений, например зубчатых колес, винтовых соединений, подшипни­ ков.

Структурные модели также делятся на модели различных иерархиче­ ских уровней. При этом на низких иерархических уровнях преобладает ис­ пользование геометрических моделей, на высших уровнях используются то­ пологические модели.

Функциональные ММ предназначены для отображения физических или информационных процессов, протекающих в объекте при его функ­ ционировании.

Обычно функциональные модели представляют собой системы урав­ нений, связывающих фазовые переменные, внутренние, внешние и выходные параметры. Деление описаний объектов на аспекты и иерархические уровни непосредственно касается математических моделей. Выделение аспектов приводит к выделению моделей электрических, механических, гидравличе­ ских, оптических, химических. Использование принципа блочно­ иерархического подхода к проектированию позволяет выявить иерархию ММ проектируемых объектов. Количество иерархических уровней при моделиро­ вании определяется сложностью объектов и возможностью средств проекти­ рования. Однако для большинства предметных областей можно отнести имеющиеся иерархические уровни к микро-, макро- и метауровням. В зави­ симости от места в иерархии описаний модели делятся на ММ, относящиеся к микро-, макро- и метауровням.

По способу представления свойств объекта функциональные ММ де­ лятся на аналитические и алгоритмические (рис. 7.7).

Аналитические ММ представляют собой явные выражения выходных параметров как функции внутренних и внешних параметров, т.е. имеют вид y = F{X,Q), где X - внутренние параметры, Q - внешние параметры (на­ пример, зависимость усилия зажима от площади поршня цилиндра и давле­ ния). Получение таких ММ удается лишь в отдельных случаях.

Алгоритмические ММ выражают связь выходных параметров с внут­ ренними и внешними параметрами в виде алгоритма, вычислительный про­ цесс которого моделирует функционирование объекта.

Имитационные ММ представляют алгоритм или программу, имити­ рующие функционирование системы. В алгоритм имитационной модели вво­

дится элемент, соответствующий течению времени.

Рис. 7.7. Классификация функциональных моделей

Детерминированные ММ характеризуются определенностью условий, и при одних и тех же входных и внутренних параметрах выходные парамет­ ры будут неизменными.

Стохастические ММ описываются в терминологии случайных про­ цессов, и в отличие от детерминированных при одном и том же начальном состоянии и одних и тех же входных сигналов выходные параметры могут быть различными.

Статические ММ характеризуются тем, что их состояние не изменяет­ ся в течение любого интервала времени.

Динамические ММ задают некоторый процесс изменения состояний во времени.

Дискретные ММ характеризуются тем, что изменение их состояний может происходить лишь в особые (узловые) моменты времени.

Непрерывные ММ в каждый момент времени характеризуются изме­ ненным состоянием, и время рассматривается как непрерывный фактор.

7.6.2.Требования к математическим моделям

Кматематическим моделям предъявляются требования адекватности, простоты и экономичности, универсальности.

Важнейшим требованием является требование адекватности ММ изу­ чаемому реальному объекту относительно выбранной системы его характе­ ристик. Под этим обычно понимается:

1)правильное качественное описание объекта по выбранным характе­ ристикам;

2)правильное количественное описание объекта с некоторой разум­ ной степенью точности.

Адекватность - это соответствие модели моделируемому объекту. Отношения, используемые в модели, должны с заданной степенью точности отображать отношения, существующие в объекте.

Если ориентироваться только на требование адекватности, то слож­ ные модели предпочтительнее простых. В самом деле, применяя сложную модель, можно учесть большее число факторов, которые могут так или иначе повлиять на изучаемые характеристики. Например, при составлении системы уравнении, описывающих исследуемый объект, с точки зрения адекватности выгоднее привлечь как можно больше параметров, характеризующих этот

объект. Но такой подход может привести к громоздким системам уравнений, не поддающимся изучению.

Таким образом, мы приходим к требованию достаточной простоты модели по отношению к выбранной системе ее характеристик. Это требова­ ние до некоторой степени противоположно требованию адекватности. Мо­ дель является достаточно простой, если современные средства исследования (в частности, вычислительные) дают возможность провести экономно (по за­ тратам труда) анализ выбранных свойств объекта и осмыслить результат. Экономичность рассматривается с точки зрения расходования вычислитель­ ных ресурсов (процессорного времени, емкости оперативной и внешней па­ мяти).

Степень универсальности модели определяется возможностью приме­ нения программно-методического комплекса для проектирования широкой номенклатуры объектов внутри заданного класса и адаптации к изменяю­ щимся условиям проектирования.

7.7.Программное обеспечение САПР

7.7.1.Классификация программного обеспечения. Системное программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) — совокупность программ и про­ граммных документов, необходимых для выполнения операций проектиро-

вания. В зависимости от выполняемых функций совокупность программ

Рис. 7.8. Системноепрограммноеобеспечение

Прикладное ПО представляет собой совокупность программ решения задач из различных сфер человеческой деятельности.

В состав системного ПО входят:

-операционные системы;

-сервисные программы;

“системы программирования;

- средства контроля.

польно использует все ресурсы машины. Типичным представителем таких ОС является MS-DOS (разработанная фирмой Microsoft).

Многозадачные однопользовательские ОС. т.е. мультипрограммные, допускают одновременное выполнение нескольких задач (программ). Муль­ типрограммирование реализуется посредством циклического выделения для каждой из выполняемых программ времени центрального процессора, т.е. путем периодического переключения с одной задачи на другую. Подобные ОС более сложны. Примером ОС является OS/2.

Многозадачные многопользовательские ОС обеспечивают коллектив­ ное использование ЭВМ в мультипрограммном режиме разделения времени. Представители подобного класса ОС: UNIX, Windows NT фирмы Microsoft.

Сетевые ОС связаны с появлением локальных и глобальных сетей и предназначены для обеспечения доступа пользователя к ресурсам вычисли­ тельной сети. К сетевым ОС относятся: Novell Netware, IBM LAN, Solaris фирмы SUN.

Сервисное программное обеспечение - это программы, предостав­ ляющие пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющие возможности операционных систем.

По функциональным возможностям сервисные программы можно под­ разделять на средства:

-улучшающие пользовательский интерфейс;

-защищающие данные от разрушения и несанкционированного досту­

па;

-восстанавливающие данные;

-ускоряющие обмен данными между диском и ОЗУ;

-архивации-разархивации;

-антивирусные средства.

Сервисные средства могут быть представлены операционными оболоч­ ками, утилитами и автономными программами.

Операционные оболочки - это комплексы программ, работающие пол­ ностью или частично под управлением ОС и предоставляющие пользователю дополнительные диалоговые возможности. Например, они позволяют в пол­ ноэкранном режиме выполнять часто используемые операции при работе с MS-DOS: просматривать содержимое каталогов на дисках, переходить из од­ ного каталога в другой, копировать, перемещать и удалять файлы, запускать программы. К числу простых оболочек относятся Norton Commander (NC), PC tools.

Более сложной операционной оболочкой является DBS Qview 2.0, ко­ торая управляет работой компьютера с помощью текстовых меню (как и Nor­ ton Commander), но дополнительно реализует многозадачный режим работы.

Принципиально новый подход к пользовательскому интерфейсу в обо­ лочках GEM фирмы Digital Research и Windows фирмы Microsoft. В обеих оболочках используется не текстовый, а графический интерфейс пользовате­ ля. В данном случае интерфейс - программное средство, обеспечивающее

взаимодействие пользователя с ЭВМ. Графический интерфейс дает возмож­ ность управлять ЭВМ путем выбора пиктограмм (картинок), обозначающих команды или программы.. Обычно в качестве устройства указания в таких оболочках используется мышь.

Новые версии Windows, такие как Windows NT (для профессиональных применений с возможностью использования локальной или глобальной сети) и Windows 95/98, сами используются как операционные системы.

Утилиты предоставляют услуги в основном по обслуживанию дисков и файловой системы, такие как:

-обслуживание дисков (форматирование, обеспечение сохранности информации, возможности ее восстановления в случае сбоя);

- создание и обновление архивов; -предоставление информации о ресурсах компьютера, о дисковом

пространстве, о распределении оперативной памяти между программами; - печать файлов в различных режимах и форматах.

Из утилит, получивших наибольшую известность, можно назвать мно­ гофункциональный комплекс Norton Utilites.

Антивирусные программы обеспечивают диагностику (обнаружение) и лечение (нейтрализацию) вирусов. Термином «вирус» обозначается про­ грамма, способная размножаться, внедряясь в другие программы, совершая при этом различные нежелательные действия.

Системы программирования предназначены для создания и отладки прикладных программ на различных алгоритмических языках. Система про­ граммирования включает в себя язык и соответствующую ему программу - транслятор (или интегрированную среду отладки), преобразующую исход­ ный текст в машинные коды.

Наиболее известными языками высокого уровня является Фортран, Паскаль и СИ. Существует несколько версий каждого языка, разработанных фирмами, специализирующимися на создании ПО: Microsoft (С, Fortran), Bor­ land (Turbo С, Turbo Pascal).

Трансляторы делятся на два вида: компиляторы и интерпретаторы. При компиляции перевод исходной программы на алгоритмическом

языке в загрузочную и выполнение программы разделены во времени. При­ мерами компилирующих систем являются Pascal, С, язык СУБД Clipper.

Трансляторы различных систем программирования различаются скоро­ стью и объемом получаемого загрузочного модуля. Наиболее удобными счи­ таются системы программирования Borland: Turbo С и Turbo Pascal, пред­ ставляющие интегрированные среды, не выходя из которых можно вводить и редактировать текст программы, получать диагностические сообщения об ошибках.

Интерпретаторы исходный текст построчно переводят в машинный код, и программа сразу же выполняется (Бейсик, язык СУБД Foxbase).

Средства контроля - совокупность программно-аппаратных средств ЭВМ для обнаружения ошибок в процессе работы компьютера. Различают