Министерство Образования и Культуры Российской Федерации
Министерство Образования Республики Таджикистан
Российско - Таджикский (Славянский) Университет
Экономический факультет
Кафедра «Информатики и ИС»
Курсовая работа
По дисциплине: «Имитационное моделирование экономических процессов»
На тему: «Моделирование системы автоматизации проектирования»
Выполнил: студент 4-ого курса
Экономического факультета
Прикладная Информатика группа «А»
Солиев У.
Научный руководитель:
Бахтеев К.С.
Душанбе-2013
Аннотация
В данной курсовой работе рассматривается моделирование системы автоматизации проектирования(САПР).
Основной целью создания САПР являются - повышение эффективности труда инженеров, включая:
сокращения сроков проектирования;
В данной курсовой включены все этапы моделирования и приведена программа моделирующего алгоритма.
Задание по курсовой работе
Введение
Постановка задачи
Теоретическая часть
Функциональная схема
Концептуальная модель
Обобщенная блок-схема
Детальная блок-схема
Заключение
Список литературы
Приложение
Задание по курсовой работе
Техническое задание
Ознакомиться с необходимой литературой. Дать аналитический обзор проблемы моделирования системы.
Теория: информация про вычислительную систему
Исходные данные:.Tpost=10±5 сек.Тоbs = 10±3сек
Отчетный материал курсовой работы:.Пояснительная записка.Графический материал
Концептуальная система
Функциональная система
Обобщенная блок - схема
<#"justify">Введение
В настоящее время нельзя назвать область человеческой деятельности, в которой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Особенно это относится к сфере управления различными системами, где основными являются процессы принятия решения на основе полученной информации.
Обобщенно моделирование можно определить как метод последовательного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, причем модель способна в том или ином отношении заменить оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса. Стадии познания, на которых проходит такая замена, а также формы соответствие модели и оригинала могут быть различимы:
Моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются образы, соответствующие объектам.
Моделирование заключается в построение некоторой системы модели, причем в этом случае отображение одной системы в другой является средством выявления зависимостей между двумя системами, отражениями в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.
В настоящее время распространены методы машинной реализации исследования характеристик процесса функционирования больших систем. Для реализации математической модели на ЭВМ необходимо построить соответствующий моделирующий алгоритм.
При имитационном моделировании реализующий алгоритм производит процесс функционирования системы S во времени, причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания во времени, что позволяет по исходным данным получить сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характеристики системы S.
Основным преимуществом имитационного моделирования, по сравнению с аналитическим, является возможность решения более сложных задач.
Имитационные модели позволяют достаточно просто учитывать такие факторы, как наличие дискретных и непрерывных элементов, нелинейные характеристики элементов системы, многочисленные случайные воздействия и другие факторы, которые часто создают трудности при аналитических исследованиях. В настоящее время имитационное моделирование - наиболее эффективный метод исследования больших систем, а часто и единственный практически доступный метод получения информации о поведении системы, особенно на этапе её проектирования.
Построение имитационных моделей больших систем и проведение машинных экспериментов с этими моделями представляют собой достаточно трудоемкий процесс, в котором в настоящее время много неизученного. Однако специалисты в области проектирования, исследования и эксплуатации больших систем должны в совершенстве знать методологию машинного моделирования, сложившуюся в настоящие время, чтобы быть готовым использовать ЭВМ следующих поколений, которые позволят сделать еще один существенный шаг в автоматизации построения моделей и использования имитационного моделирования систем.
Постановка задачи
Система автоматизации проектирования состоит из трех ЭВМ и трех терминалов. Каждый проектировщик формирует задание на расчет в интерактивном режиме. Набор одной строки задания занимает 10±5сек. Получение ответа на строку занимает 3 сек. работы ЭВМ и 5 сек. работы терминала. После набора 10 строк задание считается сформированным и поступает на решение в ЭВМ в течение 10±3сек. При этом она прекращает выдачу ответов на вводимые строки. После решения производится вывод результата на терминал, что требует 8 сек. его работы. Затем производится анализ результата, который занимает у проектировщика 30 сек., после чего цикл проектирования повторяется.
Смоделировать работу системы в течение 6 часов. Определить вероятность простоя проектировщика из-за занятости ЭВМ и коэффициент загрузки ЭВМ.
Теоретическая часть
Система автоматизированного проектирования (САПР) - автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.
Система автоматизированного проектирования. Наиболее популярная расшифровка. В современной технической, учебной литературе и государственных стандартах аббревиатура САПР раскрывается именно так.
Система автоматизации проектных работ. Такая расшифровка точнее соответствует аббревиатуре, однако более тяжеловесна и используется реже.
Система автоматического проектирования. Это неверное толкование. Понятие «автоматический» подразумевает самостоятельную работу системы без участия человека. В САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Слово «автоматизированный», по сравнению со словом «автоматический», подчёркивает участие человека в процессе.
Программное средство для автоматизации проектирования. Это излишне узкое толкование. В настоящее время часто понимают САПР лишь как прикладное программное обеспечение для осуществления проектной деятельности. Однако в отечественной литературе и государственных стандартах САПР определяется как более ёмкое понятие, включающее не только программные средства.
Цели создания и задачи
В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.
Основная цель создания САПР - повышение эффективности труда инженеров, включая:
сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.
Достижение этих целей обеспечивается путем:
автоматизации оформления документации;
информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
использования технологий параллельного проектирования;
унификации проектных решений и процессов проектирования;
повторного использования проектных решений, данных и наработок;
стратегического проектирования;
замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
повышения качества управления проектированием;
применения методов вариантного проектирования и оптимизации.
Подсистемы
Обслуживающие подсистемы - объектно-независимые подсистемы, реализующие функции, общие для подсистем или САПР в целом: обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т. п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР.
Проектирующие подсистемы - объектно-ориентированные подсистемы, реализующие определенный этап проектирования или группу связанных проектных задач. В зависимости от отношения к объекту проектирования, делятся на:
Объектные - выполняющие проектные процедуры и операции, непосредственно связанные с конкретным типом объектов проектирования.
Инвариантные - выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, имеющие смысл для многих типов объектов проектирования.
Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.
Типичными обслуживающими подсистемами являются:
подсистемы управления проектными данными обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР подсистемы графического ввода-вывода система управления базами данных (СУБД).
функционировании САПР, и юридический статус результатов её функционирования.
Классификация
ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР:
Функциональная схема
Функциональная схема показывает типы устройств и соединений в таком виде, в каком их легче понять.
(а), 1(б) и 1(в)- согласно задачи эти стрелки обозначают ввод строки проектировщиком в ЭВМ и работы терминала(в программе внутренний цикл).
(а) и 2(б)- это внешний цикл работает один раз, когда внутренний цикл
(стрелки 1(а), 1(б) и 1(в)) повторяются 10 раз.
Я создал функциональную схему для того, чтобы легче было создать концептуальную схему, которая показывает, что наша система многофазная одноканальная т.е. комбинированная.
Концептуальная схема
В этой схеме наглядно видна цепочка нашей системы, как она устроена с точки зрения имитационного моделирования.
Обобщенная блок-схема моделирующего алгоритма СМО
автоматизация моделирование алгоритм
В данном блоке обнуляем все счетчики и вводим наши данные
Блок цикла с условием
Тут задается параметр входного потока
Показывает текущие очереди, состояния устройств
Формируется очередь перед устройством обработки
Выбор заявки, из очереди исходя из критерий
Отказ заявок исходя из условий и размера очереди
Блок определения состояния СМО после всех операций
Конец моделирования
Детальная блок -схема
е - Получение ответа на строку работы ЭВМ- Получение ответа на строку работы терминала данное время для моделирование системы.- сумма «е»- сумма «t»- Т моделирования_pro- Оющая количество работы проектировшика_zag - коэффициент загрузки ЭВМ_pr_p- вероятность простоя проектировщика из-за занятости ЭВМ
Заключение
Машинное моделирование за последние десятилетие превратилось из эксперимента для получения численных решений различных аналитических задач в мощный аппарат исследования и проектирования больших систем. Метод моделирования с успехом переменяется в различных систем. В настоящее время метод моделирования на ЭВМ, учитывая сложности объекта широко распространен как при анализе, так при синтезе. Включение машинных моделей в состав АСУ позволяет решать задачи планирование и управление, прогнозирования, дискретизации и т.д.
Эффективность моделирования определяется разработкой научных основ моделирования и развитием средств вычислительной техники.
Существенное развития моделирование получает при использование накатов прикладных программ имитации и многомашинных вычислительных комплектов, позволяющих исследовать на качественном уровне сложные классы систем.
На основе полученного задания был выполнен прогон построенной модели в течение 6 ч. (21600 с.). По результатам полученных данных были выявлены вероятность простоя проектировщика из за занятости ЭВМ и коэффициент загрузки ЭВМ. Можно теперь сделать вывод о том, что в системе есть некоторые факторы, которые неблагоприятно влияют на её работоспособность.
Список использованной литературы
Ли И.Т.: «Конспект лекций по курсу ИМЭП», Душанбе - 2008 г.
Рябов В. Ф., Советов Б. Я.: «Машинное моделирование при проектировании больших систем», Ленинград - 1978 г.
Буслено Н. Л.: «Моделирование сложных систем», Москва - 1968 г.
Советов Б. Я., Яковлев С. А.: «Моделирование систем. Курсовое проектирование», Москва - 1988 г.
Приложение
Листинг программы
#include
#include
{a,e,t,vrems,p, s,tosk=0,tost=0,tns,k=0;rab_pro=0, tzk=0, tanp=0, sanp=0, tobs=0;<<"VVEDITE SKOLKO VREMENI ZANIMAET NABOR ODNOY STROKI = ";>>s;<<"VVEDITE SKOLKO VREMENI ZANIMAET POLUCHENIE ODNOY STROKI RABOTI EVM = ";>>e;<<"VVEDITE SKOLKO VREMENI ZANIMAET POLUCHENIE ODNOY STROKI RABOTI terminala = ";>>t;<<"VVEDITE SKOLKO VREMENI ZANIMAET POSRUPLENIE NA RESHENIE V EVM = ";>>p;<<"VVEDITE VREMEYA SNODELIRUEMOY RABOTI SISTEMI = ";>>vrems;{(int i=0;i<10;i++)
//cout<<"NABOR STROKI = "< // cout< //cout< }trk;=rand()%8+6; // cout<<"POVTOROV: "< Набор одной строкиПолучение ответа на одной строки работы ЭВМПолучение ответа на одной строки работы терминала Поступление на решение в ЭВМвероятность простоя проектировщика из-за занятости ЭВМ.коэффициент загрузки ЭВМ53570,4193640,173056153570,3994640,151759535130,4189940,1723611535130,1511110,399075 1. Пакеты
прикладных
программ САПР 2. SCADA-системы 3. Инструментальная
среда разработки
приложений
сбора данных
и управления
Genie 1. Пакеты
прикладных
программ САПР
САПР
- признанная
область применения
вычислительной
техники. Компьютер
может предоставить
конструкторам
и технологам
полный набор
возможностей
САПР и, освободив
их от рутинной
работы, дать
возможность
заниматься
творчеством,
что резко повышает
производительность
труда. Приближение
САПР к конструктору
позволило резко
повысить
производительность
самих САПР,
распространение
которых сдерживалось
трудностью
алгоритмизации
конструкторских
задач. Действительно,
невозможно
к каждому
конструктору
“приставить”
программиста.
Это противоречие
может быть
устранено
только широким
распространением
прикладных
программных
средств, “общающихся”
с конструктором
на “естественном”
языке. Следует
отметить, что
это справедливо
не только для
компьютерной
графики. Практически
все современное
программное
обеспечение
ориентируется
на пользователя,
дружелюбно
общаясь с ним
понятным ему
способом и
предоставляя
ему полную
свободу действий.
Такое “общение”
человека с
компьютером
возможно только
в интерактивном
(диалоговом)
режиме, когда
пользователь
тут же на экране
видит результат
своих действий.
САПР также
ориентированы
на работу в
интерактивном
режиме, предоставляя
проектировщику
оперативный
доступ к графической
информации,
простой и эффективный
язык управления
ее обработкой
с практически
неограниченными
возможностями
контроля результатов.
В первую очередь
это относится
к графическому
диалогу, поскольку
именно графика
(чертежи, схемы,
диаграммы и
т.п.) как наиболее
эффективный
способ представления
информации,
занимает
привилегированное
положение в
САПР. Таким
образом, удается
автоматизировать
самую трудоемкую
часть работы
- по оценкам
специалистов
конструкторских
бюро, в процессе
традиционного
проектирования
на разработку
и оформление
чертежей приходится
около 70% от общих
трудозатрат
конструкторской
работы (15% - на
организацию
и ведение архивов,
и 15% - собственно
на проектирование,
включающее
в себя разработку
конструкции,
расчеты, согласование
со смежными
областями и
т.д.). Многие
современные
программные
системы, ориентированные
на проектирование
промышленных
изделий, имеют
достаточно
большой арсенал
возможностей
интерактивной
графики, обеспечивая
возможность
создания и
редактирования
двумерных
изображений,
состоящих из
проекций изделия,
штриховки,
размеров и
т.д., а также
формирования
реалистичных
трехмерных
изображений
проектируемых
изделий, построенных
из исходных
данных чертежа
с удалением
невидимых
линий, с учетом
различных
способов освещения,
задания параметров
структуры
поверхностей
и т.п. При этом
САПР предоставляют
принципиально
недостижимые
ранее возможности.
Фактически
конструктор
попадает в
новую среду
- среду компьютерной
графики. И качество
пакета САПР
едва ли не в
первую очередь
определяется
тем, насколько
труден для
конструктора
переход к новой
технологии
при использовании
того или иного
пакета. В настоящее
время существует
огромное количество
САПР различной
сложности и
назначения.
Очевидно, что
пользователь
будет выбирать
систему, согласовывая
необходимость
графических
возможностей
со стоимостью
системы и технических
средств, которые
обладают требуемыми
возможностями.
Например, стоимость
АРМ (“workstation”)
Apollo или SAN,
обладающих
всеми мыслимыми
на сегодняшний
день возможностями,
существенно
выше стоимости
любого обычного
ПК - это просто
другой класс
машин. Для
большинства
чертежно-конструкторских
работ требуются
более скромные,
однако все же
достаточно
широкие возможности,
и ряд систем
способен их
удовлетворить. Среди
систем малого
и среднего
класса в мире
наиболее популярна
система AutoCad фирмы
AutoDesk, а также системы
Pcad, OrCAD (разработка
и моделирование
электронных
устройств, в
основном - печатных
плат), ArchiCAD
(архитектура),
«Базис», «Компас»,
«SolidWorks» (механика),
каждая из которых
имеет свои
преимущества
и недостатки
и предпочтительную
область применения. Фирма
AutoDesk является
одним из признанных
лидеров в области
разработки
САПР, а созданный
ею пакет AutoCad - одним
из лучших. Это
сложная и
разветвленная
по своей структуре
система, которая
в то же время
легко управляется
при помощи
простых и ясных
команд. Эта
система дает
пользователю
ПК возможности,
ранее доступные
только на больших
и дорогих
вычислительных
системах. AutoCad
обладает эффективной
системой ведения
диалога с
пользователем
при помощи
нескольких
меню. Использование
слоев также
предоставляет
дополнительные
удобства для
проектировщика,
позволяя при
наложении слоев
с нарисованными
на них изображениями
отдельных
деталей контролировать
их совместимость
при общей компоновке,
а также держать
“про запас”
любое число
различных
вариантов
деталей и, включая
либо выключая
слои, выборочно
вводить их в
общую компоновку.
Законченные
чертежи можно
хранить в виде
комплекта
слайдов с
возможностью
их автоматического
просмотра,
причем доступность
большого количества
цветов делает
работу с такой
системой эстетически
приятной. AutoCad -
универсальный
графический
пакет, предназначенный
для любого
специалиста,
работающего
с технической
графикой. Фирма
AutoDesk, ориентируясь
на самый широкий
круг пользователей,
заложила в
пакет богатые
возможности
адаптации к
любым предметным
областям. Именно
поэтому AutoCad завоевал
широкую популярность
и продолжает
сохранять свои
позиции на
мировом рынке. Кроме
автоматизации
собственно
чертежно-графических
работ, AutoCad с его
расширениями
(AutoShade, AutoFlix,
3D-STUDIO и
др.) предоставляет
следующие
возможности: графическое
моделирование,
т.е. использование
компьютера
в САПР в качестве
мощного вычислительного
средства,
позволяющего
без особых
навыков программирования
работать со
сложными
пространственными
моделями; создание
и ведение
информационной
базы данных
(архива) чертежей; создание
библиотеки
стандартных
элементов
чертежей,
относящихся
к какой-то
предметной
области, с тем
чтобы строить
новые чертежи
из уже созданных
ранее элементов; параметризация
чертежей -
построение
деталей и чертежей
с новыми размерами
на основе один
раз нарисованного
чертежа (модели); создание
демонстрационных
иллюстраций
и мультфильмов. Фирма
AutoDesk на протяжении
нескольких
лет совершенствует
свою систему
- в настоящее
время существует
несколько
версий, отличающихся
своими функциональными
возможностями.
Все они совместимы
“снизу вверх”,
т.е. чертежи,
созданные на
ранних версиях,
обрабатываются
на более поздних.
Наиболее широко
сейчас используются
версии с 10-й по
14-ю. Последняя
версия AutoCAD
2000. КОМПАС 5
представляет
собой современный
программный
продукт, функционирующий
под управлением
операционной
системы Windows 95/98/NT. Система
имеет настраиваемый
оконный интерфейс,
соответствующий
стандартам
Windows, и управляется
с помощью команд
текстового
меню, панелей
кнопок, контекстно-зависимых
(динамических)
меню. Оформление
экрана, состав
кнопочных
панелей и любые
параметров
системы могут
быть настроены
непосредственно
во время сеанса
работы. Пользователь
может формировать
собственные
кнопочные
панели, в том
числе подключая
функции прикладных
библиотек в
качестве команд. Поддерживается
одновременная
работа с несколькими
документами,
а также отображение
каждого документа
в нескольких
окнах. Реализованы
различные
режимы резервного
копирования
загруженных
документов. Печать
разработанных
документов
может выполняться
на любых устройствах
(принтерах или
плоттерах),
поддерживаемых
Windows. Реалистичное
изображение
документов
в режиме предварительного
просмотра
позволяет
скомпоновать
на поле вывода
и распечатать
одновременно
несколько
документов.
Обеспечена
гибкая настройка
всех параметров
печати. В состав
системы входит
утилита для
разработки
собственных
драйверов
перьевых устройств
вывода (плоттеров). КОМПАС 5
поддерживает
технологию
OLE, что позволяет
вставить документы
КОМПАС в любой
документ, являющийся
OLE-контейнером
(например, в
документ MS Word).
Созданный таким
образом OLE-объект
в дальнейшем
можно просматривать
при помощи
КОМПАС-Viewer или
редактировать
средствами
КОМПАС. Если
при вставке
OLE-объекта сохранена
связь с источником,
то все вносимые
в источник
изменения будут
отражаться
в документе-контейнере. Основными
компонентами
КОМПАС 5 являются
КОМПАС-ГРАФИК
– редактор
конструкторской
документации
и КОМПАС-3D – система
трехмерного
твердотельного
моделирования. Графический
редактор позволяет
разрабатывать
выпускать
различные
документы -
эскизы, чертежи,
схемы, плакаты
и т.д. В системе
предусмотрены
два вида графических
документов -
чертежи и фрагменты.
Чертеж обладает
рамкой и основной
надписью, в нем
можно создавать
до 255 видов (проекций,
разрезов, сечений),
имеющих разный
масштаб изображения.
На листе чертежа
могут быть
размещены
спецификация,
технические
требования,
знак неуказанной
шероховатости.
Фрагмент содержит
изображение
в натуральную
величину без
элементов
оформления
(рамки, технических
требований
и т.п.). Любой
вид чертежа
или фрагмент
может содержать
до 255 слоев, каждый
из которых
можно делать
текущим или
недоступным
для редактирования
или невидимым. Рис.1.
Экранная форма
КОМПАС. КОМПАС-ГРАФИК
позволяет
работать со
всеми типами
графических
примитивов,
необходимыми
для выполнения
любого построения.
К ним относятся
точки, прямые,
отрезки, окружности,
эллипсы, дуги
окружностей
и эллипсов,
многоугольники,
ломаные линии,
кривые NURBS (в том
числе кривые
Безье). Разнообразные
способы и режимы
построения
этих примитивов
(например, команды
создания фасок,
скруглений,
эквидистант,
построения
отрезков и
окружностей,
касательных
к объектам и
т.п.) избавляют
пользователя
от необходимости
производить
сложные вспомогательные
построения.
Для ускорения
построений
можно использовать
локальные
системы координат,
разномасштабную
сетку и механизм
объектных
привязок. Одной
из самых сильных
сторон КОМПАС-ГРАФИК
по-прежнему
является полная
поддержка ЕСКД.
Поддерживаются
стандартные
(соответствующие
ЕСКД) и пользовательские
стили линий
и штриховок.
Реализованы
все типы линейных,
угловых, радиальных
и диаметральных
размеров (включая
наклонные
размеры, размеры
высоты и размеры
дуги). Автоматически
выполняются
простановка
допусков и
подбор квалитета
по заданным
предельным
отклонениям.
Среди объектов
оформления
- все типы
шероховатостей,
линий-выносок,
обозначения
баз, допусков
формы и расположения
поверхностей,
линии разреза
и сечения, стрелки
направления
взгляда, штриховки,
тексты, таблицы. В графический
документ
КОМПАС-ГРАФИК
может быть
вставлено
растровое
изображение
формата BMР, РCX,
DCX, JРEG, TIFF. При вставке
растрового
объекта возможно
задание его
масштаба и угла
поворота. Текстовый
редактор
КОМПАС-ГРАФИК
позволяет
выпускать
различные
текстовые
документы -
расчетно-пояснительные
записки, технические
условия, инструкции
и т.д. Текстовый
документ является
отдельным типом
документа
КОМПАС. Модуль
проектирования
спецификаций
КОМПАС-ГРАФИК
позволяет
выпускать
разнообразные
спецификации,
ведомости и
прочие табличные
документы.
Спецификация
является отдельным
типом документа
КОМПАС-ГРАФИК. Многие
функциональные
возможности
модуля разработки
спецификаций
КОМПАС-ГРАФИК
заимствованы
из логики и
технологии
разработки
"бумажных"
спецификаций. При
заполнении
документа на
экране пользователь
видит стандартную
таблицу спецификации
и может вводить
данные в ее
графы. Приложения
КОМПАС: средства
разработки
приложений
КОМПАС-МАСТЕР,
машиностроительная
библиотека,
интегрированные
системы проектирования
тел вращения
КОМПАС-SHAFT
Plus и цилиндрических
пружин КОМПАС-SPRING,
библиотеки
элементов
гидравлических
и пневматических
схем, станочных
приспособлений,
электрических
и кинематических
схем, архитектурно-строительная
библиотека,
инструментальные
средства ведения
типовых проектов,
система проектирования
металлоконструкций,
пакеты библиотек
«Элементы
инженерных
коммуникаций»,
«Элементы
химических
производств»,
«Электроснабжение»,
«Автоматизация
технологических
процессов»,
«Коммутационные
устройства»,
библиотека
трубопроводной
арматуры, библиотека
«Строительные
конструкции.
Профили», справочник
конструкционных
материалов,
электронный
справочник
по подшипникам
качения. 2. SCADA-системы
В большинстве
случаев АСУ
ТП являются
системами
организационно-техническими,
что означает
наличие функций,
выполняемых
человеком
(оператором,
диспетчером). Несколько
десятков лет
назад эти функции
заключались
в основном в
наблюдении
за контрольно-измерительными
приборами и
непосредственном
ручном управлении
технологическим
процессом. После
того как компьютеризация
достигла
производственного
сектора, на
рабочих столах
операторов
стали появляться
компьютеры,
где взаимодействие
между оператором
и технологическим
процессом
осуществляется
с помощью
программного
обеспечения,
получившего
общее название
SCADA. “SCADA-система”
(Supervisory Control
And Data
Acquisition System)
- система сбора
данных и оперативного
диспетчерского
управления.
В названии
присутствуют
две основные
функции, возлагаемые
на SCADA-систему: сбор
данных о контролируемом
технологическом
процессе; управление
технологическим
процессом,
реализуемое
ответственными
лицами на основе
собранных
данных и правил
(критериев),
выполнение
которых обеспечивает
наибольшую
эффективность
и безопасность
технологического
процесса. Если
попытаться
коротко охарактеризовать
основные функции,
то можно сказать,
что SCADA-система
собирает информацию
о технологическом
процессе,
обеспечивает
интерфейс с
оператором,
сохраняет
историю процесса
и осуществляет
автоматическое
управление
процессом в
том объеме, в
котором это
необходимо
и возможно. Необходимо
различать
программное
обеспечение
SCADA, функционирующее
в составе АСУ
ТП конкретного
объекта, и набор
инструментальных
программных
средств, предназначенный
для разработки
такого программного
обеспечения. SCADA-системы
позволяют
значительно
ускорить процесс
создания ПО
верхнего уровня
АСУ ТП, не требуя
при этом от
разработчика
знаний современных
процедурных
языков программирования
общего назначения.
Не секрет, что
в тонкостях
автоматизируемого
технологического
процесса разбирается
только технолог
или другой
представитель
технологического
персонала, как
правило, не
обладающий
навыками
программирования.
SCADA-система
должна быть
доступной не
только для
разработчика,
но и для конечного
пользователя
создаваемой
АСУ ТП, поскольку
облик системы
определяется
и может подвергаться
изменениям
как разработчиком,
так и пользователем. Помимо
доступности,
SCADA-системе
должна быть
присуща максимальная
открытость
- наличие универсальных
и общепринятых
механизмов
обмена данными
с аппаратурой
ввода-вывода. Умеренная
цена и эффективное
использование
вложенных
средств - стоимость
системы, затраты
на освоение
и стоимость
работ по созданию,
сопровождению
и развитию АСУ
ТП должны быть
минимальными.
При прочих
равных условиях
данное требование
является наиболее
существенным
при выборе
SCADA-системы. 3.
Инструментальная
среда разработки
приложений
сбора данных
и управления
Genie
Genie
является
инструментальной
средой разработки
приложений
сбора, обработки
и графического
представления
данных и управления,
которая содержит
множество
встроенных
функциональных
блоков и графических
элементов
отображения,
позволяющих
существенно
сократить
затраты на
разработку
программного
обеспечения
для систем
промышленной
автоматизации.
Разработка
приложения
заключается
в выборе соответствующих
функциональных
блоков, установлении
логических
связей между
ними, создании
графического
интерфейса
оператора и
настройке форм
отчетов. Разработана
фирмой Advantech,
специализирующейся
на выпуске
промышленных
компьютеров
и других средств
автоматизации
и сбора данных.
Разработкой
этой системы
фирма “замкнула”
цикл, то есть
поставляет
и технические
средства, и
программное
обеспечение,
необходимое
для создания
промышленных
информационно-управляющих
систем. В качестве
примера рассматривается
учебная версия
- Genie для Windows
v3.04. Требования
к аппаратно-программной
платформе -
весьма умеренные. Функциональные
возможности:
центр обработки
данных с открытой
архитектурой;
программирование
на языке сценариев,
совместимом
с Visual Basic
для приложений
(VBA); использование
мультизадачности
при реализации
алгоритмов
сбора данных
и управления;
объектно-ориентированная
графика; стандартный
интерфейс
пользователя,
принятый в
Windows; разработка
приложений
с использованием
функциональных
блоков; настраиваемый
редактор отчетов;
отображение,
управление
и обработка
данных в реальном
масштабе времени;
построение
графиков
контролируемых
параметров
в реальном
масштабе времени;
управление
доступом к
системной
информации
и органам управления;
обработка
событий/тревог;
связь с другими
приложениями
Windows посредством
механизма DDE;
интерфейс
прикладного
программирования
посредством
OLE Automation;
библиотеки
динамической
компоновки,
создаваемые
пользователем;
возможность
организации
сетевого
взаимодействия;
поддержка
протоколов
DeviceNet и CANOpen. Основные
области применения:
системы сбора
данных и диспетчерского
управления;
автоматизация
производственных
участков; создание
АРМов технолога;
автоматизация
лабораторных
измерений;
измерительные
комплексы;
системы и комплексы
автоматизации
испытаний. Пакет
имеет встроенную
среду разработки
программных
сценариев,
совместимую
с Microsoft VB
и VBA, обеспечивающую
разработчика
системы мощным
набором инструментов,
который называется
редактором
сценариев
(Script Designer).
Редактор сценариев
содержит множество
функций VBA,
а также методов
сбора и обработки
данных, которые
позволяют
реализовывать
прикладные
алгоритмы
практически
любого уровня
сложности. В
VBA реализована
и постоянно
расширяется
поддержка
многих функций
ОС Windows: механизмы
динамического
обмена данными
(DDE) и связывания
и внедрения
объектов (OLE
Automation); функции
открытого
взаимодействия
баз данных
(ODBC). Открытость
архитектуры
Genie гарантирует
пользователю
возможность
интеграции
пакета с корпоративной
системой, внедренной
или внедряемой
на предприятии. Для
уменьшения
времени разработки
программного
обеспечения
при сохранении
его соответствия
показателям
назначения
и обеспечении
легкости последующего
сопровождения
и модернизации
в Genie имеются
специальные
графические
средства разработки
и представления
данных, которые
называются
редактор задач
(Task Designer) и
редактор форм
отображения
(Display Designer).
Примеры экранных
форм этих редакторов
приведены на
рис.1. и 2. В редакторе
задач используется
информационно-поточная
модель программирования,
которая значительно
удобнее для
восприятия
и алгоритмической
интерпретации,
чем традиционная
линейная архитектура
текстовых
языков программирования.
При разработке
приложения
пользователем
создается
блок-схема
стратегии без
фиксации внимания
на различных
логических
и синтаксических
соглашениях,
характерных
для стандартного
программирования.
Объекты (пиктограммы
функциональных
блоков) выбираются
из панели
инструментов
редактора задач
(рис.3) и соединяются
между собой
для передачи
данных от одного
блока к другому.
При необходимости
создания графического
интерфейса
оператора
редактор форм
отображения
обеспечивает
возможность
разработки
удобных для
восприятия
экранных форм
отображения
в кратчайшие
сроки посредством
входящих в
пакет стандартных
элементов
отображения
(рис.4 и 5). Кроме
того, указанный
графический
интерфейс
оператора может
быть усовершенствован
с помощью специальных
инструментов
рисования и
элементов
отображения,
определяемых
пользователем.
Библиотеки
встроенных
функциональных
блоков и элементов
отображения
включают в себя
наиболее часто
используемые
в промышленной
автоматизации
функции сбора,
обработки и
графического
представления
данных. Пример
результата
разработки
интерфейса
оператора для
контроля нагрузки
конвейера и
учета количества
сыпучих материалов
приведен на
рис.6. Редактор
задач пакета
Genie позволяет
редактировать
множество задач
одновременно.
Каждая задача
отображается
в своем окне
и имеет свои
собственные
параметры:
период сканирования,
методы запуска/останова
и др. Genie 3.04
поддерживает
до 8 задач. Рис.2.
Редактор задач
Genie Рис.3.
Редактор форм
отображения
Genie. Рис.4.
Панель инструментов
редактора задач
Genie. Рис.5.
Панель форм Рис.6.
Меню элемента
формы интерфейса
оператора
отображения
Genie Рис.7
Пример конвейерной
линии в Genie. Редактор
отчетов (Report
Designer) пакета
Genie предоставляет
конфигурируемую
среду разработки,
в которой
пользователи
могут определять
требуемое
содержание
отчета, представляющего
необходимые
данные в определенные
моменты времени
с последующей
автоматической
печатью в заданное
время. Интерфейсы,
предоставляемые
редактором
отчетов, могут
также использоваться
для выбора и
печати отчетов
вручную. Редактор
отчетов обеспечивает
выполнение
пяти основных
функций: сбор
данных, конфигурирование
формата отчета,
составление
расписания
отчета, генерацию
отчета событий
и генерацию
отчета тревог. Подсистема
регистрации
событий пакета
Genie позволяет
осуществлять
непрерывный
контроль состояния
технологического
процесса и
системы сбора
данных, а также
заблаговременно
предупреждать
возможные
отклонения
в ходе технологического
процесса и
функционирования
аппаратно-программных
средств системы.
Гибкие возможности
конфигурирования
пороговых и
предельных
значений параметров
позволяют
реализовать
множественные
условия, по
которым идентифицируются
аварийные и
предаварийные
ситуации. Аварийные
значения могут
быть отображены,
зарегистрированы,
сохранены в
архиве с добавлением
метки времени,
а также подтверждены
оператором
в реальном
масштабе времени.
Кроме того,
протокол аварийных
событий может
быть отображен
на экране монитора
или выведен
на печатающее
устройство
для получения
твердой копии. В настоящее
время фирмой
Advantech разработана
более совершенная
версия GenieDAQ
4.11. Литература
Стехин
А.П. Основы
конструирования,
моделирования
и проектирования
систем управления
производственными
процессами:
Учеб. пособие.
– Донецк: ДонГАУ,
2008. Лукас
В.А. Основы теории
автоматического
управления.
-М.: “Недра”, 1977. Основы
теории оптимального
управления:
Учеб. Пособие
для эконом.
вузов/ В.Ф.Кротов,
Б.А.Лагоша,
С.М.Лобанов и
др.; Под ред.В.Ф.Кротова.-
М.: Высш. Шк., 2008. Иванилов
Ю.П., Лотов А.В.
Математические
модели в экономике.-
М.: “Наука”, 2007 Похожие рефераты: Характерные черты современного использования компьютера. Модемная компьютерная телекоммуникация. Виды и характеристика организации связи. Программное обеспечение модемной телекоммуникации. Понятие и принцип работы факс-модемной телекоммуникации. Анализ вариантов реализации комбинационной схемы для различных типов программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Возможности программных пакетов Decomposer и WebPACK ISE. Описание сумматора на языке VHDL, его синтез при помощи пакета Decomposer. Автоматизированные информационные технологии систем электронного документооборота и виды их обеспечения. Информационная технология управления. Автоматизация офиса. Автоматизированные информационные технологии в офисе. Microsoft Office ХР. Word. Обзор инструментальных разработок. Анализ рыночной ситуации. Рынок средств разработки программ со времени своего возникновения, наверное, никогда не испытывал кризиса - и вряд ли испытает его когда-нибудь в будущем. Но сие не значит, что работать на этом рынке легко. Быстро меняющаяся ситуация за... Проектирование современных электронных средств и характеристика существующих методов их конструирования. Государственные стандарты оформления конструкторской документации, их учет и хранение в бюро технической документации. Виды носителей информации. Методы и этапы конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Роль языка программирования в автоматизированных системах машинного проектирования. Краткая характеристика вычислительных машин, используемых при решении задач автоматизации проектирования РЭА. Функции системного программного обеспечения. Системы программирования – программные средства, обеспечивающие автоматизацию разработки и отладки программ. Состав и назначение операционной системы (ОС). Сервисные программы, расширение возможностей ОС. Порядок разработки и постановки на производство продукции технического назначения и электроаппаратуры, определенный Государственными стандартами РФ. Классификационные группы стандартов в ЕСКД. Перечень графических и текстовых конструкторских документов. Программные средств для проектирования радиотехнических устройств. Основные технические возможности программы Microsoft Word. Сравнительные характеристики программ для математических расчётов. Программы моделирования процессов в радиоэлектронных схемах. Принципы проектирования комплекса технических средств автоматизированных систем управления. Требования, предъявляемые к специализированным устройствам, и затраты на их реализацию. Устройства кодирования графической информации. Графопостроители и табло. Оптимизация управления в различных сферах человеческой деятельности. Классификация автоматизированных информационных систем управления. Методы проектирования и этапы разработки. Структурная схема, объем памяти, аппаратура вывода и отображения информации.
Лекция 7. Автоматизированные системы моделирования Сложность современных объектов, содержащих сотни тысяч, а порой и миллионы компонентов, делает их проектирование традиционными (ручными) методами с обязательным изготовлением макета практически невозможным. Именно по этой причине резко возрос интерес разработчиков электронной аппаратуры к автоматизированным системам проектирования и входящим в их состав подсистемам моделирования. Об этом можно судить по количеству вложенных средств в их развитие, которое по зарубежным оценкам превышает годовой оборот такого монстра как фирма Intel. В последние годы даже самые консервативно настроенные разработчики аппаратуры вынуждены пересмотреть своё отношение к САПР как к большим и дорогостоящим «игрушкам», обнаружив в них весьма мощные и эффективные инструментальные средства. Особенно привлекательной выглядит возможность, наконец-то, заменить действующий макет имитационной моделью, а натурные эксперименты – модельными. Раньше их останавливала недостаточная достоверность имитационных экспериментов, но теперь, кажется, с этим всё в порядке. САПР и её неотъемлемая часть АСМ умеют сейчас очень многое. Они позволяют проверять не только правильность работы проектируемого устройства, но и выяснять его основные характеристики, начиная с самых первых шагов, когда прорабатываются только архитектурные решения будущего проекта. Современные АСМ электронной аппаратуры позволяют: § проверить правильность работы проектируемого устройства; § выяснить его временные задержки и проконтролировать выполнение требуемых временных соотношений в схеме; § провести моделирование с учётом допустимых нагрузок на выходные контакты; § проконтролировать допустимую мощность рассеивания на каждом компоненте; Другими словами, современные СМ позволяют учесть в проекте такие «мелочи», из-за которых «правильная» схема почему-то отказывается работать в реальных условиях и в реальном окружении. Современные профессиональные СМ имеют следующие отличительные черты: § графический пользовательский интерфейс, позволяющий «рисовать» на экране монитора проектируемую схему и временные диаграммы на её входах; § интерактивная рабочая среда проектирования – управляющая оболочка, то есть специальная программа, из которой можно запускать все или большинство других программ пакета, не обращаясь к услугам штатной операционной системы (например, PCADSHL. EXE в пакете PCAD); § современные СМ поддерживают иерархическое проектирование как сверху – вниз, так и снизу – вверх; § многоуровневое моделирование и метод локальной детализации проекта, неразрывно связанные с иерархическим проектированием; § многоразрядные контакты и шины, позволяющие на верхних уровнях иерархии весьма лаконично описывать проект и тут же выяснять его работоспособность; § наличие в современных САПР и АСМ постпроцессоров моделирования позволяет не только просматривать в удобной для пользователя форме результаты моделирования, но и обрабатывать эти результаты, отыскивая нужные события или состояния в схеме, измерять временные интервалы, контролировать соблюдение временных соотношений в схеме; § современные СМ поддерживают библиотечный метод проектирования, то есть содержат огромное число графических и функциональных описаний компонентов; причём эти библиотеки открыты для добавления в них новых описаний, которые может сделать сам пользователь; § в современных СМ реализуется событийный механизм продвижения модельного времени, основанный на принципе dz; это означает, что модельное время продвигается, опираясь на ближайшее событие, а не на очередной такт; § моделирование выполняется с учётом реальных временных задержек, связанных с распространением сигналов внутри компонентов; при этом могут учитываться не только средние задержки, но и максимальные их значения, а также наихудший случай при их разбросе; § автоматическая генерация модели всей схемы по её структурному описанию; С этой целью строится структурная модель объекта как комбинация поведенческих моделей структурных примитивов, составляющих объект. Привлекательная сторона библиотечного метода проектирования состоит в том, что структурные примитивы могут принадлежать разным иерархическим уровням. Благодаря этому значительно повышается эффективность моделирования. Понятно, что поведенческие модели должны весьма точно отображать временные параметры примитива. Современные СМ позволяют строить такие модели. Этим объясняется большое внимание, уделяемое наиболее перспективным САПР и СМ, таким как PCAD, PSPICE (DesignLab), OrCAD, Active HDL и языкам моделирования PML, VERILOG и VHDL. Типовой состав профессиональной системы моделирования (рис.3) включает графический или текстовый язык описания объекта
(ЯОО), с помощью которого пользователь вводит в систему моделируемую схему. Для событийного моделирования описание объекта обычно представляется в табличной форме или автоматически преобразуется в неё из исходного графического представления (в так называемый связный список). Проектирование схемы выполняется с использованием базовых структурных примитивов, графические и функциональные описания которых содержатся в соответствующих библиотеках. Транслятор ЯОО
(в PCAD’e, например, это программа PC-NODES) преобразует исходное описание проекта в формат, пригодный для моделирования. Моделирование выполняется специальной программой, называемой управляющей программой моделирования
или коротко моделятором
(в PCAD’e такая программа называется PC-LOGS). На моделятор обычно возлагаются следующие функции: § начальная инициализация моделируемой схемы; § задание временных диаграмм на входах схемы (заметим, что эту функцию иногда выполняет другая программа, называемая редактором входных сигналов.); § продвижение модельного времени по принципу Dt или dz, а при моделировании смешанных (аналого-цифровых) схем используются одновременно оба принципа (лекция 6); § автоматическая или пошаговая реализация запланированных пользователем модельных экспериментов; § поддержание диалога с пользователем (запросы, диагностические сообщения, ошибки); § накопление и фиксация результатов моделирования и представление их в желаемой форме (обычно в виде временных диаграмм или таблиц). Для задания временных диаграмм входных сигналов в составе СМ обычно имеется специальная программа, которая позволяет рисовать или редактировать входные тестовые наборы в графической или текстовой форме. Она называется редактором входных сигналов, например в пакете DesignLab - это Stimulus Editor – редактор стимулов, позволяющий мышью рисовать эпюры внешних воздействий. Для вывода, наблюдения и обработки результатов моделирования используется другая программа, называемая постпроцессором моделирования (в PCAD’e она имеет название POSTSIM). Часто дополнительные программы объединяются под общим названием: инструментальные средства моделирования
. Сюда могут входить и некоторые другие программы, например менеджер иерархии, менеджер проекта, программа электрического контроля схемы, библиотекарь, отладчики поведенческих моделей, программы автоматической генерации макромоделей, программные логические анализаторы и т. п. Современные промышленные СМ имеют также средства для проектирования поведенческих моделей, включающие языки логического моделирования
(ЯЛМ) и соответствующие компиляторы ЯЛМ
. Информация о проекте хранится в базах данных СМ, которые разделяются на справочные и рабочие. Управляющая оболочка СМ осуществляет вызовы нужных программ и делает работу с системой удобной для пользователя. Таким образом, можно констатировать, что АСМ объединяют в себе средства для: § интерактивного ввода структурной схемы проектируемого или исследуемого объекта; § автоматического построения (генерации) его модели; § интерактивного ввода временных диаграмм входных сигналов, в том числе и непосредственно в графической форме; § автоматического проведения имитационных экспериментов с построенной моделью; § автоматизированной или интерактивной обработки результатов моделирования. Одной из самых слабых сторон моделирования является невозможность имитировать работу объекта в реальном масштабе времени, то есть поддерживать темп, с которым протекают процессы в моделируемом объекте. Сказанное касается, прежде всего, вычислительных систем с их сумасшедшими скоростями работы. Например, чтобы промоделировать функционирование микропроцессора МП8086 на временном интервале 100нс требуется одна секунда процессорного времени ЭВМ с быстродействием 1МИПС. Отношение названных времён называется эффективностью моделирования
и составляет для данного примера величину: Низкая эффективность моделирования во многом объясняется невозможностью адекватно моделировать параллельно протекающие процессы на однопроцессорных вычислительных системах. Такие процессы приходится моделировать квазипараллельно (лекция 6), обрабатывая одно за другим одновременные события при остановленном (замороженном) модельном времени. Это время остаётся фиксированным до тех пор, пока не будут обработаны все одновременные (кратные) события, привязанные к текущему моменту времени. После этого модельное время опять оживает и начинает двигаться дальше шагами равной длины (принцип Dt - потактовое моделирование
) или прыгая неравномерными скачками от текущего события до ближайшего будущего (принцип dz - событийное моделирование
). Для повышения эффективности моделирования используются следующие методы: n высокоуровневое моделирование; n многопроцессорные ВС; n событийный механизм продвижения модельного времени; n многоуровневое моделирование; n метод локальной детализации проекта; n сетевое моделирование; n компилятивный метод моделирования (вместо интерпретирующего); n аппаратные акселераторы (ускорители) моделирования. Перечисленные выше методы повышения эффективности моделирования говорят о том, что АСМ может представлять собой не только программный, но и аппаратно-программный комплекс. В последнем случае он включает кроме пакета программ ещё и специализированную аппаратуру, в частности, многопроцессорные вычислительные установки и/или аппаратные акселераторы (ускорители) моделирования. Подобные акселераторы находят применение и в других задачах, например, графические ускорители устанавливаются на видео картах или специализированные арифметические сопроцессоры, которые до недавнего времени монтировались на материнских платах РС для ускорения операций с плавающей запятой. Краткий обзор современных САПР и АСМ В данном обзоре мы не будем касаться САПР и АСМ, ориентированных на «большие машины». Рассмотрим только системы, устанавливаемые на персональных компьютерах. Не случайно мы начинаем обзор именно с этого пакета. PCAD одна из первых (если не первая) сквозных систем автоматизированного проектирования, появившаяся на рынке CAD-систем. Слово «сквозная» означает, что такая система позволяет автоматизировать все этапы проектирования аппаратуры, начиная от создания и проверки правильности разработанной схемы и заканчивая разводкой печатной платы и созданием управляющей информации для исполнительного оборудования. Своё название Personal Computer Aided Design (сокращённо PCAD) пакет унаследовал от имени разработавшей его фирмы – Personal CAD Systems. Долгое время PCAD оставался лидером в классе подобных программных продуктов и если бы не частая смена хозяина, то, возможно, и теперь он не потерял бы своих лидирующих позиций. Но судьбе было угодно распорядиться иначе. Первые версии этого продукта 1.0, 2.0 и 3.0, созданные названной фирмой в 1985 – 1987 гг., не получили в нашей стране заметного внимания. В 1988 году права на PCAD получила фирма CADAM Company, которая выпустила версию PCAD 4.5, получившую тогда ещё в Советском Союзе большую популярность. Она была русифицирована, для неё были созданы обширные библиотеки графических описаний отечественных компонентов, а, главное, именно для неё были решены проблемы выхода на отечественное технологическое оборудование – фото плоттеры и сверлильные автоматы. Благодаря этим достижениям PCAD 4.5 до сих пор находит применение на российских предприятиях электронной промышленности. В 1992 году PCAD опять сменил своего хозяина, теперь его владельцем стала фирма ALTIUM, которая решилась на серьёзные новшества. Она выпустила версию PCAD 6.0, в которой перешла к арифметике с плавающей запятой. Благодаря этому на два порядка повысилась разрешающая способность графических редакторов, и были устранены многие проблемы, связанные с разводкой печатных плат. Фирма ALTIUM приняла тяжёлое решение. Она решилась на изменение форматов графических библиотек и перешла от 16- к 32-разрядным форматам описания данных. Чтобы не потерять все библиотеки графических описаний, созданные для более ранних версий, фирма разработала специальную программу, конвертирующую старые библиотеки в новый формат. Однако ни эта, ни последующие DOS-версии PCAD’а (PCAD 7.0, PCAD 8.0, PCAD 8.5) не завоевали особой любви у отечественного разработчика аппаратуры. Старая любовь к PCAD’у 4.5 оказалась сильнее новых возможностей. Надо сказать ещё об одной особенности более поздних версий PCAD. Из них была удалена подсистема моделирования, и пакет перестал быть сквозной САПР. В последние годы (а точнее с1995года) владельцем пакета PCAD является фирма ACCEL Technologies, которая прекратила изрядно надоевшую линию DOS-версий данного продукта и перешла на платформу Windows-приложений. Последнее её детище ACCEL EDA 14.0 даже в самом названии не отражает связь с бывшим PCAD’ом. Тем не менее, и в новом продукте сохранена идеология более ранних версий PCAD’а, так что разработчикам аппаратуры не придётся заново переучиваться. Фирма ACCEL Technologies предприняла ещё одну попытку вернуть себе так нелепо утраченные позиции лидера в области CAD-систем для персональных компьютеров. Во всяком случае, создав горячую связь с системой моделирования Dr. Spice 2000 A/D 8.2 фирмы Deutsch Research, она восстановила прежний статус пакета ACCEL EDA 14.0 как сквозной системы проектирования. Надо сказать, что фирма ACCEL Technologies использование «чужих» программ сделала стратегической линией своего поведения. Аналогичным образом она подключила к своей системе программу авторазмещения и автотрассировки SPECCTRA 7.1 фирмы Cadence. Это одна из самых мощных и эффективных программ, использующая новейшие бессеточные алгоритмы трассировки печатных плат. PSpice (Design Center, DesignLab) Аббревиатура PSpice расшифровывается так: Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (моделирующая программа с акцентом на интегральные схемы). В отличие от PCAD’а эта САПР оставалась верной своему хозяину. Всё началось с разработки в конце 1970-х годов в Калифорнийском университете Принятые в ней форматы и модели применяются сейчас во многих программах аналогичного назначения, а списки соединений схемы в формате SPICE используются во многих современных пакетах, например в Micro-Cap, Dr. Spice, OrCAD, ACCEL EDA, ViewLogic и многих других. Аббревиатура PSpice расшифровывается так: моделирующая программа с акцентом на интегральные схемы (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Первая версия программы PSpice на РС-платформе была создана в 1984 году корпорацией MicroSim. Эта и последующие версии используют те же алгоритмы, что и SPICE, тот же формат представления входных и выходных данных. Заметим, что первая версия программы PSpice моделировала только аналоговые схемы. В 1989 году появилась версия PSpice 4.0, позволяющая моделировать смешанные аналого-цифровые схемы. Уже в следующем году появилась пятая версия этой программы. Она, в отличие от всех предыдущих версий, позволяла вводить схему не только в текстовом, но и в графическом виде. Кроме того, фирма MicroSim выпустила версию, работающую в среде Windows. Начиная с 1994 года, на базе разработанных программ моделирования фирма MicroSim стала выпускать САПР Design Center (версии 6.0, 6.1, 6.2, 6.3), в которую были включены дополнительно программы технического проектирования, в частности, уже известный нам автотрассировщик SPECCTRA. В 1996 году произошла ещё одна смена названия системы. Новая версия 7.1 получила название DesignLab. В 1997 году появилась последняя версия под этим названием DesignLab 8. Мы говорим «последняя», потому что после её выхода корпорация MicroSim объединилась с другим монстром в области разработки CAD-продуктов – фирмой OrCAD. Объединённая фирма получила название OrCAD, но торговая марка MicroSim сохранилась. Созданная фирма уже сообщила о разработке новой САПР - OrCAD 9.0. Сразу отметим, что VHDL – это не САПР и не АСМ, а язык описания аппаратуры, который поддерживается в настоящее время многими системами моделирования, такими как GMVHDL, Active HDL, Accolade Peak VHDL, OrCAD и др. История появления и развития этого языка во многих отношениях показательна. Язык VHDL появился не на пустом месте. Можно привести довольно длинный список языков описания и моделирования цифровых устройств, например ФОРОС, ОСС-2, DDL, HSL и т. п., которые вроде бы предназначались для тех же целей. Однако все они страдали одним недостатком – моделируя функцию объекта, они не имели развитых средств для описания и контроля временных соотношений в цифровой аппаратуре (ЦА). Особенно остро это ощущалось при разработке сверхскоростных интегральных схем (VHSIC – Very High Speed Integrated Circuits). Схема правильно работает на умеренных частотах. Но на высоких частотах синхронизации появляются сбои, и работоспособность ЦУ нарушается. Моделированием на существующих до сих пор языках обнаружить эти предельные для аппаратуры частоты не удавалось. Военное ведомство США, которое финансировало программу VHSIC по разработке сверхскоростных ИМС, решилось выступить в 1983 году в роли спонсора при разработке такого языка. Он получил название VHDL (Vhsic Hardware Description Language) – язык описания аппаратуры на базе сверхскоростных интегральных схем. Разработку языка VHDL поддержал институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), и в конце 1987 года этот язык был принят в качестве стандарта (стандарт IEEE 1076). В окончательную редакцию языка VHDL (1993 год) вошли предложения и рекомендации многих известных специалистов в области вычислительной техники и ведущих фирм, занятых разработкой САПР электронной аппаратуры. Поэтому можно говорить, что язык VHDL отражает общее мнение о том, какими характеристиками должен обладать эффективный стандартный язык описания аппаратуры. Язык VHDL имеет развитую обще алгоритмическую базу, заимствованную от языка программирования PASCAL. Он содержит тщательно проработанные конструкции для поведенческого (функционального) и структурного представления, а также средства для документирования проектов. Высокоуровневые описания могут комбинироваться с низкоуровневыми принципиальными схемами. Другими словами, это многоуровневый язык, поддерживающий иерархическое проектирование. Язык имеет средства для описания протекающих во времени процессов, для задания временных задержек на элементах. С его помощью можно описать временные диаграммы на входах моделируемой схемы и взаимодействия между отдельными устройствами через системную шину. Министерство обороны США обязало своих поставщиков ИМС представлять в составе документации на новые изделия VHDL-модели и тестирующие их VHDL-векторы. Интерес к языку VHDL огромен. В США создана VHDL Users Group, в Европе – VHDL FORUM группы, которые занимаются внедрением этого языка. В бывшем СССР также существовала подобная ассоциация. С внедрением языка VHDL разработчики аппаратуры могут «экспериментально» прорабатывать на своих компьютерах идеи по проектированию цифровой аппаратуры на архитектурном уровне и немедленно видеть результаты своих экспериментов. Им больше не придётся ждать детализации своих проектов вплоть до уровня логических вентилей, чтобы получить возможность практической оценки своих идей. Им больше не придётся ждать момента, когда будет уже слишком поздно возвращаться назад, чтобы внести фундаментальные изменения в общую архитектуру проекта без громадных потерь времени и средств. Теперь внесение даже серьёзных изменений в проект в малой степени повлияют на его стоимость и сроки подготовки производства. В отличие от других языков описания и моделирования аппаратуры, язык VHDL не навязывает разработчику конкретный метод проектирования. Он волен выбрать любой способ проектирования с использованием как поведенческих, так и структурных представлений компонентов, можно применить как восходящее так и нисходящее проектирование или комбинировать их. Язык VHDL позволяет сначала создать абстрактное описание функций, а затем (по мере проработки проекта) осуществлять их детализацию, вплоть до того момента, когда для них станут ясными структурные решения. Другие языки не могут похвастаться столь широкими возможностями. Системы моделирования, поддерживающие язык VHDL, обычно включают в себя компилятор языка VHDL, отладчик исходного кода и интерактивную подсистему цифрового моделирования. Некоторые АСМ дополнительно включают схемный редактор или интегрируются с другими САПР, имеющими такой редактор. Например, можно создать принципиальную схему в пакете OrCAD и специальная программа конвертирует графическое описание в VHDL-код. Одна из самых современных систем моделирования на языке VHDL, разработанная корпорацией ALDEC, носит название Active HDL 3.6. Для первоначального знакомства с языком VHDL можно рекомендовать «игрушечную» АСМ, созданную фирмой Green Mountain Computing Systems. Она называется GMVHDL, работает под DOS и занимает всего около 1Mb дисковой памяти. Вставка 1 Система моделирования – это совокупность языковых и программных средств, которая включает … (см. Технология системного моделирования, стр. 332). Occurred случаться, происходить Для подключения а схемному редактору новой графической библиотеки (библиотеки символов) активизируем команду Options -> Editor Configuration Для подключения к управляющей оболочке (схемному редактору) библиотек с математическими (функциональными) моделями активизируем команду Analysis -> Library and Include Files Численные
методы были разработаны задолго до
появления ЭВМ и предназначались, для
решения задач механики. Первоначально
расчеты велись вручную, алгоритмы
методов были хорошо отлажены и
оптимизированы. Дальнейшие шаги на пути
автоматизации моделирования были
связаны с разработкой систем
автоматизированного проектирования
(САПР) и систем автоматизации вычислительного
эксперимента – пакетов прикладных
программ. Автоматизации подлежали
стандартные расчеты и оформление
результатов экспериментов. Эти системы
создавались под определенную предметную
область, прежде всего, в наукоемких
отраслях (космическая, авиация). Для
создания большинства пакетов прикладных
программ для численных расчетов
использовался язык Фортран, хорошо
приспособленный именно для этих целей.
При использовании системы автоматизированного
моделирования исследователь формулирует
математическую модель исследуемой
системы на формальном входном языке
моделирования. Можно отметить следующие
факторы, способствующие внедрению
систем автоматизированного моделирования:
1.трудоемкость получения математической
модели сложных технич.объектов,; 2.
необходимо иметь для одного объекта
несколько моделей, отличающихся по
сложности; 3. возможность оперативно
вносить изменения в модель, что проще
всего на основе использования графических
языков задания исходной информации.
____ Современные профессиональные САМ
имеют следующие отличительные черты:
поддержка иерархического проектирования
как сверху – вниз, так и снизу – вверх,
за счет реализации многоуровневого
моделирования и метода локальной
детализации модели; компонентное
моделирование на основе использования
библиотек, содержащих большое число
графических и функциональных описаний
компонентов, причем эти библиотеки
открыты для добавления в них новых
описаний, которые может сделать сам
пользователь; графический пользовательский
интерфейс, автоматическая генерация
модели всей схемы по ее структурному
описанию; наличие интерактивной рабочей
среды проектирования; наличие в
современных САПР и САМ постпроцессоров
моделирования, что позволяет не только
просматривать в удобной форме результаты
моделирования, но и обрабатывать эти
результаты; наличие встроенных средств
численного моделирования рабочего
процесса в режиме реального времени
или в режиме масштабирования модельного
времени; работоспособность с другими
пакетами аналогичного назначения,;
возможность интерактивного вмешательства
в ход моделирования; возможность
использования 2D и 3D анимации. Существующие
инструментальные средства автоматизированного
моделирования могут относиться к разным
предметным областям и существенно
различаться по своим возможностям, но
их модульные структуры мало отличаются
друг от друга. Графический интерфейс
является в настоящее время стандартным
компонентом современной САМ. Он создает
интерфейс между пользователем и
программой, дает возможность оперировать
с графическими образами вместо
аналитических выражений. Это облегчает
работу в САМ и снижает вероятность
ошибок при вводе информации о системе. Формой
графического представления информации
о моделируемой системе могут быть;
операторно-структурные схемы, принятые
в ТАУ; функциональные и принципиальные
схемы различных физических устройств;
кинематические схемы механизмов;
сигнальные графы; графы связей; блок-схемы
алгоритмов и другие графические модели.
Задачами графического интерфейса:
контроль за соблюдением некоторых
правил в процессе создания графического
изображения на экране монитора;
преобразование информации о схеме в
команды для моделирующей программы
(моделятора) ; контроль за процессом
моделирования, визуализация результатов
моделирования.
(г. Беркли) программы схемотехнического моделирования SPICE 2. Её входной язык описания схемы оказался настолько удачным, что на многие годы вперёд определил неофициальный стандарт описания электронной аппаратуры.2. Архитектура программ автоматизированного моделирования. Графический интерфейс. Задачи графического интерфейса.
