Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 34
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский Государственный Технический Университет Кафедра ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту
По дисциплине: "Разработка САПР"
Тема: "Системный подход к проектированию" Руководитель
Студент
2009
Содержание 1. Моделирование процессов и систем
1.1 Моделирование одноканальных СМО
1.2 Моделирование систем с организацией списков
1.3 Моделирование динамических процессов механических систем
2.1.1 Наименование проекта и условные обозначения
2.2 Назначение и цели создания системы
2.2.3 Критерии эффективности функционирования системы
2.3 Характеристика процессов проектирования
2.4.2Требования к видам обеспечения
2.4.2.1 Требования к информационному обеспечению
2.4.2.2Требования к математическому обеспечению
2.4.2.3 Требования к лингвистическому обеспечению
2.4.2.3.1 Требования к языку программирования
2.4.2.3.2 Требования к входным, выходным и промежуточным языкам
2.4.2.4 Требования к программному обеспечению
2.4.2.4.1 Требования к общесистемному программному обеспечению
2.4.2.4.2 Требования к базовому программному обеспечению
2.4.2.4.3 Требования к прикладному программному обеспечению
2.4.2.5 Требования к техническому обеспечению
2.4.2.6 Требования к методическому обеспечению
2.6 Порядок контроля и приемки системы
3.1 Структура информационных потоков
3.11 Информационные потоки до автоматизации
3.1.2 Информационные потоки после автоматизации
3.2 Концептуальная модель данных
В настоящее время большими темпами развиваются информационные технологии, что позволяет автоматизировать ручную работу в различных отраслях деятельности. Развитие технического прогресса и промышленного производства безусловно приводит к появлению новых систем и комплексов, повышающих производительность и эффективность труда. Под автоматизацией проектирования понимают систематическое применение ЭВМ в процессе проектирования при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ, и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач. Автоматизированное проектирование - это основной способ повышения производительности труда инженерных работников, занятых проектированием. Термин "система" греческого происхождения и означает целое, составленное из отдельных частей. В настоящее время существует достаточно большое количество определений понятия "система". Определения понятия "система" изложены в работах Л. Фон Берталанфи, А. Холла, У. Гослинга, Р. Акоффа, К. Уотта и других. Наиболее близким определением, относящимся к информационным системам, является определение К. Уотта, согласно которому, система - это взаимодействующий информационный комплекс, характеризующийся многими причинно-следственными взаимосвязями. Другими словами, систему можно рассматривать как целенаправленный комплекс взаимосвязанных элементов. Обязательное существование элементов определяет общие для всех элементов целенаправленные правила взаимосвязей, обуславливающие целенаправленность системы в целом. Система автоматизированного проектирования - система, объединяющая технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования. Автоматизация процессов проектирования особенно эффективна, когда от автоматизации выполнения отдельных инженерных расчетов переходят к комплексной автоматизации, создавая для этой цели системы автоматизированного проектирования (САПР). Цель работы:
изучение средств GPSS для построения имитационных моделей одноканальных бесприоритетных систем. Исследование моделей на ЭВМ, обработка результатов моделирования. Задание:
Одноканальная СМО состоит из буферного накопителя емкостью L=9 и обслуживающего прибора. В систему поступает поток заявок в интервале [30. .60] мин. Если последующая заявка застает накопитель заполненным, то она получает отказ. Длительность обслуживания Тобсл. =160 с отклонением=30 мин. Требуется определить вероятность отказа в обслуживании, среднее время ожидания, среднюю длину очереди в течение 1000 мин. Программный код: generate 45,15 test l q$LINE,5,MET1 QUEUE LINE SEIZE UST1 DEPART LINE ADVANCE 160,30 RELEASE UST1 TERMINATE MET1 TERMINATE GENERATE 1000 TERMINATE 1 Блок-схема модели
GPSS World Simulation Report - Untitled.9.1 Thursday, September 18, 2008 10:38:28 START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES 0.000 1000.000 11 1 0 NAME VALUE LINE 10000.000 MET1 9.000 UST1 10001.000 LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY 1 GENERATE 22 0 0 2 TEST 22 0 0 3 QUEUE 11 5 0 4 SEIZE 6 0 0 5 DEPART 6 0 0 6 ADVANCE 6 1 0 7 RELEASE 5 0 0 8 TERMINATE 5 0 0 MET1 9 TERMINATE 11 0 0 10 GENERATE 1 0 0 11 TERMINATE 1 0 0 FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY UST1 6 0.945 157.455 1 7 0 0 0 5 QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME AVE.(-0) RETRY LINE 5 5 11 1 3.901 354.667 390.134 0 FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE 24 0 1006.530 24 0 1 7 0 1084.178 7 6 7 25 0 2000.000 25 0 10 Вывод: Среднее время ожидания в очереди 354, 667 мин, средняя длина очереди 3 человека, вероятность отказа равна 11/22 или 50%. Цель работы:
изучение средств GPSS для моделирования и исследование характеристик моделей с различными дисциплинами обслуживания, исследование Пуассоновских потоков событий, оценка точности моделирования. Задание:
4. Одноканальная СМО состоит из буферного накопителя с емкостью L=10 и обслуживающего прибора. В систему поступает Пуассоновский поток заявок с параметром l=0.05. Если поступающая заявка застает накопитель заполненным, то она получает отказ. Выбор заявок на обслуживание осуществляется по динамическому приоритету, выбирается заявка имеющая наименьшее время обслуживания. Длительность обслуживания - сл. величина, распределенная нормально со средним Тоб
=16 и стандартным отклонением sоб
=3. Требуется определить вероятность отказа в обслуживании, среднее время ожидания в очереди, среднюю длину очереди. Блок-схема модели
Программный код: XPDIS FUNCTION RN1,C24 ; распределение ПУАССОНА 0,0/.100,.104/.200,.222/.300,.355/.400,.509 .500,.690/.600,.915/.700,1.200/.750,1.380 .800,1.600/.840,1.830/.880,2.120/.900,2.300 .920,2.520/.940,2.810/.950,2.990/.960,3.200 .970,3.500/.980,3.900/.990,4.600/.995,5.300 .998,6.200/.999,7/1,8 SNORM FUNCTION RN1,C25 ; нормальное распределение 0.0,-5/0.00003,-4./.00135,-3.0/.00621,-2.5/.02275,-2./.06681,-1.5 .11507,-1.2/.15866,-1./.21186,-.8/.27425,-.6/.34458,-.4/.42074,-.2 .5,0.0/.57926,.2/.65542,.4/.72575,.6/.78814,.8/.84134,1/.88493,1.2 .93319,1.5/.97125,2/.99379,2.5/.99865,3/.99997,4.0/1.0,5.0 obsl fvariable 26+3#fn$snorm slu variable rn1@ch$buf generate 20,fn$xpdis assign 1,v$obsl gate nu ust,aaa bbb seize ust advance p1 release ust unlink buf,bbb,1 terminate aaa test l ch$buf,10,ccc link buf,fifo ccc terminate generate 28800 terminate 1 Результаты работы: GPSS World Simulation Report - лаб№4.4.1 Thursday, October 23, 2008 10:01:55 START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES 0.000 28800.000 13 1 0 NAME VALUE AAA 9.000 BBB 4.000 BUF 10005.000 CCC 11.000 OBSL 10002.000 SLU 10003.000 SNORM 10001.000 UST 10004.000 XPDIS 10000.000 LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY 1 GENERATE 1439 0 0 2 ASSIGN 1439 0 0 3 GATE 1439 0 0 BBB 4 SEIZE 1439 0 0 5 ADVANCE 1439 0 0 6 RELEASE 1439 0 0 7 UNLINK 1439 0 0 8 TERMINATE 1439 0 0 AAA 9 TEST 1141 0 0 10 LINK 1141 0 0 CCC 11 TERMINATE 0 0 0 12 GENERATE 1 0 0 13 TERMINATE 1 0 0 FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY UST 1439 0.794 15.882 1 0 0 0 0 0 USER CHAIN SIZE RETRY AVE.CONT ENTRIES MAX AVE.TIME BUF 0 0 1.255 1141 10 31.674 FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE 1441 0 28808.069 1441 0 1 1442 0 57600.000 1442 0 12 205.859 Динам Приоритет, L=¥ Динам Приоритет, L=10 Вывод: Из полученных результатов видно, что при ограниченной очереди лучший результат получен при использовании дисциплины обслуживания FIFO, так как среднее время простоя в очереди минимальное. При неограниченной очереди лучший результат получен при динамическом приоритете, так как количество заявок максимальное, а время обслуживания минимальное. Цель:
Исследование механических систем. Задание:
Построить эквивалентную схему для рисунка 1, исследовать процессы функционирования системы и рассчитать коэффициент динамичности. Входные параметры:
m1
=1500 кг; m2
=m3
=m4
=m5
= 1000кг; m6
=m7
= 500кг; l1
=0,8 м; S1
= 0,006 м2
; E1
= 2*105
Н/м; l2
= 1,2 м; S2
= 0,005 м2
; E2
= 2*104
Н/м; F= 200H. Рисунок 1.2 - Эквивалентная схема Расчет коэффициента динамичности: Кд UP6
= Кд UP1
= Проектированию подлежит автоматизированная система расчета напряженно-деформированного состояния ферменных конструкций, именуемая в дальнейшем "АС". Заказчиком АС является кафедра Системы автоматизированного проектирования Карагандинского государственного технического университета. Разработчиком АС является студент группы ВТ-05-6, факультета информационных технологий Карагандинского государственного технического университета, Галимова Марьяна Игоревна. Начало работ по созданию АС 1.02.2009г. Окончание работ - 30.04.2009 г. Основанием для проведения работ по созданию АС является приказ на дипломное проектирование ___________________________, утвержденный согласно учебному плану кафедры Системы автоматизированного проектирования по специальности 050704 "Вычислительная техника и программное обеспечение". Разрабатываемая АС предназначена для: автоматизированного расчета напряженно-деформированного состояния ферменных конструкций; построения модели ферменной конструкции; хранения информации о расчетной схеме ферм; проведения конечно-элементного анализа; построения эпюр напряжений и деформаций; поиска оптимального решения задачи; анализа полученных результатов и подбора рекомендаций; выдачи необходимых результатов расчета. Цели создания АС: повышение производительности работы инженера, занимающегося расчетом ферменных конструкций; уменьшение затрат времени проектирования; увеличение эффективности труда; снижение вероятности появления ошибок при расчетах; повышение точности расчетов; снижение коммерческих потерь; организация учебного процесса кафедры САПР. Критерием эффективности функционирования АС является отношение эффективности, получаемой от повышения производительности труда инженера-проектировщика, степень экономии рабочего времени, снижение ошибок в работе и формирование эпюр напряжений и деформаций. Объектом проектирования является процесс расчета напряженно-деформированного состояния ферменных конструкций. Автоматизации подлежат следующие процедуры: построение модели ферменной конструкции; расчет напряженно-деформированного состояния ферм; составление расчетной схемы; оформление и вывод на экран результатов расчета. Система должна состоять из интерфейсного модуля и набора модулей для решения каждой из задач проектирования. Связь для информационного обмена между подсистемами будет обеспечивать интерфейсный модуль. АС должна обеспечивать создание командного файла, выполняющего построение и анализ модели исследования, и его перенос в ANSYS. Вывод результатов проектирования и анализа должен производиться в виде стандартной проектной документации. При этом должно обеспечиваться представлении выходной расчетной информации в текстовом (файл результатов расчета и таблицы с дополнительной информацией анализа) и графическом (эскиз модели, эпюры распределения нагрузок и прочие диаграммы) виде. Должны быть автоматизированы промежуточные стадии проектирования, такие как: вычисление констант, используемых при описании физических свойств модели; построение исследуемой модели; построение геометрической модели; построение дискретной модели; передача исходных данных расчета системе ANSYS в виде командного файла; проведение конечно-элементного анализа; поиск оптимального решения задачи; выбор формы представления результирующих данных; документооборот между системами ANSYS и АС, необходимый для переноса результатов анализа и оптимизации с наименьшим участием проектировщика. При разработке АС необходимо выполнить следующие требования к информационному обеспечению: при разработке структуры информационных потоков должно быть обеспечено получение целостной, неизбыточной, достоверной, непротиворечивой информации об объекте анализа для получения корректного решения; система должна обеспечивать контроль правильности ввода исходных данных; АС должна иметь диалоговый и пакетный человеко-машинный интерфейс; разработать концептуальную, логическую и физическую модели данных и потоков информации для новой схемы проектирования; связь для информационного обмена между подсистемами должен обеспечивать интерфейсный модуль; АС должна подготавливать исходные данные для расчета в стандартном для системы ANSYS виде. Математическое обеспечение должно удовлетворять следующим требованиям: адекватность данных; точность; экономичность, которая характеризуется затратами машинного времени и памяти. Математическое обеспечение должно содержать: математическую модель объектов проектирования; обоснование выбора методов проектирования; алгоритм выполнения расчетов. Язык программирования, на котором будет разрабатываться АС, должен быть языком высокого уровня, а также поддерживать объектно-ориентированную модель данных и обеспечивать получение выполняемого модуля для выбранной операционной системы. Кроме того, язык программирования должен удовлетворять следующим требованиям: удобство использования, т.е. затраты времени программиста на освоения языка и главным образом на написание программ на этом языке; универсальность, т.е. возможность использования языка для описания разнообразных алгоритмов, характерных для программного обеспечения САПР; эффективность объектных программ, которая оценивается свойствами используемого транслятора, который, в свою очередь, зависит от свойств языка. Входным языком являются формы для ввода информации о форме конструкции, о базовых размерах, о типе элемента, а также о свойствах используемого материала. Данные вводятся с клавиатуры. Входной язык должен: обеспечить ввод исходных данных; обеспечивать удобочитаемость и компактность описаний; должен быть простым в использовании. Промежуточным языком является командный текстовый файл, который передает исходные данные расчета системе ANSYS. Выходным языком являются результаты расчетов, которые представляются как в виде графической информации, т.е. эпюр, так и в виде текстовой информации, т.е. числовые данные. Выходной язык должен: в наглядной форме предоставлять данные решения задач; обеспечивать соответствие результатов проектирования требованиям задачи. Общесистемное программное обеспечение должно обеспечивать функционирование базового и прикладного программного обеспечений системы. В качестве общесистемного программного обеспечения используется операционная система Microsoft Windows XP Professional, так как она является на данный момент более распространенной. Базовое программное обеспечение должно удовлетворять следующим требованиям: универсальность; возможность использования ПК ANSYS 8.0/9.0; поддержка языком программирования объектно-ориентированного подхода к программированию; наличие для языка программирования компилятора для выбранного общесистемного программного обеспечения. Основные требования к прикладному программному обеспечению: обеспечить модульную структуру системы; обеспечить приемлемый уровень быстродействия системы; разработать руководство программиста по созданию АС; Техническое обеспечение должно удовлетворять следующим требованиям: достаточная емкость накопителя на жестком магнитном диске; приемлемый тип видеоадаптера и дисплея для работы пользователя; достаточная производительность центрального процессора; наличие возможности вывода информации на бумажный, магнитный носитель; открытость для конфигурации и дальнейшего развития; простота освоения, эксплуатации и обслуживания; объем оперативной памяти должен позволять использовать выбранное общесистемное, а также базовое и прикладное программное обеспечения; приемлемая стоимость составляющих комплекса технических средств. Методическое обеспечение должно отображать описание системы, методику автоматизированного проектирования и анализа, а также должно включать: описание АС и ее модулей; руководство пользователя; руководство по установке. 2.5 Календарный план Календарный план работ по разработке АС представлен в таблице 2.1 Таблица 2.1 - Календарный план Сроки выполнения 10.07.08 - 13.09.08 10.07.08 - 13.09.08 10.07.08 - 13.09.08 1.02.09 - 15.02.09 15.02.09 - 25.02.09 25.02.09 - 5.03.09 5.03.09 - 15.03.09 После выполнения всех работ необходимо завизировать указанные разделы у курирующих преподавателей КарГТУ и сдать дипломный проект на рецензию лицу, утверждённому кафедрой САПР. По возвращению с рецензии проект необходимо защитить Государственной аттестационной комиссии кафедры САПР. На защиту дипломного проекта необходимо предоставить разработанную автоматизированную систему расчета напряженно-деформированного состояния ферменных конструкций. Перед комиссией необходимо представить пояснительную записку к дипломному проекту объёмом не менее 80 печатных листов, отвечающую всем требованиям стандартизации и нормоконтроля. Процесс информационного потока до автоматизации: заказчик выдает задание на расчет конструкции; материалы передаются в расчетное отделение; расчетный отдел производит необходимые расчеты и выкладки, а затем передает результаты в конструкторский отдел; конструкторский отдел проверяет полученные результаты и проводит анализ данных, а также согласовывает полученные результаты с заказчиком; после проверки окончательные результаты передаются заказчику. Схема движения информационных потоков до автоматизации показана на рисунке 3.1 Процесс информационного потока после автоматизации: заказчик выдает задание на проектирование; инженер-проектировщик предоставляет входные данные в виде основных параметров конструкции автоматизированной системе; АС формирует командный файл со всеми данными и посылает их для анализа в ПК ANSYS; в ПМК ANSYS производится расчет в частности величины напряжений, динамических перемещений, частот и т.д. инженер согласовывает полученные результаты с заказчиком и делает отчет о проделанной работе. После автоматизации затраты времени на расчет и анализ данных значительно сокращаются. Таким образом, повышается производительность труда и уменьшается вероятность появления ошибок в ходе расчетов. Схема движения информационных потоков после автоматизации показана на рисунке 3.2. Концептуальная модель автоматизированной системы представлена на рисунке 3.3. В ходе анализа автоматизированная система рассматривается из двух подсистем. В первой происходит построение модели объекта проектирования (ферменной конструкции), во второй формируются результаты работы. Модель проектирования рассматривается из отдельных компонентов, которые имеют свои параметры. Параметры влияют каждый в отдельности на всю систему, а в совокупности и определяют свойства объекта как системы. Каждый отдельный компонент системы также описывается набором свойств. Модель объекта проектирования (или ферменная конструкция) представляется в виде системы, состоящей из конечных элементов, узлы которых связаны между собой определенной структурой. Каждая конструкция имеет тип и геометрические параметры, которые задает пользователь. Элементы в свою очередь характеризуются собственным номером, типом, геометрией, материалом. Каждому элементу соответствует определенные узлы. Узлы описываются пространственными координатами и порядковым номером. Граничные условия задаются номером узла и типом закрепления. Нагрузка имеет вид нагружения и величину нагрузки, а также место приложения, которое также имеет координаты начального и конечного узлов. Результаты представляются в виде эпюр, схем, деформаций и напряжений. Логическая модель, отображающая основные взаимосвязи и составляющие автоматизированной системы, представлена на рисунке 3.4 в виде алгоритма работы системы. Вначале пользователь задает начальные параметры системы, по которым после проверки строится модель и формируется командный файл. Затем, командный файл передается в программу ANSYS, где происходит обработка данных, просчитываются различные комбинации параметров и типов конструкций. На основе анализа этих данных формируется отчет о проделанной работе, и пользователь получает результаты работы системы. Рисунок 3.4 - Алгоритм работы АС Физическая модель данных для разрабатываемой АС представляется командным файлом, файлами промежуточных результатов, файлом результатов и графическими файлами (расчетная схема и эпюры). Командный файл формируется при вводе пользователем исходных данных. Расширение командного файла - txt. Структура командного файла представлена в таблице 3.1 Промежуточные файлы используются для дополнительных расчетов в ходе исследования, которые также имеют расширение. txt. Конструкторско-проектная документация представлена файлом результата расчета и анализа, который представляет собой текстовый файл с расширением. doc. В графических файлах организованно хранение расчетной схемы исследуемой конструкции и эпюр, построенных на основе результатов расчета. Расширение графических файлов - jpg. Описание структуры графических файлов приведены в таблице 3.2 Таблица 3.1 - Описание структуры командного файла Таблица 3.2 - Описание структуры графического файла В ходе выполнения данного курсового проекта были исследованы методы имитационного моделирования, были решены определенные задачи. Также были изучены средства GPSS для построения имитационных моделей. Рассмотрена работа программы GRAPH-PA при исследовании механических систем.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||