книги / Системы автоматизированного проектирования технологических процессов

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

контроль с помощью средств диагностики ЭВМ, программно-логический контроль ЭВМ, тестовый, аппаратный и программно-аппаратный контроль.

Средства диагностики обеспечивают автоматический поиск ошибки и выявление неисправностей с определенной локализацией их в ЭВМ.

Программно-логический контроль основан на использовании избы­ точного кода исходных и промежуточных данных (дополнительный разряд при контроле на четность и нечетность, код Хэмлинга), что позволяет нахо­ дить ошибки при изменении значения отдельных битов данных.

Тестовый контроль осуществляется с помощью специальных тестовых программ для проверки правильности работы ЭВМ и ее частей.

Аппаратный контроль реализуется автоматически с помощью встроен­ ного в ЭВМ оборудования.

Программно-аппаратный контроль включает программный и аппарат­ ный контроль и осуществляется как программными, так и техническими средствами.

7.7.2. Прикладное программное обеспечение

Прикладное ПО составляет программы, предназначенные для решения различных оформительских, расчетных, проектных и других задач, имеющих профессиональную ориентацию.

Прикладное ПО может состоять из отдельной программы (один загру­ зочный файл) или из комплекса программ - пакета прикладных программ (ПИП). Прикладное ПО подразделяется на следующие группы (см. рис. 7.9):

-общего назначения;

-методоориентированные;

-проблемно-ориентированные;

-глобальных сетей.

Прикладное ПО общего назначения. К этой группе относятся универ­ сальные программные системы, которые можно использовать в любой сфере деятельности: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных (СУБД), экспертные системы, интегри­ рованные пакеты, CASE-технологии.

Редактором называется 111111, предназначенный для создания и измене­ ния текстов, документов, графических данных и иллюстраций. Редакторы по своим функциональным возможностям можно подразделить на текстовые, графические и издательские системы.

Текстовые редакторы предназначены для обработки текстовой инфор­ мации. Они выполняют следующие функции:

-запись текста в файл;

-вставку, удаление, замену символов, строк, фрагментов текста;

-проверку орфографии;

-оформление текста различными шрифтами;

-выравнивание текста;

-подготовку оглавлений, разбиение текста на страницы;

-поиск и замену слов и выражений;

-включение в текст несложных иллюстраций;

-печать текста.

Наибольшее распространение получили текстовые редакторы Microsoft Word, Word Perfect, Лексикон, ChiWriter, Multi Edit.

Графические редакторы предназначены для обработки графических документов, включая диаграммы, иллюстрации, чертежи, таблицы. Допускается управление размером фигур и шрифтов, перемещение фигур и букв, формирование любых изображений. Из наиболее известных редакторов можно назвать PC Paintbrush, Boieng Graf, Fanvision, Corel DRAW, Adobe Photoshop.

Издательские системы соединяют в себе возможности текстовых и графических редакторов, могут форматировать полосы с графическими ма­ териалами и выводить информацию на печать. Эти системы ориентированы на использование в издательском деле и называются системами верстки. Из таких систем можно назвать продукты Page Maker фирмы Adobe и Ventura Publisher корпорации Corel.

Электронной таблицей называется ГОШ, предназначенный для обра­ ботки таблиц. Данные в таблице хранятся в ячейках, находящихся на пересе­ чении столбцов и строк. В ячейках могут храниться числа, символьные дан­ ные и формулы. Формулы дают зависимость значения одних ячеек от содер­ жимого других ячеек. Изменение содержимого ячейки приводит к измене­ нию значений в зависящих от нее ячейках.

К наиболее популярным ПГ1П этого класса относятся такие программ­ ные продукты, как Microsoft Excel, Lotus 1-2-3, Quattro Pro.

Системы управления базами данных (СУБД) используются для созда­ ния внутримашинного информационного обеспечения.

База данных - это совокупность специальным образом организованных данных, хранящихся на диске.

Управление базой данных включает в себя ввод данных, их корректи­ ровку и манипулирование ими, т.е. добавление, удаление, извлечение, обнов­ ление. Развитые СУБД обеспечивают независимость прикладных программ от конкретной организации данных в базах данных. В зависимости от спосо­ ба организации данных различают иерархические, сетевые, реляционные, распределенные СУБД. Наибольшее распространение получили СУБД Mi­ crosoft Access, Microsoft FoxPro, dBase, Paradox (корпорации Borland), а также СУБД компаний Oracle, Informix, Ingres, Sybase, Progress.

Интегрированные пакеты - это ГПТП, объединяющие функционально различные программы общего назначения. Современные интегрированные пакеты включают в себя:

-текстовый редактор;

-электронную таблицу;

-графический редактор;

-СУБД;

-коммуникационный модуль.

Вкачестве дополнительных программ в пакет могут включаться систе­ ма экспорта-импорта файлов, калькулятор, календарь, системы программи­ рования. Информационная связь между программными компонентами обес­ печивается путем унификации форматов представления различных данных. Интеграция различных компонентов в единую систему предоставляет поль­ зователю неоспоримые преимущества в интерфейсе, но неизбежно приводит

кповышенным требованиям к объему оперативной памяти.

Из имеющихся интегрированных пакетов можно выделить следующие: Framework, Startnave, Microsoft Office.

Постоянно возрастающие требования к средствам обработки инфор­ мации стимулировали компьютеризацию процессов решения эвристических (неформализованных) задач типа «что будет, если», основанных на логике и опыте специалистов. Основная идея при этом заключается в переходе от строго формализованных алгоритмов, предписывающих, как решать задачу, к логическому программированию с указанием, что нужно решать на базе знаний, накопленных специалистами предметных областей.

Для решения задач подобного класса используются экспертные сис­

темы.

Экспертная система - это система обработки знаний в узкоспециали­ зированной области подготовки решений пользователей на уровне высокопрофессиональных специалистов-экспертов.

Основу ЭС составляет база знаний, в которую закладывается инфор­ мация о данной предметной области. Имеются две основные формы пред­ ставления информации в ЭС: факты и правила. Факты фиксируют количест­ венные и качественные показатели объектов. Правила описывают соотноше­ ния между фактами, обычно в виде логических условий, связывающих при­ чины и следствия.

CASE-технологии применяются при создании информационных систем, обычно требующих коллективной реализации проекта, в котором участвуют различные специалисты: системные аналитики, проектировщики и програм­ мисты. Появление этих технологий связано с необходимостью привлечения к процессу создания программ предметных специалистов, не обладающих уг­ лубленными знаниями в области программирования.

Под CASE-технологией (CASE от Aided Software Engineering) понима­ ется совокупность средств автоматизации разработки информационной сис­ темы, включающей в себя методологию анализа предметной области, проек­ тирования, программирования и эксплуатации ИС. CASE-технология позво­ ляет отделить проектирование ИС от собственного программирования и от­ ладки: разработчик системы занимается проектированием на более высоком уровне, не отвлекаясь на детали. Это позволяет уменьшить количество оши­ бок на стадии проектирования и получить более совершенные программные

продукты. Эта технология изменяет все стадии разработки ИС, более всего отражаясь на этапах анализа и проектирования.

Нередко применение CASE-технологии выходит за рамки разработки ИС. Технология дает возможность оптимизировать модели организационных и управленческих структур предприятий и компаний, позволяет им лучше решать такие задачи, как планирование, финансирование, обучение.

Коллективная работа над проектом предполагает обмен информацией, контроль выполнения задач, отслеживание изменений и версий, планирова­ ние, взаимодействие и управление. Фундаментом реализации подобных функций чаще всего служит общая база данных проекта, которую называют репозитарием.

Репозитарий - это информационный архив, где хранятся сведения о процессах, данных и связях объектов в разрабатываемом приложении.

Б настоящее время CASE-технология - одна из наиболее динамично развивающихся отраслей информатики. Из имеющихся CASF-технологий можно выделить: Application Development Workbench (ADW) фирмы Knowl­ edge Ware, BPwin (Logic Works), CDEZ Tods (Oracle), Clear CASE (Alria Soft­ ware), Composer (Texas Instrument), Discover Development Information System (Software Emancipation Technology), CAS.CADE (MATRA Datavision), СПРУТ (СПРУТ-технология).

CASE-технологии успешно применяются для создания ИС различного класса: банков, финансовых корпораций, крупных фирм. Они обычно имеют высокую стоимость, требуют длительного обучения пользователей и реорга­ низации процесса создания ИС. Тем не менее экономический эффект их при­ менения значителен и большинство современных программных проектов осуществляется именно с их помощью.

Методоориентнрованные программы. В алгоритмической основе этих программ реализован конкретный метод решения задачи. К ним отно­ сятся ППП:

-математического программирования (линейного, динамического, статистического);

-сетевого планирования и управления;

-теории массового обслуживания;

-математической статистики.

Проблемно-ориентированные ППП. Это наиболее широкий класс пакетов прикладных программ. Практически нет ни одной предметной об­ ласти, для которой не существует хотя бы одного ППП.

Проблемно-ориентированные программы предназначены для решения конкретных задач. Сюда относятся и отдельные пакеты программ, которые автоматизируют один из этапов проектирования, например расчет режимов резания и норм времени при разработке технологического процесса изготов­ ления, а также ППП, представляющие ПО САПР и автоматизирующие сово­ купность взаимосвязанных этапов проектирования.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) предназначе­ ны для автоматизации проектно-конструкторских и технологических работ в машиностроении, автомобилестроении, промышленном строительстве.

САПР состоят из отдельных подсистем, которые выполняют рассмот­ ренные проектные процедуры. Архитектура ПО САПР, некоторые современ­ ные системы проектирования и сравнительный анализ таких систем приво­ дятся ниже.

Система автоматизации управления предприятием (А С У П ) делятся на 3 класса:

I - простые бухгалтерские, складские, кадровые, торговые системы. К ним относятся пакеты «1C: Предприятие», «Инфин»;

II - среднего класса, отличаются большей глубиной и широтой охвата функций. Системы нуждаются в настройке;

III - высшего класса, ориентированы на архитектуры клиент-сервер, строятся на основе многозадачных, многопользовательских операционных систем (типа UNIX) и реляционных баз данных, разрабатываются на базе CASE-технологий и имеют графический пользовательский интерфейс, К ним относят многофункциональные продукты высшего ценового класса R73 (SAP) Oracle, Мас-Рас Open (A.Andesen) и др. Из российских пакетов отме­ тим систему «Галактика» («Новый Атлант»).

PDM-системы (PDM от Product Data Management - управление дан­ ными об изделии) обеспечивают координацию работ над проектом и выпол­ няют следующие функции.

Функция управления документооборотом обеспечивает решение сле­ дующих задач:

-ввод в БД учетной информации о документах; -установление прав доступа к документам; -поиск документов в БД и их просмотр; -вызов систем проектирования документов; -архивация на машинных носителях; -учет твердых копий в архиве и др.

Функция управления структурами проектов и изделий обеспечивает решение следующих задач:

-ввод связей между документами в проектах и связей между изделия­ ми, т. е. создание спецификаций документов и спецификаций изделий;

-поиск спецификаций документов и спецификаций изделий в БД; -просмотр структуры проекта (структуры изделия) по спецификациям

документов (изделий) или по графическому изображению «дерева» докумен­ тов (изделий);

-обращение из спецификации или из «дерева» к документам или к дан­ ным об изделии.

Функция планирования и контроля выполнения заданий обеспечивает решение следующих задач:

ввод сроков выполнения и фамилий исполнителей каждого докумен­

та;

-диспетчеризация выполнения заданий;

-формирование и диспетчеризация сетевых графиков выполнения ра­

бот;

-учет работы исполнителей и др.

Функция управления и учета изменений обеспечивает решение сле­ дующих задач:

-управление правами доступа на изменение;

-предупреждение участников проекта о том, что документ находится на изменении;

-создание копии изменяемого документа для истории; -учет изменений (что, кто, когда).

Из имеющихся PDM-систем отметим системы SmarTeam фирмы Smart Solutions и Search компании Интермех.

CALS-технологии (CALS от Continuous Acquisition and Life Cycle Support - непрерывная поддержка жизненного цикла) - это новые информа­ ционные технологии поддержки и автоматизации процессов разработки, производства, сбыта и эксплуатации наукоемкой продукции, в том числе оборудования для машиностроения. Важным элементом CALS-технологий являются PDM-системы. В общем виде использование CALS-технологий может быть представлено следующими этапами.

На первом этапе в результате маркетинговых исследований опре­ деляются будущие потребительские свойства, требуемый объем выпуска и возможная цена реализации изделий. Затем устанавливают технические ха­ рактеристики изделий, достижение которых возможно при рассмотрении многовариантных конструкторских решений (второй этап), а также в процес­ се технологической подготовки производства (ТПП - третий этап) и изготов­ ления (четвертый этап). Из множества допустимых конструкторскотехнологических решений выбирают те, которые обеспечивают наименьшие издержки производства или наименьшие суммарные затраты в случае покуп­ ки комплектующих изделий.

Одновременно формируется оптимальная структура производства по критериям привлечения необходимого и достаточного (по квалификации и численности) персонала, построения эффективной системы управления, пла­ нирования загрузки оборудования и т.д. Далее в итерационном режиме про­ веряется возможность достижения требуемых технических характеристик и объема выпуска (пятый этап). Поставленная задача решается посредством информационной системы, основанной на многоуровневой модели анализа и расчета показателей конкурентоспособности изделий.

Проблемно-ориентированные 111111 непромышленной сферы предна­ значены для автоматизации деятельности фирм, не связанных с материаль­ ным производством (банки, биржи, торговля и т.д.). Требование к ППП этого класса во многом совпадает с требованием к комплексным ППП для про-