Системы автоматизированного проектирования (сапр). Системы автоматизированного проектирования (сапр) рэс Технические средства автоматизированного проектирования

Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Так, например, в машиностроении производственный цикл предприятия, определяемый временем нахождения деталей, узлов и готовых изделий в цехах, составляет 1 % всего времени от начала проектирования до выпуска готовой продукции, остальные 99% приходятся на опытно-конструкторскую, конструкторскую и технологическую подготовку производства. С другой стороны сложность решения задачи автоматизированного проектирования связана с многообразием и спецификой конкретных предметных областей.

Создание САПР-продуктов происходит в следующих направлениях :

Универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации;

Открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях);

Графический редактор и графическая среда приложений;

Открытая среда конструкторского проектирования;

САПР для непрофессионалов (домашнего использования).

Наиболее полно возможности САПР-продукта на уровне универсального графического пакета можно проследить на примере AutoCAD 2000 - новой версии самого популярного в России чертежного пакета. Рассмотрим основные особенности новой разработки фирмы Autodesk :

Возможность работы с несколькими файлами чертежей в одном сеансе без потери производительности;

Контекстное всплывающее меню, включающее группу операций буферного обмена, повтора последней операции, отмены действий и возврата отмененного действия, вызова динамических интерактивных операций панорамирования и зуммирования и др.;

Наличие средств моделирования, позволяющих редактировать твердотельные объекты на уровне ребер и граней;

Возможность обращения к свойствам объектов;

Возможность выбора, группировки и фильтрации объектов по типам и свойствам;

Наличие технологии создания и редактирования блоков;

Возможность вставки в чертеж гиперссылок;

Включение DesignCenter - нового интерфейса технологии drag-and-drop для работы с блоками, внешними ссылками, файлами изображений и чертежей;

Управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на экране;

Возможность работы со слоями без вывода на печать;

Наглядная работа с размерами и размерными стилями;

Наличие средств управления видами и системами координат;

Наличие нескольких режимов визуализации от проволочного каркаса до закраски;

Наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании;

Возможность компоновки чертежей и вывода на печать;

Работа с внешними базами данных;

Наличие средств настройки с помощью редакторов Visual LISP и Visual Basic;

Совместимость версий (в форматах DWG AutoCAD R14, R13 и форматах DXF AutoCAD R14, R13, R12).

По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/3D (двух- и трехмерной геометрии) графическим пакетом средней ценовой категории.

Создание приложений связано со спецификой конкретной предметной области и решается эта задача на различных инструментальных платформах. Рассмотрим эту проблему применительно к САПР в радиоэлектронике. Радиоэлектроника является очень широкой научно-технической областью, поэтому остановимся только на проблеме проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования РЭА :

Решение всего комплекса задач проектирования РЭА: ввод структурной, функциональной и принципиальной схем; проведение расчетов; моделирование; конструирование аппаратуры; технологическая подготовка производства и изготовление;

Наличие полной библиотеки элементов и узлов, источников (генераторов) сигналов и шумов, с большим набором параметров и возможностью их легкой модификации;

Наличие справочной базы данных и ГОСТов;

Проведение необходимых расчетов (надежности, мощности, рабочих режимов и других параметров);

Возможность импорта и экспорта информации из других информационных систем;

Поддержка разнообразной периферии.

Процесс проектирования РЭА принято разбивать на этапы (системный, схемный, конструкторский, технологический, производственный), а саму проектируемую РЭА на уровни (система, подсистема или аппаратура, прибор, блок, ячейка или узел). Исходя из такого разбиения, представляется естественным требование, чтобы САПР поддерживали все этапы и уровни проектирования в полном объеме. К сожалению, на практике данный подход полностью не реализован. Ниже в табл. 6.5 представлены наиболее распространенные в России САПР и обозначены обеспечиваемые ими этапы проектирования .

Т а б л и ц а 6.5

САПР уровня ячеек (Р - CAD, OrCAD, DesignLab, ACCEL EDA, CADdy), обеспечивающие ввод схемы, разводку и производство печатных плат;

Схемотехнические САПР (PSpice, MicroCAP, Electronics Workbench, SISIE, MR-CAD, Симпатия, CircuitMaker, Dynamo), обеспечивающие ввод схемы и ее моделирование;

САПР объемных конструкций (AutoCAD, EUCLID, T-FLEX CAD и др.), обеспечивающие разработку и выпуск конструкторской документации.

В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование ландшафта, интерьера и

др. Основные требования к системам подобного класса - приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера. В табл. 6.6 приведены характеристики таких САПР, представленных на рынке .

Т а б л и ц а 6.6

Наиболее перспективным в области автоматизированного проектирования является использование открытых сред, основной особенностью которых является автоматизация процесса проектирования: выбор структуры объекта проектирования; необходимые расчеты, включая геометрические и т.д. Примером реализации такого подхода является СПРУТ-технология, реализованная в виде

Рис. 6.8. Возможности проблемной ориентации DiaCAD

графической оболочки со сменной проблемной ориентацией DiaCAD . На рис. 6.8 представлены возможности проблемной ориентации DiaCAD, а на рис, 6.9 возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования.

Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-тех-нологии (рис. 6.10) и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивно-

Рис. 6.9. Возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования

Рис. 6.10. СПРУТ-технология

го черчения, так же как в известных средствах графического редактирования.

Возможности DiaCAD определяются перечнем решаемых задач:

Оперативная разработка чертежей с соблюдением требований ГОСТов;

Создание и использование иерархических графических баз данных;

Интерактивная параметризация чертежа и его типовых фрагментов;

Интеллектуальное редактирование (редактирование чертежа путем изменения значений размеров);

Получение параметризированных программ без программирования.

Функционально DiaCAD можно разделить на две части: среда администратора графической базы данных и среда конструктора.

Среда администратора графической базы данных предназначена для работы с иерархическими графическими базами данных и позволяет решать следующие задачи:

Создание базы данных с произвольной иерархической структурой;

Оперативный просмотр чертежа;

Копирование данных из одного чертежа в другой;

Вывод чертежа на графопостроитель или печатающее устрой-

Среда конструктора позволяет создавать и редактировать чертежи и геометрические модели.

Принципиальной отличительной особенностью DiaCAD является возможность создания на ее основе с использованием единой интегрированной среды СПРУТ собственной САПР.

Контрольные вопросы

1. Какие информационные технологии используются в корпоративном управлении?

2. Какие экономико-математические модели используются в корпоративном управлении?

3. В чем идея виртуального бизнеса?

4. На каких принципах основана архитектура «клиент-сервер»?

5. На каких принципах основана архитектура Интранета?

6. Какие открытые стандарты используются в архитектуре Интранета?

7. Определите классы задач, решаемых с помощью корпоративных информационных систем.

8. Какие существуют типы корпоративных информационных систем?

9. Сформулируйте основные направления информатизации банковской деятельности.

10. Какие программные системы используются в информатизации финансовой деятельности?

11. Назовите принципы информатизации управления технологическими процессами.

12. Что представляет собой модульная архитектура контроллеров?

13. Определите основополагающие аспекты информатизации образования.

14. Определите факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов в образовательном процессе.

15. Сформулируйте отрицательные последствия использования информационных технологий в образовании.

16. Назовите дидактические требования при использовании компьютерных технологий в образовании.

17. Каковы отрицательные и положительные качества использования информационных технологий в образовании?

18. Каковы основные направления использования информационных технологий в образовании?

19. Перечислите типы компьютерных обучающих программ, используемых в учебном процессе.

20. Сформулируйте основные направлениях создания САПР-продуктов.

21. Каковы основные особенности AutoCAD 2000?

22. Укажите основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

23. Что понимают под открытой средой в САПР-технологиях?

24. В каких случаях используется система DiaCAD?

Сегодня на многих предприятиях применяются системы автоматизированного проектирования, или проще говоря САПР. Существует довольно большое количество поставщиков подобных решений. Возможности и функции таких систем проектирования, представленных специализированным программным обеспечением соответствующего назначения, могут быть самыми различными. В чем же состоит главная сущность систем автоматизированного проектирования? Какие особенности разработки таких систем можно отметить?

САПР – что это?

Итак, что же собой представляют системы автоматизированного проектирования? Под САПР подразумеваются автоматизированные системы, которые призваны реализовывать ту или иную информационную технологию путем проектирования. На практике САПР представляют собой технические системы, которые позволяют таким образом автоматизировать, обеспечить функционирование процессов, которые составляют разработку проектов. Под САПР в зависимости от контекста может иметься в виду:

— программное обеспечение, применяемое в качестве основного элемента соответствующей инфраструктуры;

— совокупность технических и кадровых систем (в том числе и тех, что предполагают использование САПР в виде программного обеспечения), применяемых на предприятии с целью автоматизации процесса разработки проектов;

Таким образом, можно выделить широкую и более узкую трактовку термина, о котором идет речь. Тяжело сказать, какая из этих трактовок чаще применяется в бизнесе. Все зависит от конкретной сферы использования систем автоматизированного проектирования, а также от тех задач, для решения которых предполагается применять данные системы. Так, например, в контексте отдельно взятого цеха на производстве, под САПР предполагается конкретная программа для автоматизированного проектирования. Если речь идет о стратегическом планировании развития организации, то такое понятие как САПР скорее всего будет соответствовать масштабной инфраструктуре, которая задействуется с целью повышения эффективности разработки различных проектов. Необходимо отметить, что сам термин САПР представляет собой аббревиатуру, которая может расшифровываться по-разному. В общем случае данная аббревиатура соответствует сочетанию слов «система автоматизированного проектирования». Также существуют и другие варианты расшифровки данной аббревиатуры. Например, довольно распространен вариант «система автоматизации проектных работ». По смыслу английским аналогом термина САПР является аббревиатура CAD, в некоторых случаях также используется CAX.Давайте более подробно рассмотрим следующий вопрос: в каких целях могут создаваться системы автоматизированного проектирования в машиностроении и других сферах?

САПР: цели создания

Основной целью разработки САПР является повышение эффективности труда специалистов предприятия, которые решают различные производственные задачи, в том числе и те, которые связаны с инженерным проектированием. В данном случае повышение эффективности может осуществляться за счет следующих факторов:

— снижения трудоемкости процесса проектирования;

— сокращения сроков реализации проектов;

— снижения себестоимости проектных работ, и издержек, связанных с эксплуатацией;

— обеспечение повышения качества инфраструктуры проектирования.

— снижение издержек на проведение испытаний и моделирование.

САПР – это инструмент, который позволяет добиться отмеченных преимуществ за счет следующих факторов:

— эффективная информационная поддержка специалистов, участвующих в разработке проектов;

— автоматизация документации;

— применение концепций параллельного проектирования;

— унификация различных решений;

— применение математического моделирования, как альтернативы дорогостоящим испытаниям;

— оптимизация методов проектирования;

— повышение качества процессов управления бизнесом.

Теперь давайте рассмотрим, в какой структуре может быть представлена система автоматического проектирования.

Структура САПР

В систему автоматизированного проектирования технологических процессов могут входить следующие компоненты:

— комплекс элементов автоматизации;

— программно-техническая инфраструктура;

— методические инструменты;

— элементы поддержки функциональности САПР.

Большое распространение получил подход, в соответствии с которым в структуре САПР следует выделять подсистемы. Ключевыми считаются:

— обслуживающие подсистемы, поддерживающие функционирование основных проектирующих компонентов САПР, инфраструктуры, поддержание программного обеспечения;

— проектирующие подсистемы, которые в зависимости от соотнесения с объектом разработки, могут быть представлены с объектными задачами или инвариантными, т.е. связанными с реализацией конкретных проектов или совокупностью нескольких.

САПР представляют собой системы, включающие в себя определенные функциональные компоненты. Давайте рассмотрим их основные особенности.

САПР: компоненты

Как мы уже знаем, автоматизированное проектирование систем управления и промышленной инфраструктуры, состоит из различных подсистем. Их составляющими в свою очередь являются компоненты, которые обеспечивают функционирование соответствующих элементов САПР. К примеру, это может быть аппаратное обеспечение, файл или программа. Компоненты, которые обладают общими признаками, формируют средства обеспечения систем проектирования. Они могут быть представлены следующими типами:

— техническое обеспечение, которое представляет собой совокупность различных технических средств, типа сетевых компонентов, компьютеров, измерительных приборов;

— математические модели, которые объединяют в себе те или иные алгоритмы, используемые с целью решения различных задач;

— программное обеспечение – системное и прикладное;

— информационное обеспечение, которое представляет собой совокупность различной информации, необходимой для внедрения проектирования;

— лингвистические модели, представляющие собой совокупность различных языков, применяемых в САПР с целью отражения сведений о проектировании;

— методическое обеспечение, представляющее собой совокупность различных методов подбора технологических концепций, подходов к обеспечению функционирования САПР для достижения максимальных результатов при реализации определенных проектов;

— организационное обеспечение, представленное в основном источниками, определяющими структуру проектной документации, а также характеристики системы автоматизации и то, как должны отображаться результаты реализации тех или иных проектов.

Можно классифицировать автоматизированные системы проектирования, обработки информации по различным критериям. Давайте рассмотрим несколько основных классификаций.

САПР: классификации

К наиболее распространенным критериям классификации САПР относится отраслевое назначение. Выделяют следующие типы:

1. Автоматизированное проектирование инфраструктуры машиностроения;
2. САПР для электронного оборудования;
3. САПР в сфере строительства.

Первый тип систем САПР может быть использован в широком спектре отраслей: авиастроении, автомобилестроении, судостроении, производстве товаров народного потребления. Также соответствующая инфраструктура может быть использована с целью разработки как отдельных деталей, так и различных механизмов при использовании всевозможных подходов в рамках моделирования и проектирования.

Системы САПР второго типа используются для проектирования готового электронного оборудования и его отдельных элементов, например, интегральных микросхем, процессоров, и других типов аппаратного обеспечения.

САПР третьего типа могут быть задействованы с целью проектирования различных сооружений, зданий, элементов инфраструктуры.

Еще одним критерием, по которому можно классифицировать системы автоматизированного проектирования, является целевое назначение. Здесь выделяют:

— средства проектирования, используемые с целью автоматизации двумерных или трехмерных геометрических моделей, для формирования конструкторской документации;

— системы, используемые с целью разработки различных чертежей;

— системы, разработанные для геометрического моделирования;

— системы, предназначенные для автоматизации расчетов в рамках инженерных проектов и динамического моделирования;

— средства автоматизации, применяемые с целью технологической оптимизации проектов;

— системы, предназначенные для компьютерного анализа различных параметров по проектам.

Данная классификация считается условной.

В автоматизированную систему технологического проектирования может входить широкий спектр функций из числа перечисленных выше. Конкретный перечень возможностей САПР прежде всего определяет разработчик данной системы. Давайте рассмотрим, какие задачи он может решать.

Разработка САПР

Проектирование автоматизированных систем обработки информации, управления, программирования и реализации иных функций, направленных на повышение эффективности разработки проектов в тех или иных отраслях. Данный процесс характеризуется высоким уровнем сложности. Он требует от всех участников вложения значительных ресурсов – финансовых и трудовых.

Эксперты выделяют несколько основных принципов, в соответствии с которыми ведется разработка САПР. К ним относятся:

— унификация;

— открытость;

— интерактивность;

— комплексность.

Давайте рассмотрим эти принципы более подробно.

Основные принципы разработки САПР: унификация

Работа с системами автоматизированного проектирования на стадии разработки и в период использования соответствующей инфраструктуры предполагает следование принципу унификации. В соответствии с этим принципом, те или иные решения могут по схожим алгоритмам могут одинаково эффективно внедряться в различные отрасли производства. Этот принцип предполагает, что пользователь, который использует знакомый ему модуль САПР, или, например, методику автоматизированного проектирования в определенной среде, сможет без труда приспособить их к специфике использования в других условиях.

Большое значение унификация САПР имеет и с точки зрения развития предприятия, которое занимается разработкой соответствующей системы. Чем более универсальными будут подходы и модули, которые хозяйствующий субъект предлагает рынку, тем более интенсивным будет его рост. Возрастает и конкурентоспособность, и готовность новых потребителей к сотрудничеству.

Основные принципы разработки САПР: комплексность

Следующим принципом, характеризующим процесс проектирования САПР, является комплексность. Данный принцип предполагает, что производитель сможет наделить свою продукцию теми компонентами, которые позволят решать поставленные задачи на различных уровнях реализации проекта. Возможно, данный аспект является ключевым с точки зрения обеспечения конкурентоспособности продукта и освоения новых рынков. При этом необходимо учитывать, что комплексные решения должны удовлетворять остальным принципам разработки САПР, к которым относятся открытость.

Основные принципы разработки САПР: открытость

В данном контексте открытость может пониматься по-разному. Ее интерпретация во всех случаях будет уместна. Разработка системы автоматизированного проектирования представляет собой процесс, который, прежде всего, должен характеризоваться большой открытостью с точки зрения формирования обратной связи между разработчиком системы и ее пользователями. Человек, которые задействует такую систему, всегда должен иметь возможность информировать разработчика о возникающих проблемах, особенностях функционирования САПР при различных внешних условиях, а также передавать производителю свои пожелания относительно улучшения качества продукта. Также открытость при разработке САПР может выражаться в готовности производителя осуществлять активный мониторинг технических разработок, в том числе и от конкурирующих производителей, следить за новыми трендами. Ведущую роль в бизнесе в данном случае могут сыграть не только технологические подразделения, но и маркетологи компании, менеджеры, специалисты по PR. Открытость при разработке САПР также свидетельствует о том, что разработчик готов к прямому диалогу с другими поставщиками. Обмен технологиями позволяет создавать продукты, при помощи которых может быть осуществлено эффективное автоматизированное проектирование систем управления. Это также является значимым фактором повышения конкурентоспособности бренда, который поставляет САПР в тех или иных сегментах рынка.

Основные принципы разработки САПР: интерактивность

Еще одним важным принципом разработки САПР является интерактивность. Данный принцип предполагает создание разработчиком соответствующих систем интерфейсов, которые максимально облегчают процедуру их использования человеком, а также осуществления им необходимых коммуникаций с другими пользователями САПР. Еще одним аспектом интерактивности является обеспечение в необходимых случаях взаимодействия между различными моделями САПР в рамках формирования производственной инфраструктуры. Принцип интерактивности тесно связан с принципом унификации. Все дело в том, что обмен данными в рамках тех или иных интерактивных процедур будет наиболее эффективным только при условии необходимой стандартизации взаимодействии между субъектами. Это может быть выражено в унификации документов, файловых форматов, процедур, инженерных подходов при разработке проектов. Большое значение данный принцип играет в САПР, при помощи которых осуществляется проектирование информационных систем. В частности данная сфера применения САПР характеризуется высокой степенью потребности пользователей соответствующей инфраструктуры. Им как правило, требуется связь между большим количеством модулей САПР, регулярное, динамическое взаимодействие, осуществление оптимизации различных процедур, оперативное формирование отчетности. Только при условии достаточной интерактивности систем автоматизированного проектирования пользователь может рассчитывать на эффективное решение любых задач на производстве.

Близкими по своей структуре и функциям к системам автоматизации научных исследований оказываются системы автоматизированного проектирования (САПР).

САПР - комплекс программных и аппаратных средств, предназначенных для автоматизации процесса проектирования человеком технических изделий или продуктов интеллектуальной деятельности.

Проектирование новых изделий - основная задача изобретателей конструкторов, протекает в несколько этапов, таких как нормирование замысла, поиск физических принципов, обеспечивающих реализацию замыслов и требуемые значении конструкции, поиск конструктивных решений, их расчет и обоснование, создание опытного образца, разработка технологий промышленного изготовления. Если формирование замысла и поиск физических принципов пока остаются чисто творческими, не поддающимися автоматизации этапами, то при конструировании и расчетах с успехом могут быть применены САПР (рис. 4.2).

База данных, блок имитационного моделирования, расчетный блок и экспертная система выполняют функции, аналогичные функциям соответствующих блоков АСНИ. Вместо блока связи с измерительной аппаратурой в САПР имеется блок формирования заданий. Проектировщик вводит в блок техническое задание на проектирование, в котором указаны цели, которые необходимо достичь при проектировании, и все ограничения, которые нельзя нарушить. Блок подготовки технической документации облегчает создание технической документации для последующего изготовления изделия.

Рис 4.2 - Типовая схема САПР

Аппаратное обеспечение САПР составляет ЭВМ с набором устройств, необходимых для ввода и вывода графической информации (графопостроитель, световое перо, графический планшет и др.).

В настоящее время САПР является неотъемлемым атрибутом крупных конструкторских бюро и проектных организаций, работающих в различных предметных областях. Это важная сфера приложения идей и методов информатики. САПР широко применяется в архитектуре, электротехнике, электронике, машиностроении, авиакосмической технике и др.

1. ^

   Геоинформационные системы и технологии

Геоинформационные системы (ГИС) и ГИС- технологии объединяют компьютерную картографию и системы управления базами данных. Концепция технологии ГИС состоит в создании многослойной электронной карты, опорный слой которой описывает географию территории, а каждый из остальных слоев - один из аспектов состояния территории. Тем самым ГИС-технологии определяют специфическую область работы с информацией.

Технология ГИС применима везде, где необходимо учитывать, обрабатывать и демонстрировать территориально распределенную информацию. Пользователями ГИС-технологии могут быть как организации, чья деятельность целиком базируется на земле владельцы нефтегазовых предприятий, экологические службы, жилищно-коммунальное хозяйство, так и многочисленные коммерческие предприятия - банки, страховые, торговые и строительные фирмы, чья успешная работа во многом зависит от правильного и своевременного учета территориального фактора.

В основе любой ГИС лежит информация о каком-либо участке земной поверхности: континенте, стране, городе, улице.

БД организуется в виде набора слоев информации. Основной шрифт содержит географически привязанную карту местности (топооснова). На него накладываются другие слои, несущие информацию об объектах, находящихся на данной территории: коммуникации, в том числе линии электропередач, нефте- и газопроводы, водопроводы, промышленные объекты, земельные участки, почвы, коммунальное хозяйство, землепользование и др.

В процессе создания и наложения слоев друг на друга между ними устанавливаются необходимые связи, что позволяет выполнять пространственные операции с объектами посредством моделирования и интеллектуальной обработки данных.

Как правило, информация представляется графически в векторном виде, что позволяет уменьшить объем хранимой информации и упростить операции по визуализации. С графической информацией связана текстовая, табличная, расчетная информация, координатная привязка к карте местности, видеоизображения, аудиокомментарии, БД с описанием объектов и их характеристик.

Многие ГИС включают аналитические функции, которые позволяют моделировать процессы, основываясь на картографической информации.

Программное ядро ГИС можно условно разделить на две подсистемы: СУБД и управление графическим выводом изображения. В качестве СУБД используют SQL-серверы.

Рассмотрим типовую схему организации ГИС-технологии, в настоящее время сложился основной набор компонентов, составляющих ГИС. К ним относятся:

1. 
   приобретение и предварительная подготовка данных;
2. 
   ввод и размещение данных;
3. 
   управление данными;
4. 
   манипуляция данными и их анализ;
5. 
   производство конечного продукта.

Приобретение и подготовка исходных данных; включает манипуляции с исходными данными карт - материалами на твердой или бумажной основе, данными дистанционного зондирования, результатами полевых испытаний, текстовыми (табличными) материалами, с архивными данными.

^ Ввод и размещение пространственной и непространственной составляющих данных включает конвертирование информации во внутренние форматы системы и обеспечение структурной и логической совместимости всего множества порождаемых данных.

^ Управление данными предполагает наличие средств оптимальной внутренней организации данных, обеспечивающих эффективный доступ к ним.

Функции манипуляции и анализа представлены средствами, предназначенными для содержательной обработки данных в целях обработки и реорганизации данных. С точки зрения пользователя, эти функции являются главными в ГИС-технологиях, потому что позволяют получать новую информацию, необходимую для управления, исследовательских целей, прогнозирования.

^ Производство конечного продукта включает вывод полученных результатов для конечных потребителей ГИС. Эти продукты могут представлять карты, статистические отчеты, различные графики, стандартные формы определенных документов.

Кроме этого, каждый картографический объект может иметь атрибутивную информацию, в которой содержится информация, которая не обязательно должна отображаться на карте (например, число жильцов какого-либо дома и их социальный статус).

Подавляющее большинство ГИС-систем различают геометрическую и атрибутивную компоненты баз данных ГИС. Их часто называют также пространственными (картографическими, геометрическими) и непространственными (табличными, реляционными) данными.

Картографичекая информация представляется точками, кривыми и площадными объектами.

Атрибутивная информация содержит текстовые, числовые, логические данные о картографических объектах. Большинство современных ГИС-инструментариев позволяют хранить информацию в составе БД, как правило, реляционных.

Атрибутивная информация хранится в виде отдельных табличных файлов, как правило, в форматах реляционных баз данных систем DBF, PARADOX, ORACLE, INGRESS. Такой способ характерен как для западных коммерческих продуктов, так и современных отечественных разработок.

1. ^

   ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМАХ

1. Технологии распределенных вычислений (РВ)

Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы, чтобы реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных.

Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений .

В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать почти все классы их задач. Однако сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству, и это приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затратах. Нельзя не учитывать и тот факт, что доступ к ресурсам компьютеров был затруднен из-за существующей политики централизации вычислительных средств в одном месте.

Принцип централизованной обработки данных (рис. 5.1) не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя центральной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом.

I

Рис. 5.1 - Система централизованной обработки данных

Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных (рис. 5.2).

Рис. 5.2 - Система распределенной обработки данных

Распределенная обработка данных - обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

В основе распределенных вычислений лежат две основные идеи:

• 
  много организационно и физически распределенных пользователей, одновременно работающих с общими данными - общей базой данных (пользователи с разными именами, которые могут располагаться на различных вычислительных установках, с различными полномочиями и задачами);
• 
  логически и физически распределенные данные, составляющие и образующие тем не менее, общую базу данных (отдельные таблицы, записи и даже поля могут располагаться на различных вычислительных установках или входить в различные локальные базы данных).

• 
  многомашинные вычислительные комплексы (МВК);
• 
  компьютерные (вычислительные) сети.

Многомашинные вычислительные комплексы могут быть:

• 
  локальными, при условии установки компьютеров в одном помещении, не требующих для взаимосвязи специального оборудования и каналов связи;
• 
  дистанционными, если некоторые компьютеры комплекса установлены на значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данных используются телефонные каналы связи.

Пример 2 . ЭВМ, осуществляющая сбор данных по некоторому региону, выполняет их предварительную обработку и передает для дальнейшего использования на центральную ЭВМ по телефонному каналу связи. Это дистанционный многомашинный комплекс.

Компьютерная (вычислительная) сеть - вычислительная система, включающая в себя несколько компьютеров, терминалов и других аппаратных средств, соединенных между собой линиями связи, обеспечивающими передачу данных

Терминал - устройство, предназначенное для взаимодействия пользователя с вычислительной системой или сетью ЭВМ. Состоит из устройства ввода (чаще всего это клавиатура) и одного или нескольких устройств вывода (дисплей, принтер и т.д.).

Лекция 7Прикладные информационные технологии: информационные технологии в образовании, технологии автоматизированного проектирования План Информационные технологии в образовании Информационные технологии автоматизированного проектирования

Информационные технологии в образовании В процессе информатизации образования необходимо выделить следующие аспекты: Методологический аспект Экономический аспект Технический аспект Технологический аспект Методический аспект

Методологический аспект. Главной проблемой является выработка основных принципов образовательного процесса, соответствующих современному уровню информационных технологий. На данном этапе новые технологии искусственно накладываются на традиционные образовательные формы.

Экономический аспект. Экономической основой информационного общества являются отрасли информационной индустрии (телекоммуникационная, компьютерная, электронная, аудиовизуальная), которые переживают процесс технологической конвергенции и корпоративных слияний. Происходит интенсивный процесс превращения «электронной торговли» по телекоммуникациям в средство ведения бизнеса.

Технический аспект. В настоящее время создано и внедрено достаточно большое число программных и технических разработок, реализующих отдельные информационные технологии, использующие несовместимые технические и программные средства, что затрудняет тиражирование, становится преградой на пути общения с информационными ресурсами и компьютерной техникой. Поэтому новизной данного проекта является разработка типовой модели информатизации со всеми компонентами компьютеризации и видами обеспечения.

Технологический аспект. Технологической основой информационного общества являются телекоммуникационные и информационные технологии, которые стали лидерами технологического прогресса, неотъемлемым элементом любых современных технологий и становлению информационного общества.

Методический аспект. Основные преимущества современных информационных технологий (наглядность, возможность использования комбинированных форм представления информации – данные, стереозвучание, графическое изображение, анимация, обработка и хранение больших объемов информации, доступ к мировым информационным ресурсам) должны стать основой поддержки процесса образования.

Эффективность использования информационных ресурсов в обучении Основные факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов в образовательном процессе: 1. Информационная перегрузка – это реальность. 2. Внедрение современных информационных технологий целесообразно в том случае, если это позволяет создать дополнительные возможности в следующих направлениях: доступ к большому объему учебной информации; образная наглядная форма представления изучаемого материала; поддержка активных методов обучения; возможность вложенного модульного представления информации. 3. Выполнение следующих дидактических требований: целесообразность представления учебного материала; достаточность, наглядность, полнота, современность и структурированность учебного материала; многослойность представления учебного материала по уровню сложности; своевременность и полнота контрольных вопросов и тестов; протоколирование действий во время работы; интерактивность, возможность выбора режима работы с учебным материалом; 4. Компьютерная поддержка каждого изучаемого предмета.

Положительные и отрицательные качества использования ИТ большей адаптации обучаемого к учебному материалу; возможности выбора более подходящего для обучаемого метода усвоения предмета; регулирования интенсивности обучения на различных этапах учебного процесса; самоконтроля; Доступа к образовательным ресурсам российского и мирового уровня; поддержки активных методов обучения; образной наглядной формы представления изучаемого материала; модульного принципа построения; развития самостоятельного обучения. психобиологические культурные, угрожающие самобытности обучаемых; социально-экономические создающие неравные возможности получения качественного образования; политические, способствующие разрушению гражданского общества в национальных государствах; Этические и правовые, приводящие к бесконтрольному копированию и использованию чужой интеллектуальной собственности.

Направления использования информационных технологий В настоящее время получили широкое применение следующие направления использования информационных технологий: Компьютерные программы и обучающие системы (ИТО). Системы на базе мультимедиа-технологии, построенные с применением видеотехники. Интеллектуальные обучающие экспертные системы Информационные среды на основе баз данных и баз знаний. Телекоммуникационные системы, реализующие электронную почту, телеконференции и т.д. Электронные настольные типографии. Электронные библиотеки как распределенного, так и централизованного характера Геоинформационные системы Системы защиты информации различной ориентации.

Информационные технологии автоматизированного проектирования В современном информационном обществе необходимы представления о назначении и возможностях компьютерных систем автоматизированного проектирования (САПР). Такие системы позволяют быстро создать чертеж или схему.

Основные направления создания САПР-продуктов универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации; открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях); графический редактор и графическая среда приложений; открытая среда конструкторского проектирования; САПР для непрофессионалов

САПР уровня ячеек (Р – CAD, OrCAD, DesignLab, ACCEL EDA, CADdy), обеспечивающие ввод схемы, разводку и производство печатных плат; схемотехнические САПР (PSpice, MicroCAP, Electronics Workbench, SISIE, MR-CAD, Симпатия, CircuitMaker, Dynamo), обеспечивающие ввод схемы и ее моделирование; САПР объемных конструкций (AutoCAD, EUCLID, T-FLEX CAD и др.), обеспечивающие разработку и выпуск конструкторской документации.

Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования, называется техническим обеспечением САПР.

Технические средства совместно с общими системным программным обеспечением являются инструментальной базой САПР. Они образуют физическую среду, в которой реализуются другие виды обеспечения САПР (математическое, лингвистическое, информационное и пр.).

Технические средства в САПР решают задачи:

Ввода исходных данных описания объекта проектирования;

Отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;

Преобразования информации (изменения формы представления данных, перекодировки, трансляции, выполнения арифметических и логических операций, изменения структуры данных и т. п.);

Хранения различной информации;

Отображения итоговых и промежуточных результатов решения;

Оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.

Для решения этих задач технические средства (ТС) САПР должны содержать процессоры, оперативную память (ОП), внешние запоминающие устройства (ВЗУ), устройства ввода-вывода информации (УВВИ), технические средства машинной графики, устройства оперативного общения человека с ЭВМ, устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами. При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в составе ТС должны быть включены устройства, приобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками, технологическими комплексами, автоматами. Номенклатура ТС, входящих в комплекс технических средств (КТС) САПР следующая:

1 ЭВМ (центральные процессоры, специализированные процессоры, оперативная память, процессоры ввода-вывода, устройства сопряжения интерфейсов)

2 Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, накопители на гибких магнитных дисках, накопители на магнитной ленте)

3 Устройства ввода-вывода информации (устройства ввода-вывода с перфокарт, устройства ввода-вывода с перфолент, печатающие устройства, устройства вывода на микрофиши, растровые печатающие устройства)

4 Устройства оперативной связи с ЭВМ (алфавитно-цифровые дисплеи, устройства речевого ввода-вывода, устройства управления курсором, графические дисплеи)

5 Устройства машинной графики (устройства кодирования графической информации, графопостроители, графические дисплеи, устройства управления курсором, растровые печатающие устройства)

6 Устройства подготовки данных

7 Устройства связи с технологическим оборудованием

8 Технические средства теледоступа и сетей ЭВМ (мультиплексоры передачи данных, аппаратура передачи данных, сетевые контролеры, связные процессоры, каналы связи).

Перечисленные задачи ТС решают совместно с общесистемным программным обеспечением. Под общесистемным программным обеспечением подразумеваются операционные системы (ОС) ЭВМ. Совокупность технических средств ЭВМ и ее программного обеспечения называют вычислительной системой (ВС).

Характеристики конкретной САПР в значительной степени определяются составом КТС и общесистемного программного обеспечения, которые должны обеспечивать:

Производительность ЭВМ, достаточную для решения всех проектных задач;

возможность оперативного взаимодействия проектировщика с ЭВМ в процессе проектирования;

Простоту освоения, эксплуатации и обслуживания КТС;

Открытость КТС для реконфигурации и дальнейшего развития;

Широкое использование входной и выходной графической информации о проектируемом объекте;

• 
  информационную связь между различными уровнями проектирования.

5.1.2 Общие сведения об ЭВМ и ВС, используемых в САПР

Основной КТС САПР являются разнообразные ЭВМ. При определении возможности использования той или иной ЭВМ в составе КТС их оценивают по совокупности различных показателей, главные из которых - технические характеристики, стоимость приобретения и эксплуатации.

К основным техническим параметрам ЭВМ относятся производительность, емкость оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), пропускную способность подсистемы ввода-вывода информации, надежность функционирования и др.

Производительность - один из важнейших показателей ЭВМ, измеряемые количеством операций, выполняемых за единицу времени (обычно операций в секунду). Этот показатель для разных типов ЭВМ колеблется от нескольких сотен до сотен миллионов операций в секунду. В последние годы производительность определяется тактовой частотой процессора.

Емкость ОЗУ определяет возможности ЭВМ по выполнению сложных программ с обработкой больших объемов информации. Емкость ОЗУ может выражаться в битах, байтах, словах, килобайтах, мегабайтах и т.п. Наиболее распространена оценка емкости ОЗУ в байтах, килобайтах (1Кбайт=1024 байт), мегабайтах (1Мбайт=1024Кбайт), гигабайтах (1Гбайт=1024Мбайт). Емкость ОЗУ для ЭВМ, используемых в САПР, колеблется от десятков килобайт до единиц гигабайтов.

Пропускная способность подсистем ввода-вывода ЭВМ, позволяет определить возможности ЭВМ при обмене информацией с различными периферийными устройствами или другими ЭВМ. Она измеряется максимальным количеством единиц информации, переданная через подсистему ввода-вывода за единицу времени.

Надежность функционирования ЭВМ оценивается рядом показателей, имеющих вероятностный характер, например, вероятностью безотказной работы в течении заданного интервала времени, наработкой на отказ, средним временем восстановления работоспособности ЭВМ, коэффициентом готовности и т. д.

В настоящее время для работы САПР, в основном, используются ЭВМ общего назначения. На сегодняшний день в мире существует множество ЭВМ (далее – компьютеров) различных групп сложности, различных поколений, и здесь будет приведен краткий обзор компьютеров лишь одной фирмы IBM, как общепризнанного лидера в производстве и продаже вычислительной техники. Вся компьютерная серия IBM программно и технически совместима внутри себя, что послужило ее широкому распространению в том числе для автоматизации технологического проектирования.