Тема 5. Применение ЭВМ в автоматизации производства

Тема 5. Применение ЭВМ в автоматизации производства.

Урок 23. Система автоматизированного проектирования. Автоматизированные рабочие места.

Целеполагание: рассмотреть понятие систем автоматизированного проектирования, виды обеспечения работы САПР, основные подсистемы, области применения; формировать единую научно-техническую картину мира; формировать понятие принципов управления производством.

Оснащение: карточки-опоры; кодограммы, тесты

Литература:

1.  «Проблемы и принципы создания САПР» М. «высшая школа», 1990г.

2.  «Технические средства и операционные системы САПР» М. «Высшая школа» , 1986г.

3.  «САПР и автоматизация производства» 1999г.

4.  , , «АРМ для статистической обработки данных» М. «Финансы и статистика», 1990г.

5.  «автоматизированные рабочие места на основе персональных ЭВМ», М. «Финансы и статистика», 1989г.

6.  , , «Автоматизация производства» М., 2002г.

7.  , , «Автоматизация производства на основе ВТ» М., «Высшая школа», 1987г.

8.  «Энциклопедия машиностроения» Т.4. М., «Машиностроение» 1999г.

9.  Карагодова рабочие места в системе управления предприятием, Москва, 2004 г.

10.  Патрезина , Москва, 2004 г.

Ход урока:

1.  Опрос по материалу предыдущего урока.

2.  Объяснение нового материала.

3.  Закрепление.

4.  Домашнее задание.

1.  Опрос: а) фронтальный опрос:

-  Что такое АСУ?

-  Из каких подсистем состоит АСУ?

-  Назовите виды АСУ?

-  Чьей функцией является: сбор и обработка информации?

-  Назовите функции человека в АСУ?

-  Назовите функции АСУ?

-  Назовите уровни АСУ?

-  Назовите классы АСУ?

-  Назовите области применения АСУ?

в) тестовые задания.

2.Основные понятия: АСУ, виды обеспечения АСУ, подсистемы САПР, применение САПР, автоматизированные рабочие места.

Содержание: Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов – важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень ускорения научно-технического прогресса. Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) опирается на прочную научно-техническую базу. Это – современные средства вычислительной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов. В настоящее время созданы и применяются в основном средства и методы, обеспечивающие автоматизацию рутинных процедур и операций, таких, как подготовка текстовой документации, преобразование технических чертежей, построение графических изображений и т. д.

Автоматизированное проектирование является мощным средством решения многих задач. Работая на индивидуальной рабочей станции, инженер может получить полное решение задачи в течение нескольких часов, причем результаты работы будут хорошо документированы (листинги, тексты, графики). Проектировщик в состоянии решить свою задачу самостоятельно, без помощи программистов. Наши исследования показали, что автоматизированные средства позволили существенно увеличить эффективность анализа и проектирования систем управления. Мы надеемся, что системы автоматизированного проектирования (САПР) позволят эффективно применять современную теорию управления.

САПР систем управления находится на начальном этапе своего развития. В разных местах внедрено небольшое количество пакетов, многие пакеты разрабатываются. Пакеты, с которыми мы экспериментировали, хорошо адаптируются к персональным компьютерам и рабочим станциям, готовящимся к выпуску. Для эффективного диалога человека с ЭВМ эти компьютеры будут оборудованы цветными дисплеями с высоким разрешением.

Их вычислительная мощность позволит реализовать более сложные пакеты с новыми алгоритмами. САПР внедряют во многие области инженерной деятельности, что делает полезным обмен опытом по их разработке и использованию в разных отраслях науки и техники.

Для быстрого и эффективного проектирования стало необходимо автоматизировать проектные работы, это возможно только с помощью САПР.

САПР включает следующие виды обеспечения:

-  программное

-  техническое

-  информационное

-  организационное

Математическое обеспечение САПР. Основа – это алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР. Среди разнообразных элементов математического обеспечения имеются инвариантные элементы-принципы построения функциональных модулей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиски экстремума. Разработка математического обеспечения является самым сложным этапом создания САПР, от которого в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования САПР в целом.

Программное обеспечение САПР. Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования, Программное обеспечение делится на общесистемное и специальное (прикладное) ПО. Общесистемное ПО предназначено для организации функционирования технических средств, т. е. Для планирования и управления вычислительном процессом, распределения имеющихся ресурсов, о представлено различными операционными системами. В специальном ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур.

Информационное обеспечение САПР. Основу составляют данные, которыми пользуются проектировщики в процессе проектирования непосредственно для выработки проектных решений. Эти данные могут быть представлены в виде тех или иных документов на различных носителях, содержащих сведения справочного характера о материалах, параметрах элементов, сведения о состояниях текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений.

Техническое обеспечение САПР. Это создание и использование ЭВМ, графопостроителей, оргтехники и всевозможных технических устройств, облегчающих процесс автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение САПР. Основу составляют специальные языковые средства (языки проектирования), предназначенные для описания процедур автоматизированного проектирования и проектных решений. Основная часть лингвистического обеспечения – языки общения человека с ЭВМ.

Методическое обеспечение САПР. Под методическим обеспечением САПР понимают входящие в ее состав документы, регламентирующие порядок ее эксплуатации. Причем документы, относящиеся к процессу создания САПР, не входят в состав методического обеспечения. Так в основном документы методического обеспечения носят инструктивный характер и их разработка является процессом творческим.

Комплектование подразделений САПР профессиональными кадрами. Этот пункт предписывает комплектование подразделений САПР проффесионально-грамотными специалистами, имеющими навыки и знания для работы с перечисленными выше компонентами САПР. От их работы будет зависеть эффективность и качество работы всего комплекса САПР (может даже всего производства).

Структурно САПР состоит из двух подсистем:

-  проектирующей;

-  обслуживающей.

Проектирующие подсистемы служат для выполнения процедур или операций, непосредственно связанных с процессом проектирования объекта.

Обслуживание подсистемы предназначаются для поддержания работоспособности проектирующей подсистемы. К их числу относятся: базы данных, системы обработки текстов, системы обучения, моделирование и т. д.

В состав САПР входят:

¨  Центральная ЭВМ, предназначена для хранения всей информации и управления работы АРМ. В качестве центральной ЭВМ используют большие ВМ серии ЕСЭВМ (ЕС 1045, ЕС 1066).

¨  Автоматизированные рабочие места (АРМ), для ввода и вывода графической информации, В АРМ используют микроЭВМ с устройствами ввода, вывода графической информации (графопостроители, цветные графические дисплеи)

Технические средства и общее системное программное обеспечение являются инструментальной базой САПР. Они образуют физическую среду, в которой реализуются другие виды обеспечения САПР. Инженер, взаимодействуя с этой средой и решая различные задачи проектирования, осуществляет автоматическое проектирование технических объектов. Технические средства и общее программное обеспечение в процессе проектирования выполняют и решают такие задачи

как:

а) ввода исходных данных описания объекта проектирования;

б) отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;

в) преобразования информации;

г) хранение и оперативного общения проектировщика с системой;

и многие другие функции.

Для решения этих задач технические средства САПР должны содержать процессоры, оперативную память, внешние запоминающие устройства, устройства ввода-вывода информации, технические средства машинной графики и многие др. устройства. На сегодняшний день существует очень много разнообразных ЭВМ. Основные технические характеристики по которым ЭВМ разделены на группы это: производительность, емкость оперативного запоминающего устройства, пропускная способность подсистемы ввода-вывода информации, надежность функционирования и др.

Под автоматизированным рабочим местом понимается профессионально-ориентированный комплекс, включающий в себя технологические и программные средства, информационное и методическое обеспечение для решения задач пользователя непосредственно на его рабочем месте в режиме диалога с ЭВМ.

Автоматизированное рабочее место – представляет собой комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих оперативное удовлетворение информационных и вычислительных потребностей специалиста и размещенных на его рабочем месте.

По своему назначению АРМ представляют собой вычислительные системы, расположенные на рабочих местах специалистов, служащие автоматизации их работ.

Роль АРМ определяется характером их участия в процессе управления той или иной сферы производственной деятельности.

По составу АРМ представляет комплекс технических средств (ПЭВМ, коммуникационное, печатающее, множительное и др. оборудование), программных средств, программного обеспечения (системные – Windows, OS/2, Unix, прикладные и вспомогательные программы), информационное и методологическое обеспечение.

Структурная схема автоматизированного рабочего места

 

В настоящее время внедрение АРМ управленческого персонала осуществляется на предприятиях, где обычно функционирует централизованная система обработки информации на базе АСУП.

Целесообразность использования АРМ в хозяйстве определяется коэффициентом эффективности его применения. Эффективность использования АРМ возникает на практике лишь при условии правильного распределения функций и нагрузки между человеком и машинными средствами обработки информации. В этом случае будет наблюдаться не только повышенная эффективность управления и производства, но и социальный фактор комфортного и безопасного труда специалиста.

Непосредственным исполнителем практических задач в составе АРМ, как уже отмечалось, является аппаратный комплекс. Основным элементом которого является компьютер.

Виды АРМ по режиму эксплуатации

§  АРМ одиночного режима эксплуатации;

§  АРМ группового режима эксплуатации;

§  АРМ сетевого режима эксплуатации.

В одиночном режиме АРМ реализуется на обособленной ПЭВМ, все ресурсы которой находятся в монопольном распоряжении пользователя. Такое рабочее место ориентировано на решение нестандартных специфических задач, и для его реализации применяются ЭВМ небольшой мощности.

При групповой эксплуатации на базе одной ЭВМ реализуется несколько рабочих мест, объединенных по принципу административной или функциональной общности. В этом случае требуются более мощные ЭВМ и достаточно сложное программное обеспечение.

Сетевой режим эксплуатации объединяет достоинства одиночного и группового режимов. В этом случае каждое АРМ строится на базе одной ЭВМ, но и в то же время предусматривается возможность использовать некоторые общие ресурсы вычислительной сети.

Требования безопасности и комфорта в работе с компьютерной техникой выходят на первый план наравне с требованиями к производительности. Особенно значимым в этом отношении должен стать постепенный отказ от мониторов с электронно-лучевой трубкой и внедрение полностью безопасных для человека жидкокристаллических мониторов.

КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РАБОЧИХ МЕСТ

1.  Индивидуальные рабочие места характерны для руководите­лей различных рангов.

2.  Групповые рабочие места характерны для лиц, готовящих ин­формацию с целью ее дальнейшего использования и принятия уп­равленческих решений руководителями (рабочие места финанси­стов, бухгалтеров, делопроизводителей и др.). На ручном немеха­низированном рабочем месте в распоряжении работника имеются стол, специальная мебель, телефон, линейки, таблицы и другие под­собные средства. Механизированное рабочее место характеризу­ется включением в выполняемый на нем процесс простейших и программируемых калькуляторов. Компьютеризованное рабочее место предполагает непременное использование персонального компьютера с развитым обеспечением.

Создание автоматизированных рабочих мест предполагает, что основные операции по накоплению, хранению и переработке инфор­мации возлагаются на вычислительную технику, а специалист выпол­няет определенную часть ручных операций и операций, требующих творческого подхода при подготовке управленческих решений. Создание АРМ обеспечивает:

♦ возможность расширения сферы их применения за счет про­стоты изменения состава прикладных программных средств;

♦  простоту, удобство и «дружественность» по отношению к пользователю;

♦  простоту адаптации к конкретным функциям пользователя;

♦  компактность размещения и невысокие требования к усло­виям эксплуатации;

♦  высокую надежность и живучесть, сравнительно простую организацию технического обслуживания;

♦  возможность поэтапного внедрения и др.

ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА СОЗДАНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РАБОЧИХ МЕСТ

При построении автоматизированного рабочего места возмож­ны различные архитектурно-технологические решения. В частно­сти, оно может быть организовано:

♦  на базе больших универсальных ЭВМ;

♦  на базе малых ЭВМ;

♦  на базе персональных компьютеров.

При любом решении пользователь должен иметь на своем ра­бочем месте устройства, помогающие выполнять его должностные функции. К таким устройствам относятся алфавитно-цифровые или графические дисплеи, устройства ввода-вывода, накопители на магнитных носителях, средства связи и другие средства.

Автоматизированное рабочее место, построенное на базе больших универсальных ЭВМ, обеспечивает возможность рабо­тать с большими базами данных при технической и программной поддержке, осуществляемой силами работников собственного ин­формационно-вычислительного центра.

Однако существует ряд факторов, которые затрудняют широкое использование больших универсальных ЭВМ в качестве базы для создания автоматизиро­ванных рабочих мест.

Такими факторами являются:

♦  необходимость специального подразделения по техническо­му и программному обеспечению вычислительных средств;

♦  недостаточная гибкость используемых программных средств;

♦  жесткость требований технических средств по отношению к операционной системе;

♦  высокая стоимость машинных ресурсов;

♦  слабая ориентация вычислительной системы на пользова­теля-непрограммиста и др.

Автоматизированные рабочие места, построенные на базе ма­лых ЭВМ, несколько снижают стоимостные затраты, но сохраня­ют большинство указанных недостатков.

Автоматизированные рабочие места, созданные на базе пер­сональных компьютеров, являются наиболее простым и распрост­раненным вариантом автоматизированного рабочего места.

Посмотрите, как человек постепенно освобождался от утомительного труда у станка:

1 — не было двигателя, рабочий приводил в движение станок, дер­жал в руках резец и управлял работой; 2 — применили двигатель; 3 — сконструировали суппорт; 4 — создали копировальный станок, освободив чело­века полностью от ручного труда; 5 — на заводах-автоматах ЭВМ заменили человека и в функциях контроля.

Примеры применения САПР:

§  Автоматизация проектирования программного обеспечения. Эффективность разработки программного обеспечения систем можно повысить путем формализации части операций и автоматизации рутинных процедур. К ним относятся процедуры трансформации описаний программ, их анализ, оформление программной документации, тестирование и др. Автоматизация проектирования ПО состоит из: языков программирования, системы управления процессом разработки программ, систем анализа и документирования программного продукта.

§  Автоматизированная система технологической подготовки производства. Она может функционировать как система САПР. Предназначается для проектирования технологических процессов, оснастки, инструмента и специального технологического оборудования с помощью аппаратно-программных средств вычислительной техники. В состав АСТПП входит специализированная информационная база (банк информации).

§  Автоматизированная система научных исследований. Научные исследования предшествуют процессу проектирования сложных систем и производятся для экспериментальной проверки результатов проектирования. В качестве технической базы АСНИ служат ЭВМ высокой производительности, имеющие большую оперативную и внешнюю память.

В последние годы возникла концепция распределенных систем управления народным хозяйством, где предусматривается локальная обработка информации. Для реализации идеи распределенного управления необходимо создание для каждого уровня управления и каждой предметной области автоматизированных рабочих мест на базе профессиональных ЭВМ. Для каждого объекта управления нужно предусматривать автоматизированные рабочие места, соответствующие их функциональному назначению. Однако принцип создания АРМ должен быть общим: системность, гибкость, устойчивость, эффективность.

Принцип гибкости означает приспособленность системы к возможным перестройкам. Принцип устойчивости заключается в том, что система автоматизированных рабочих мест должна выполнять основные функции независимо от воздействия на нее внутренних и внешних возмущающих факторов. Эффективность автоматизированных рабочих мест следует рассматривать как интегральный показатель уровня реализации приведенных выше принципов и затраты на создание и эксплуатацию системы.

Функционирование АРМ может дать желаемый эффект при условии правильного распределения функций и нагрузки между человеком и машинными средствами обработки информации, ядром которых является ЭВМ.

Техника безопасности.

Защита данных в компьютерных сетях становится одной из самых открытых проблем в современных информационно-вычислительных системах. На сегодняшний день сформулировано три базовых принципа информационной безопасности, задачей которой является обеспечение:

-  целостности данных – защита от сбоев, ведущих к потере информации или ее уничтожению;

-  конфиденциальности информации;

-  доступности информации для авторизованных пользователей.

Рассматривая проблемы, связанные с защитой данных в сети, возникает вопрос о классификации сбоев и несанкционированности доступа, что ведет к потери или нежелательному изменению данных. Это могут быть сбои оборудования (кабельной системы, дисковых систем, серверов, рабочих станций и т. д.) потеря информации (из-за инфицирования компьютерными вирусами, неправильного хранения архивных данных, нарушений прав доступа к данным), некорректная работа пользователей и обслуживающего персонала. Перечисленные нарушения работы в сети вызвали необходимость создания различных видов защиты информации. Условно их можно разделить на три класса:

-  средства физической защиты;

-  программные средства (антивирусные программы, система разграничения полномочий, программные средства контроля доступа);

-  административные меры защиты (доступ в помещение, разработка стратегий безопасности фирмы и т. д.).

Одним из средств физической защиты являются системы архивирования и дублирования информации. В локальных сетях, где установлены один-два сервера, чаще всего система устанавливается непосредственно в свободные слоты серверов. В крупных корпоративных сетях предпочтение отдается выделенному специализированному архивационному серверу, который автоматически архивирует информацию с жестких дисков серверов и рабочих станций в определенное время, установленное администратором сети, выдавая отчет о проведенном резервном копировании. Наиболее распространенными моделями архивированных серверов являются Storage Express System корпорации Intel ARC serve for Windows.

3.  Закрепление: ответьте на вопросы:

q  Для каких целей применяется САПР?

q  Назовите состав САПР?

q  Какие подсистемы входят в состав САПР?

q  Что такое АРМ?

q  Какие виды АРМ вы знаете?

q  Что из себя представляет ТБ для САПР?

4.  Задание на дом.

-  Назначение САПР.

-  Состав САПР.

-  Примеры применения САПР.

-  АРМ.