Системы автоматизации программирования реферат
Обновлено: 17.06.2024
Понятие, назначение и составные элементы систем программирования.
Неотъемлемая часть современных ЭВМ – системы программного обеспечения, являющиеся логическим продолжением логических средств ЭВМ, расширяющим возможности аппаратуры и сферу их использования. Система программного обеспечения, являясь посредником между человеком и техническими устройствами машины, автоматизирует выполнение тех или иных функций в зависимости от профиля специалистов и режимов их взаимодействия с ЭВМ. Основное назначение программного обеспечения – повышение эффективности труда пользователя, а также увеличение пропускной способности ЭВМ посредством сокращения времени и затрат на подготовку и выполнение программ. Программное обеспечение ЭВМ можно подразделить на общее и специальное программное обеспечение.
Общее программное обеспечение реализует функции, связанные с работой ЭВМ, и включает в себя системы программирования, операционные системы, комплекс программ технического обслуживания.
Специальное программное обеспечение включает в себя пакеты прикладных программ, которые проблемно ориентированы на решение вполне определенного класса задач.
Системой программирования называется комплекс программ, предназначенный для автоматизации программирования задач на ЭВМ. Система программирования освобождает проблемного пользователя или прикладного программиста от необходимости написания программ решения своих задач на неудобном для него языке машинных команд и предоставляют им возможность использовать специальные языки более высокого уровня. Для каждого из таких языков, называемых входными или исходными, система программирования имеет программу, осуществляющую автоматический перевод (трансляцию) текстов программы с входного языка на язык машины. Обычно система программирования содержит описания применяемых языков программирования, программы-трансляторы с этих языков, а также развитую библиотеку стандартных подпрограмм. Важно различать язык программирования и реализацию языка.
Язык – это набор правил, определяющих систему записей, составляющих программу, синтаксис и семантику используемых грамматических конструкций.
Реализация языка – это системная программа, которая переводит (преобразует) записи на языке высокого уровня в последовательность машинных команд.
Имеется два основных вида средств реализации языка: компиляторы и интерпретаторы.
Компилятор транслирует весь текст программы, написанной на языке высокого уровня, в ходе непрерывного процесса. При этом создается полная программа в машинных кодах, которую затем ЭВМ выполняет без участия компилятора.
Интерпретатор последовательно анализирует по одному оператору программы, превращая при этом каждую синтаксическую конструкцию, записанную на языке высокого уровня, в машинные коды и выполняя их одна за другой. Интерпретатор должен постоянно присутствовать в зоне основной памяти вместе с интерпретируемой программой, что требует значительных объемов памяти.
Следует заметить, что любой язык программирования может быть как интерпретируемым, так и компилируемым, но в большинстве случаев у каждого языка есть свой предпочтительный способ реализации. Языки Фортран, Паскаль в основном компилируют; язык Ассемблер почти всегда интерпретирует; языки Бейсик и Лисп широко используют оба способа.
Основным преимуществом компиляции является скорость выполнения готовой программы. Интерпретируемая программа неизбежно выполняется медленнее, чем компилируемая, поскольку интерпретатор должен строить соответствующую последовательность команд в момент, когда инструкция предписывает выполнение.
В то же время интерпретируемый язык часто более удобен для программиста, особенно начинающего. Он позволяет проконтролировать результат каждой операции. Особенно хорошо такой язык подходит для диалогового стиля разработки программ, когда отдельные части программы можно написать, проверить и выполнить в ходе создания программы, не отключая интерпретатора.
По набору входных языков различают системы программирования одно- и многоязыковые. Отличительная черта многоязыковых систем состоит в том, что отдельные части программы можно составлять на разных языках и помощью специальных обрабатывающих программ объединять их в готовую для исполнения на ЭВМ программу.
Для построения языков программирования используется совокупность общепринятых символов и правил, позволяющих описывать алгоритмы решаемых задач и однозначно истолковывать смысл созданного написания. Основной тенденцией в развитии языков программирования является повышение их семантического уровня с целью облегчения процесса разработки программ и увеличения производительности труда их составителей.
По структуре, уровню формализации входного языка и целевому назначению различают системы программирования машинно-ориентированные и машинно-независимые.
Машинно-ориентированные системы программирования имеют входной язык, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные системы позволяют использовать все возможности и особенности машинно-зависимых языков:
· высокое качество создаваемых программ;
· возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;
· предсказуемость объектного кода и заказов памяти;
· для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;
· трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;
· низкая скорость программирования;
· невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.
Машинно-ориентированные системы по степени автоматического программирования подразделяются на классы:
1. Машинный язык. В таких системах программирования отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный Язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции. В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно-аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.
2. Система Символического Кодирования. В данных системах используются Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), которые так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены символами (идентификаторами), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ. Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.
4. Макрос. В таких системах язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму – называется Макрос (средство замены). В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макросопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов – выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.
Машинно-независимые системы программирования – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ. В таких системах программы, составляемые языках, имеющих название высокоуровневых языков программирования, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка (задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на МЯ. Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.
Среди машинно-независимых систем программирования следует выделить:
2. Проблемно-ориентированные системыв качестве входного языка используют язык программирования с проблемной ориентацией. С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач. Эти языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме. Программы, составленные на основе этих языков программирования, записаны в терминах решаемой задачи и реализуются выполнением соответствующих процедур.
3. Диалоговые языки. Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами – создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач. Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользователем потребовала сохранения в памяти ЭВМ копии исходной программы даже после получения объектной программы в машинных кодах. При внесении изменений в программу система программирования с помощью специальных таблиц устанавливает взаимосвязь структур исходной и объектной программ. Это позволяет осуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе.
4. Непроцедурные языки. Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операционными системами. Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны выполнятся, прежде чем переходить к какому-либо действию. Одна таблица решений, описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения. Табличные методы легко осваиваются специалистами любых профессий. Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе.
В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты.
1. Текстовый редактор . Специализированные текстовые редакторы, ориентированные на конкретный язык программирования, необходимы для получения файла с исходным текстом программы, который содержит набор стандартных символов для записи алгоритма.
2. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в машинный код. Исходный текст программы состоит, как правило, из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом , которые затем требуется объединить в одно целое. Кроме того, системы программирования, как правило, включают в себя библиотеки стандартных подпрограмм. Стандартные подпрограммы имеют единую форму обращения, что создает возможности автоматического включения таких подпрограмм в вызывающую программу и настройки их параметров.
3. Объектный код модулей и подключенные к нему стандартные функции обрабатывает специальная программа – редактор связей . Данная программа объединяет объектные коды с учетом требований операционной системы и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код для конкретной платформы. Исполнимый код это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютер, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась.
4. В современных системах программирования имеется еще один компонент – отладчик , который позволяет анализировать работу программы во время ее исполнения. С его помощью можно последовательно выполнять отдельные операторы исходного текста последовательно, наблюдая при этом, как меняются значения различных переменных.
5. В последние несколько лет в программировании (особенно для операционной среды Windows) наметился так называемый визуальный подход. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования . При этом используются готовые визуальные компоненты, свойства и поведение которых настраиваются с помощью специальных редакторов. Таким образом, происходит переход от языков программирования системного уровня к языкам сценариев.
Эти языки создавались для различных целей, что обусловило ряд фундаментальных различий между ним. Системные разрабатывались для построения структур данных и алгоритмов “с нуля”, начиная от таких примитивных элементов, как слово памяти компьютера. В отличие от этого, языки описания сценариев создавались для связывания готовых программ. Их применение подразумевает наличие достаточного ассортимента мощных компонентов, которые требуется только объединить друг с другом. Языки системного уровня используют строгий контроль типов данных, что помогает разработчикам приложении справляться со сложными задачами. Языки описания сценариев не используют понятие типа, что упрощает установление связей между компонентами, а также ускоряет разработку прикладных систем.
Языки описания сценариев основаны на несколько другом наборе компромиссов, чем языки системного уровня. В них скорость исполнения и строгость контроля типов ставятся в шкале приоритетов на более низкое место, но зато выше цениться производительность труда программиста и повторное использование. Это соотношение ценностей оказывается все более обоснованным по мере того, как компьютеры становятся быстродействующими и менее дорогими, чего нельзя сказать о программистах. Языки системного программирования хорошо подходят для создания компонентов, где основная сложность заключена в реализации алгоритмов и структур данных, тогда как языки описания сценариев лучше приспособлены для построения приложении из готовых компонентов, где сложность состоит в налаживании межкомпонентных связей. Задачи последнего рода получают все большее распространение, так что роль языков описания сценариев будет возрастать.
1. В.Ю. Демьяненко. Программные средства создания и ведения баз данных. –М.: Финансы и статистика, 1984.
2. В.А. Мясников, С.А. Майоров, Г.И. Новиков. ЭВМ для всех. –М.: Знание, 1985.
3. А.Г. Гейн. Основы информатики и вычислительной техники. –М.: Просвещение, 1997.
4. В.Ф. Ляхович. Основы информатики. –Ростов-на-Дону: Феникс, 1996.
5. Вычислительная техника и программирование / Под ред. А.В. Петрова –М.: Высш. шк., 1990.
Система автоматизации программирования (САП) представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для автоматизации одного изнаиболее важных этапов разработки - этапа программирования, т.е. перевода исходных алгоритмов автоматизированного управления на машинный язык, используемый в конкретной ЭВМ. Она существенно сокращает времяизготовления программы.
В общем случае эта система состоит из одного или нескольких входных языков, систем трансляции программ с этих языков и компоновки программ, баз данных проектирования и системы выпускатехнической документации на программные средства.
Система автоматизации программирования выполняет следующие функции:
— синтаксический и семантический контроль правильности записи программ на входныхязыках и выдачу информации о наличии, месте и характере ошибок;
— формирование структуры общего распределения памяти ЭВМ и описание глобальных переменных;
— трансляцию отдельных модулей комплексапрограмм, записанных на одном из входных языков, в объектные коды команд машины;
— компоновка оттранслированных программ по передаче управления, по глобальным переменным, а также по использованию общих зонпамяти ЭВМ в единую исполняемую программу;
— накопление в базе данных проектирования результатов трансляции модулей для их последующей комплексной отладки и загрузки в память управляющей ЭВМ;
—автоматизированный выпуск технической документации на программные средства и ее корректировку.
Требования к САП зависят от объема и сложности разрабатываемого программного обеспечения, имеющихся ресурсов для егосоздания, и ряда других конструктивных и организационных факторов.
Требования к САП состоят в следующем:
- снижение общей трудоемкости и длительности создания программ;
- повышение производительности трудапрограммистов;
- обеспечение высокого качества и надежности функционирования создаваемых программ;
- обеспечение унифицированной технологии разработки программ для.
Чтобы читать весь документ, зарегистрируйся.
Связанные рефераты
Автоматизация
. основе оперативных и перспективных решений. Поэтому автоматизация управленческих работ.
Автоматизация
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.Автоматизация бухгалтерского учета в России.
4 Стр. 17 Просмотры
автоматизация
Автоматизация
. университет им. И. И. ПОЛЗУНОВА Кафедра ХТ и ИЭ автоматизация парокотельной установки.
автоматизация
. Содержание Автоматизация 2 Автоматизация технологических процессов 3.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение
сроков проектирования, повышение качества разработки проектов - важнейшие
проблемы, решение которых определяет уровень ускорения научно-технического
прогресса общества. 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..
1.Понятие осистемах CAD/CAM/CAE (сквозные САПР).
Сквозные системы - это всеобъемлющий набор средств для автоматизации процессов и
технологической подготовки производства, а также различных объектов
промышленности. Системы включают в себя полный набор промышленно адаптированных
и доказавших свою эффективность программных модулей, функционально охватывающих
анализ и создание чертежей, подготовку производства на всех этапах, а также
обеспечивающих высокую функциональную гибкость всего цикла производства.
Данная система позволяет выполнять разработку самых сложных технических изделий:
жгуты электропроводки, детали из пластмассы, различные механические конструкции.
Это достигается с помощью еденного набора программных средств удовлетворяющих
специальным требованиям производства.
Системы представляют собой не просто объединенный набор отдельных программных
решений, а целостную интегрированную систему взаимосвязанных инструментальных
модулей способных функционировать на различных технических платформах,
взаимодействовать с другим производственным оборудованием, обрабатывать данные,
полученные путем достижения разработок новейшей технологии.
Системы CAD/CAM/CAE позволяют в масштабе целого предприятия логически связывать
всю информацию об изделии, обеспечивать быструю обработку и доступ к ней
пользователей работающих в разнородных системах. Так же они поддерживают
технологию параллельного проектирования и функционирования различных
подразделений согласовано выполняющих в рамках единой компьютерной модели
операции проектирования, сборки, тестирование изделия, подготовку производства и
поддержку изделия в течение всего его жизненного цикла.
Создаваемая системой модель основывается на интеграции данных и представляет
собой полное электронное описание изделия, где присутствует, как
конструкторская, технологическая, производственная и другие базы данных по
изделию. Это обеспечивает значительное улучшение качества, снижение
себестоимости и сокращение сроков выпуска изделия на рынок.
Каждая система разрабатывается руководствуясь задачами объединения и оптимизации
труда разработчиков и принимаемых при этом технологий в масштабах всего
предприятия для поддержания данной системой стратегии автоматического
2. Классификация ЭВМ.
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 :
ввода исходных данных описания объекта проектирования;
отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;
хранение и оперативного общения проектировщика с системой; и многие другие
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. ЭВМ, используемые в
САПР, можно разделить на две группы:
универсальные общего назначения;
Специализированные ЭВМ предназначены для решения узкого круга задач
проектирования конкретных технических объектов. Можно условно разделить ЭВМ на
группы по цене/производительности, но очень быстрый прогресс в области
разработки вычислительной техники размывают эту границу, превращая сегодняшнюю
супер-ЭВМ в простой калькулятор.
Разделяют вычислительные машины на супер-ЭВМ, ЭВМ высокой производительности и
ЭВМ средней производительности, они используются в основном для решения сложных
вычислительных задач (например, моделирования, параметрической оптимизации и
т.п.); мини-ЭВМ служат основой для создания типовых проблемно-ориентированных
комплексов; персональные ЭВМ предназначены для текущей повседневной работы
инженера; микро-ЭВМ получили широкое распространение, поскольку легко
встраиваются в различные устройства САПР. Приведем несколько примеров, где можно
проанализировать технические характеристики разных типов ЭВМ (таб.1) .
Параметры ЭВМСупер-ЭВМЭВМ высокой произв.ЭВМ средней произв.Супермини
Название.Cray X-MPIBM-3081ЕС1046VAX11/780СМ 50/60
Производ. млн. опер/сек. Максим.200 141,21,10,15
Разрядность машинного слова.6432323216
Емкость ОЗУ, байт.64М32М 8М8М128К
В начале 90-х годов в нашу страну хлынул большой поток зарубежной вычислительной
техники, произошел резкий скачок в развитии Российского рынка компьютерной и
оргтехники. Нам стали доступны последние достижения в мире Hardware, Software,
Multimedia. Так имея денежные средства можно без лишних усилий приобрести ЭВМ
любого класса и любой конфигурации. Принцип открытой архитектуры, впервые
используемый фирмой IBM, сделал самыми распространенными IBM-совместимые
компьютеры. По классам их можно подразделить на офисные компьютеры, сетевые
рабочие станции, графические станции, файл-серверы, видео-серверы, компьютеры
мультимедиа, Desktop, Laptop. Представители каждой группы имеют различные
Эти небольшие на вид машины несут в себе огромный вычислительный потенциал,
который нашел свое применение в системах автоматизированного проектирования,
анимации, банковского дела, образования и многих других сферах. Так, например,
Cray Research единственная компания, выпускающая вычислительную технику для
научных высокопроизводительных вычислений. Современные дорогостоящие ЭВМ
содержат по несколько десятков и даже сотен процессоров (например, MasPar MP-2
содержит 16000 процессоров) достигая при этом пиковой производительности в
несколько сотен Мфлоп. Простые же ЭВМ содержат обычно один процессор (
процессоры условно подразделяют на поколения 286, 386, 486, 586”Pentium”),
несколько мегабайт оперативной памяти (обычно она наращивается), жесткий диск
(постоянное запоминающее устройство - “винчестер”, емкость от нескольких Мб до
нескольких Гбайт), адаптеры видео-, мульти- и др. (для поддержания работы
различных устройств, как монитор, винчестер и т. д.). Все перечисленные
устройства устанавливаются на материнскую плату, к ней от блока питания подается
электрическая энергия и ЭВМ может работать. Это конечно не полный состав
компьютера (на самом деле он намного сложнее), но уже достаточно, чтобы
представить себе его сущность.
3. Организационное обеспечение САПР.
Стандарты по САПР требуют выделения в качестве самостоятельного компонента
организационного обеспечения, которое включает в себя положения, инструкции,
приказы, штатные расписания, квалифицированные требования и другие документы,
регламентирующие организационную структуру подразделений проектной организации и
взаимодействие подразделений с комплексом средств автоматизированного
проектирования. Функционирование САПР возможно только при наличии и
взаимодействии перечисленных ниже средств:
комплектование подразделений САПР профессиональными кадрами.
Теперь кратко разберёмся с назначением каждого компонента средств САПР.
Математическое обеспечение САПР. Основа - это алгоритмы, по которым
разрабатывается программное обеспечение САПР. Среди разнообразных элементов
математического обеспечения имеются инвариантные элементы-принципы построения
функциональных моделей, 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 обе печение 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 вычислительным процессом, распределения имеющихся
ресурсов, о представлено различными операционными системами. В специальном ПО
реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения
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 состоянии 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 её 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).
4. САПР плазаво-шаблонных работ.
Ранее в машиностроительном производстве все сложные детали изготавливали
плазово-шаблонным методом. С внедрением вычислительных средств, как большие,
малые и микро-ЭВМ, чертежные автоматы, станки с ЧПУ появилась возможность
отказаться от этого трудоемкого с многими недостатками метода производства. На
его смену пришел расчетно-плазовый метод, это комбинированный способ увязки,
более прогрессивный, чем плазово-шаблонный метод, но ещё не достигший
комплексной автоматизации. Расчетно-плазовому методу (РПМ) присущи все черты
будущего метода автоматизированного формообразования: широкое применение
математического аппарата, комплексная нормализация и типизация конструкторского
и технологического процессов, их естественное совмещение и развитие, широко
использование различных по мощности вычислительных средств и оборудования с ЧПУ
во всех звеньях основного производства и его подготовки. С другой стороны, целые
группы элементов конструкции и оснастки при этом методе проектируют, увязывают и
изготавливают по традиционной, но модернизированной технологии
Сущность РПМ заключается в таком построении системы
конструкторско-техно-логической подготовки производства, при котором
обеспечивается единство исходной информации, используемой в процессе
проектирования управляющих программ обработки деталей на станках с ЧПУ, с другой
стороны, и при создании плазово-шаблонной и объёмной оснастки, с другой. Это
разработкой и применением единой исходной геометрической информации в виде
математических, информационных и графических моделей коллективного
более полным проставлением размеров на чертежах с записью в них сведений,
необходимых и достаточных для однозначного их чтения различными исполнителями;
внедрением широко варьируемой схемы параллельно-последовального
формообразования объектов производства и их геометрической увязки, позволяющей
согласовывать формы и размеры деталей в процессе их параллельного изготовления
Особенности проектирования и задания поверхностей при РПМ заключается прежде
всего в широком применении для этих целей современных вычислительных и
технических средств, что позволяет выдать в производство любое число точных и
полноценных по объему информации расчетных таблиц. Важным звеном процесса
формообразования деталей является увязка поверхностей, которая представляет
собой их взаимное согласование по геометрическим параметрам. Увязка является
одним из основных факторов моделирования геометрических объектов, обеспечивающим
получение правильной информации. Графоаналитическая увязка при РПМ является
наиболее распространенным и рациональным способом согласования форм и размеров
элементов конструкций. При расчётно-плазовом методе важным источником
согласования стыкуемых участков поверхностей являются информационные модели.
Информационную модель обычно представляют в виде таблицы координат точек и
других геометрических параметров. При РПМ широко используется возможность
получения с ЭВМ и расчётных таблиц, и управляющей информации для вычерчивания
геометрической модели на чертёжном инструменте. При расчетно-плазовом методе
сокращается общее число операций по переносу форм и размеров, тем самым
уменьшаются потери точности, неизбежные при графических и визуальных способах
передачи и оценки геометрической информации. Кроме того, автоматизируется
процесс изготовления основных обводообразующих шаблонов на базе математических
моделей, ЭВМ и станков с ЧПУ, что также сокращает количество вспомогательной
оснастки. Точность изготовления шаблонов, качество их взаимной увязки всё больше
зависят от объективных факторов, поддающихся учёту и регулированию.
РПМ создаёт широкие перспективы для автоматизации технологических процессов не
только в области подготовки производства, но и в сфере основного производства
заготовительного, сборочного и особенно механообработке. При РПМ технический и
экономический эффекты достигаются благодаря:
сокращению сроков подготовки производства;
уменьшению технологического цикла изготовления опытных и серийных деталей;
повышению качества увязки и точности воспроизведения внешних форм всех
улучшению геометрической взаимозаменяемости деталей и узлов агрегата .
Сокращение сроков подготовки производства и уменьшение производственного цикла
обуславливается не только применением высокопроизводительного оборудования, но и
возможностью заранее, еще до запуска очередного изделия, провести большую работу
по подготовке прикладного программного обеспечения.
Наряду с вышеперечисленным внедрение расчётно-плазового метода позволяет
получить и другие положительные результаты:
последовательную ликвидацию тяжёлых работ и сокращение общей доли физического
труда в процессе подготовки основного производства;
стирание грани между физическим и умственным трудом, что находит выражение в
появлении смешанных специальностей, например, инженера-настройщика,
техника-оператора и др.;
разностороннее интеллектуальное развитие рабочего, занятого обслуживанием
новейшей программно-управляемой и электронно-вычислительной техники;
создание более высокой культуры производства, лучших условий труда на
участках, оснащенных новым автоматическим оборудованием.
Одной из характерных особенностей РПМ является возможность широкой кооперации на
всех стадиях проектирования и производства новых образцов техники, а также
гибкость, возможность широко варьировать организацию технологического процесса в
целях максимального использования производственных мощностей и в первую очередь
- современного оборудования с ЧПУ.
РПМ является связующим звеном между двумя различными принципами формообразования
и базой для последовательного перехода от традиционного,
но устаревшего плазаво-шаблонного метода к методу автоматизированного
1. Понятие о системах CAD/CAM/CAE (сквозные системы).
2. Классификация электронно-вычислительных машин ( ЭВМ ).
3. Организационное обеспечение САПР.
4. САПР плазаво-шаблонных работ.
Использованная литература: А.В.Петров Проблемы и принципы
создание САПР. Москва “Высшая школа” 1990
Д.М.Жук Технические средства и операционные
системы САПР. Москва “Высшая школа” 1986
В.Г.Федорчук Информационное и прикладное
программное обеспечение САПР. --//---//---//---//- В.А.Вайсбург Автоматизация
Сущность автоматизированной подготовки УП. Уровни автоматизации программирования. Системы автоматизированного программирования (САП). История развития САП. Использование CAM-систем при разработке УП. Структура CAM-системы
Существуют следующие способы подготовки УП:
2) в технологическом бюро;
3) на станке с системой ЧПУ типа CNC в диалоговом режиме, и используя систему автоматизированной подготовки программы.
Ручная подготовка программ в коде ISO-7bit требует кропотливого отбора технологических решений, трудоемких геометрических расчетов, тщательного документирования отдельных этапов и может проводиться квалифицированными инженерами-технологами. Такой способ существовал только в начале развития станков с ЧПУ.
В 90-х годах основным способом подготовки управляющих программ являлась их подготовка в технологических бюро, на инструментальной ЭВМ, с использованием систем автоматизированного программирования (САП УП для станков с ЧПУ).
В настоящее время в связи с увеличением памяти МПС системы автоматизированного программирования (САП) широко встраиваются в СЧПУ. Подготовка УП ведется в диалоговом режиме на станках с СЧПУ.
Системы автоматизированного программирования УП
Совокупность математического, программного обеспечения и проблемно-ориентированного языка для записи и ввода в ЭВМ первоначальной информации при организации УП называют САП. В настоящее время разработано множество различных САП. Они различаются степенью и уровнем автоматизации этапов подготовки управляющей программы (УП).
САП – это специальное программное обеспечение, реализующее комплекс алгоритмов геометрических и технологических задач подготовки УП и содержащее проблемно-ориентированный язык, обеспечивающий запись и ввод в ЭВМ исходной информации.
САП решает следующие задачи:
¨ диалог с пользователем;
¨ синтаксический контроль исходной информации на входном языке;
¨ проектирование элементов технологического процесса обработки;
¨ расчет траектории движения инструмента;
¨ формирование и запись выходной информации на промежуточном языке;
¨ редактирование программ на уровнях входного, промежуточного выходного языков;
¨ формирование УП на выходном языке для конкретного станка и выдача на программоноситель;
¨ распечатка УП и сопроводительной документации;
¨ хранение и тиражирование УП.
В комплект САП входит также сопроводительная документация – руководство технологу программисту и оператору ЭВМ.
Важнейшие блоки САП, такие как: сервис, препроцессор, процессор, постпроцессор-это, как правило, файл и или несколько файлов, в которых заложена информация о конфигурации оборудования и системы ЧПУ, установленной на данное оборудование, наличии всевозможных функций. Блок сервис преобразовывает неизменную информацию о станках, материале заготовок, инструментах и др. Информация систематизируется и записывается в память ЭВМ как таблицы параметров.
Типовая структурная схема САП дана на рисунке 8.1.
Постоянная информация – библиотека операций, технологических циклов, процедур, геометрических расчетов, таблиц параметров и т.д.
Рисунок 8.1 - Типовая структурная схема САП
Исходная информация – данные о заготовке и детали.
Препроцессор – проектирует план технологических операций, перечень и последовательность переходов, выбор схем закрепления, типа инструмента и т.д., трансляцию на универсальный язык.
Процессор – выполняет геометрические и технологические расчеты (количество проходов, режимы резания, вычисления траектории).
Постпроцессор – увязывает УП с особенностями и возможностями конкретных станков (привязка к координатам станка, типу датчиков и т.д.).
Процессор САП состоит из трех один за другим работающих блоков: трансляции и геометрического формирования CLDATA.
Технологический блок самостоятельно делит область, подлежащую обработке, на переходы, рабочие ходы и рассчитывает оптимальные режимы резания.
Геометрический блок процессора постановляет задачи, объединенные с созданием траектории перемещения инструмента: определение точек и линий скрещивания всевозможных элементов; аппроксимация разнообразных кривых с определенным допуском; диагностика геометрических ошибок.
Блок трансляции (блок ввода и декодирования) реализовывает вытекающие функции: чтение первоначальной программы обработки изделия с наружного носителя; вывод программы на печать или же экран дисплея; изменение информации из символьной формы во внутреннее машинное представление. В препроцессоре готовятся данные для работы остальных блоков, операции подразделяются на установы и позиции, отбираются схемы крепления заготовки и оснащаются инструментальные наладки.
В большинстве случаев САП заключает в себе набор постпроцессоров, предоставляющие формирование УП (управляющей программы) для отдельных типов станков с ЧПУ. Вызов нужного постпроцессора выполняется автоматически по параметрам, которые технолог-программист укажет в тексте исходной программы.
В настоящее время чаще используется обозначение таких систем как CAM –системы.
В области программирования систем автоматизации на производстве сегодня наблюдаются две тенденции: во-первых, в этой сфере применяются компьютерные информационные технологии (ИТ), во-вторых, при написании прикладных программ с успехом используется модульный принцип. Программа Application Composer, разработанная компанией 3S-Smart Software Solutions, позволяет пользователям идти в ногу со временем и соответствовать обеим тенденциям.
Оптимизация затрат на проектирование систем автоматизации в производстве, в том числе в машиностроении, а также в мобильных приложениях, автоматизации зданий сегодня является одним из высокоприоритетных вопросов. Программирование прикладных задач составляет значительную часть этих затрат. Неудивительно, что многие ведущие компании, работающие в данной области, всерьез задумываются над тем, какие концепции или парадигмы программирования систем управления им стоит использовать в будущем.
Компания 3S-Smart Software Solution GmbH является разработчиком CODESYS, всемирно известного комплекса программирования на языках стандарта МЭК 61131-3. Многолетние собственные исследования и результаты обсуждений с большим числом пользователей явно выявили две тенденции:
- внедрение технологий и инструментов из мира компьютерных информационных технологий (ИТ) в автоматизированные системы управления;
- концентрация сложных программных частей в виде специализированных прикладных модулей, из которых в дальнейшем строятся программы управления отдельными машинами или производством.
Инновации из мира ИТ должны внедряться поэтапно, не перечеркивая наработанный опыт и не разрушая привычный инструментарий.
Возможность использования ООП в контексте языков стандарта МЭК 61131-3 впервые была реализована в среде разработки CODESYS V3. Это позволило преодолеть пропасть между ИТ и контроллерным программированием.
По инициативе 3S-Smart Software Solutions концепт ООП был выдвинут на рассмотрение комитета по стандартизации, получил одобрение и был включен в третью редакцию стандарта МЭК 61131-3, выпущенную в начале 2013 года.
В большом ООП-проекте разработчику бывает непросто сориентироваться в зависимостях тех или иных объектов друг от друга. UML-диаграмма классов позволяет наглядно отображать зависимости между классами, объектами, методами и интерфейсами, специально планировать и создавать эти зависимости. Таким образом, ООП становится более удобным и легче поддается контролю. Введение UML-диаграмм классов – это следующий логичный шаг после добавления ООП в инструмент МЭК 61131-3. В результате диаграммы классов были добавлены в CODESYS как дополнительный инструмент.
Помимо ООП и UML, есть еще несколько дополнительных инструментов из мира ИТ, которые могут весьма пригодиться в автоматизации.
Очевидно, что разработка масштабного проекта или набора однотипных проектов одним человеком может занять непозволительно много времени. В этих обстоятельствах необходимо работать группой. Как правило, у команды разработчиков возникает потребность синхронизировать свой труд и совместно использовать готовые фрагменты кода. В результате образуется набор проектов и библиотек с множеством вариантов улучшений и доработок. У программиста нередко возникают сложности при поиске исправлений, вызвавших неочевидную проблему. В таких случаях имеет смысл использовать систему контроля версий. В мире ИТ одной из самых распространенных систем такого рода является Apache Subver sion (SVN). Разработчики могли бы хранить программные блоки и библиотеки в SVN, используя механизмы импорта и экспорта. Однако без интеграции системы контроля версий с МЭК 61131-3 ее было бы очень неудобно применять, особенно с графическими языками. Поэтому разработчики CODESYS интегрировали SVN в среду. Управление версиями программных модулей выполняется привычными средствами в среде программирования. Пользователь может сравнить различные версии программных компонентов, проанализировать отличия и восстановить нужную версию разрабатываемого приложения в любое время, с любой глубиной отката, что очень часто бывает необходимо на практике.
Еще одним полезным вспомогательным инструментом является статический анализатор кода CODESYS Static Analysis. Благодаря ему сокращается время разработки путем распознавания и исправления логических ошибок в коде приложения до того, как он будет загружен в контроллер. В анализаторе предусмотрены десятки тестов с настраиваемым набором правил. В числе прочего он проверяет одновременный доступ к переменным, множественную запись выходных переменных, ищет в проекте неиспользуемые переменные и пустые программные блоки. Пользователь может настраивать правила тестов для всего проекта. На случай, если ему необходимо намеренно обойти какое-то правило в конкретном фрагменте, предусмотрены специальные исключающие директивы, записываемые в коде приложения.
Представленные выше вспомогательные инструменты не входят в стандартный бесплатный пакет поставки CODESYS. Они выполнены в виде отдельных плагинов. Их можно приобрести и установить через интернет-портал CODESYS Store. Необходимые для этого средства встроены в среду программирования.
Все это представляется вполне возможным, особенно в случае тиражирования похожих либо однотипных проектов. Существуют сотни машин и систем, собираемых из достаточно стандартных узлов, механических и электрических устройств. Например, системы освещения и безопасности, системы приточно-вытяжной вентиляции, котельные, системы водоподготовки, деревообрабатывающие, полиграфические, пищевые и многие другие машины. Возникает мысль, что лучше всего иметь один раз подготовленный специалистами высшей квалификации набор гибко настраиваемых программных модулей для всех стандартных узлов подобных систем. Из них можно было бы, как из кубиков, собирать проект системы управления, настраивать необходимые параметры модулей, их связи и автоматически генерировать готовый, заведомо работоспособный код. Если делать это в рамках МЭК 61131-3, то сохраняется возможность легко внести в такой почти готовый код специфические для конкретной установки изменения или дополнения, не предусмотренные разработчиком модулей.
Данная идея вылилась в разработку принципиально нового инструмента программирования, получившего название CODESYS Application Composer.
На основе подготовленного дерева модулей встроенный генератор по команде выдает полноценное МЭК 61131-3‑приложение, включая визуализацию. Оно может быть скомпилировано с помощью CODESYS в исполняемый код и загружено в контроллер. Это значит, что пользователю даже не придется написать ни единой строчки МЭК 61131-3‑кода самому – вся информация будет взята из дерева модулей и библиотек и корректно встроена в структуру проекта. Исходный код будет доступен для редактирования, если такая необходимость вдруг возникнет. Приложение автоматически запустится при старте контроллера. Никаких дополнительных действий не требуется.
Если понадобится изменить приложение по требованию заказчика или из-за изменения конфигурации контроллера, то разработчику всего лишь нужно будет внести изменения в параметры требуемых модулей и переназначить входы/выходы.
Эффективность использования Application Composer подразумевает доступность разнообразных модулей. 3S-Smart Software Solutions, как разработчик CODESYS, считает необходимым участвовать в развитии универсальных аппаратно-независимых модулей для, например, машин состояний, архивирования данных, коммуникаций, распределенных систем, обработки тревог и уведомлений.
Читайте также: