Дәріс 14. АЖЖ әзірлеу негіздері. АЖЖ құрамы және құрылымы.

Жобалау – әлі пайда болмаған объектіні берілген шарт бойынша құру үшін (осы объектіні және (немесе) оның жұмыс алгоритмін бастапқы сипаттау негізінде) қажетті сипаттамаларды құрастыру процесі. Жобалау мынадай жұмыстар кешенін қамтиды: іздену, зерттеу, есептеу және құрастыру. Жобалау – адам қызметінің күрделі де ерекше түрі, терең ғылыми білімге, творчестволық ізденіске, жинақталған тәжрибені қолдануға және белгілі бір саладағы тәжрибелерге негізделген, дегенмен көп еңбектенуді талап ететін жұмысты орындау қажеттілігінен де шет қалмаған.

Жобалауды автоматтандыру (ЖА) – жобалау процедурасы ЭЕМ-мен тығыз байланыста жүргізіліп, жобаны әзірлеу процесі. ЖА – жобалаушы мен ЭЕМ арасындағы жұмысты рационалды үлестіру кезінде, тапсырманы машиналық шешу тәсілдерін дұрыс таңдауға негіздеп, есептеу техникасы жабдықтарын жүйелі түрде пайдалану. Адам мен ЭЕМ арасындағы функцияларды рационалды үлестіру дегенді – адам негізінен творчестволық тапсырмаларды орындау керек, ал ЭЕМ – дәстүрлі қолмен есептеу тәсілімен салыстырғанда жоғары тиімділікке қол жеткізетін алгоритм түрінде сипатталған тапсырмаларды шешуі қажет деп түсіну қажет.

Жобалаудың машиналық тәсілінің елеулі артықшылығы – ЭЕМ-де қымбат тұратын физикалық модельдеуден бас тартып немесе оны қысқартып, жобалау объектілерін математикалық модельдеуге эксперимент жүргізу мүмкіндігі.

АЖ мақсаты – сапаны жоғарылату, материалдық шығындарды азайту, жобалау мерзімін қысқарту, жобалаумен айналысатын инженерлік-техникалық жұмысшылар санының өсуіне жол бермеу, олардың еңбек өнімділігін көтеру.

АЖ нақты техникалық пәндері: есептеу математикасы мен ЕТ жетістіктерінің негізінде туындады. Нақты техникалық пәндерде техникалық объектілер құру принципі, жобалық тапсырмаларды орындаудың типтік реті мен тәсілдері, жобаланатын объектілер терминдері, жіктемелері мен олардың бағалану принциптері туындап, дамуға ие болды.

Көптеген дәстүрлі инженерлік жобалау ережелері, принциптері және тәсілдері автоматтандыру талаптарымен сәйкес және қазіргі заманғы автоматтандырылған жобалау әдістемесіне белгілі бір әсерін тигізіп отыр.

Дегенмен, дәстүрлі жобалау кезінде қолмен есептеуге бағытталу көптеген жобалау процедураларының орындалу негізіне есептеу тәсілдерін қолдануға мүмкіндік бермеді. Сондықтан, автоматтандырылмаған жобалау процесінде зерттеудің эксперименталдық тәсілдері және жобалық шешімдер сапасын бағалау (инженерлік тәжерибе негізінде және формальды әдістерді қолданусыз интуицияға сүйеніп алынған шешімдер) кеңінен қолданылады. Жобаланатын объектінің күрделіленуіне байланысты, мұндай жобалаудың мерзімі мен құны өте үлкен. Сондықтан, физикалық эксперимент жүргізуден математикалық модельдеуге көшу қажеттілігі пайда болды (бағалаудың эвристикалық тәсілдерін ауыстыру, параметрлерді анықтау және алгоритмделген процедуралармен құжаттарды дайындау қажеттілігі туындады).

Есептеу математикасы – танымал математикалық интерпретацияны қамтитын бірқатар жобалық процедураларды алгоритмдеуге және автоматтандыруға мүмкіндік берді.

Дегенмен, математикалық қойылым көптеген жобалық процедуралар үшін таң қаларлық емес, ал олардың алдағы уақыттағы алгоритмдік жүзеге асырылуы бұрыннан бар математикалық тәсілдермен қанағаттандырылмады. Сондықтан тапсырманы қалыптастыру, ММ таңдау және әзірлеу, жобалық процедураларды орындау тәсілдері мен алгоритмдері белгілі бір көлемде АЖ теориясының құрамын анықтайды.

Алгоритмделген жобалық процедураларды жүзеге асырудың қажетті шарттары – ЕТ-ң сәйкес жабдықтарының болуы. АЖ-ң ерекшелігі ЕТ мүмкіндігінен тыс болжамдарды қолданып шешу керек тапсырмалардың болуында. Сондықтан, ірі автоматтандырылған жобалау жүйелерінде өнімділігі шекті ЭЕМ-дер қолданылады.

Тапсырманы ЕТ мүмкіндігіне бейімдеу мынадай жағдайларда жүзеге асырылады: біріншіден, жобалау процесін бірқатар иерархиялық деңгейлер мен аспектілерге бөлудің арнайы тәсілдерінің негізінде;

Екіншіден, адамның автоматтандырылған жобалау жүйелерінде формальды тәсілмен, уақыт және жабдықтарының тиімді шығындарымен орындалмауы мүмкін функцияларды сақтауы арқасында бейімделеді. Нәтижесінде АЖ процесі тиімді күрделіліктегі тапсырмалардың ақырғы тізбегін адам мен ЭЕМ арасындағы жұмыс режимінде шешу қажеттілігіне әкеп тірейді.

Адам мен ЭЕМ арасындағы өзара әрекеттесу қажеттілігі және жобалық тапсырмалардың спецификасы техникалық жабдықтарға қосымша талаптар қояды. Деректерді программалық өңдеу құрылғыларымен қатар, ақпаратты жылдам алмасудың, жобалық шешімдерді құжаттандыру мен архивтендірудің, жобалаудың жинақталған тәжрибесін сипаттайтын білім қоры түріндегі ақпараттарды сақтайтын арнайы құрылғылар керек. АЖЖ құрамында ТЖ-ң біріккен жұмысын ұйымдастыратын сұрақтары АЖ теориясының маңызды бөлімін түзеді. Бұл сұрақтар тек аппараттық жабдықтарға ғана қатысты емес, сондай-ақ программалық қамтамалар жабдықтарына да қатысты.

Осылайша, АЖ ғылыми- техникалық пән ретінде мыналарды қамтиды:

1) АЖ әдістемелігін;

2) Түрлі жобалық процедураларды орындау үшін ММ, әдістер мен алгоритмдерді біріктіретін МО;

3) ТЖ-ды кешендеу және АЖЖ үшін мамандандырылған аппаратураны әзірлеу сұрақтары;

4) Деректер банкының программалық-ақпараттық қамтамасын, қолданбалы программалар пакеттерін (ҚПП), ЭЕМ операциялық жүйелерін әзірлеу мен пайдалану сұрақтары.

АЖ-ды дербес ғылыми-техникалық бағыт ретінде белгілеу жобалық тапсырманың қойылымы мен әдістерінің автоматтандырылған және автоматтандырылмаған жобалаулардағы ерекшеленулерімен байланысты. АЖ-ң негізгі көзі (предметі) – жобалық процедураларды қалыптастыру, жобалау процестерін құрылымдау және типтендіру; жобалық тапсырмаларды шешудің қойылымы, модельдері, әдістері және алгоритмдері; ТЖ құру тәсілдері; деректер банктерін құру, программа сипаттамасын беру, программалау тілін құру, оларды біртұтас жобалау жүйесіне біріктіру сұрақтары.

Инженерлік тапсырмаларды шешу үшін ЭЕМ-ді пайдалану бірінші ЭЕМ шыққаннан кейін-ақ басталды. Дегенмен, бұл жұмыстың барлығы қолданушыдан тапсырманы математикалық қалыптастыру, сандық тәсілді таңдау, алгоритмін әзірлеу, оны программалау тілдерінің бірінде жазу сияқты көлемі үлкен жұмыстардың атқарылуын талап етті. АЖЖ-ң ЭЕМ-ді қолданудан айырмашылығы, жоғарыдағы операциялардың барлығы автоматтандырылған, ЭЕМ-де алдын ала әзірленген ПҚ-ң көмегімен орындалады, жобалық есептің белгілі біл класын шешуде бірнеше рет қолдануға арналған. Қолданушыдан тек тапсырманың бастапқы деректерін проблемалық – бағытталған тілде сипаттап, нәтижелерді бағалауға және ЭЕМ-нен алынған шешімдерді қабылдауға дайын болу талап етіледі.

Автоматтандырылған жобалау жүйесі (АЖЖ) – АЖ жабдықтарының кешенінен тұратын, жобалау ұйымдарының бөлімшелерімен бірігіп жұмыс жасайтын, АЖ-ды орындайтын ұйымдасқан-техникалық жүйе.

АЖ жабдықтарының кешеніне техникалық, математикалық және т.б. қамтамалармен қатар программалық қамтама да кіреді. АЖЖ-де программаларды инженер-қолданушылар емес, АЖЖ-ң мамандары әзірлейді. Программа бір рет әзірленеді, көптеген объектілерді жобалау кезінде туындайтын түрлі ситуацияларда көп мәрте қолданылады. Бұған қарамастан, инженер-қолданушы АЖЖ программаларында жүзеге асырылған әдістер мен алгоритмдерді білуі керек, бұл тапсырманы қалыптастыруда, бастапқы деректерді таңдауда, нәтижелерді интерпретациялауда қателер болдырмауға мүмкіндік береді және аз шығынмен, аз машиналық уақытпен нәтиже алуға жағдай жасайды.

АЖЖ негізгі функциясы – объектілерді жобалаудың жекелеген стадияларында және оның құрамдас бөліктерінде математикалық және басқа модельдерді, автоматтандырылған жобалық процедураларды және ЕТ жабдықтарын пайдаланып АЖ-ды жүзеге асыру.

АЖЖ қызметі берілген формада орындалған жобалық шешім алуды қамтамасыз ету керек. Жобалық шешім – жобалау объектісі немесе оның құрамдас бөліктеріне сипаттама, жобалаудың аяқталғандығы жөнінде немесе оның жалғасу жолдары туралы қорытынды қабылдау және құрастыру үшін бұл сипаттама жеткілікті болу керек. АЖЖ-дегі жобалау нәтижесі – берілген талапты қанағаттандыратын жобалау объектісін құру үшін қажетті аяқталған жобалық шешімдер жиынтығы.

АЖЖ-ң даму тарихы. Тарихты білу АЖ-ң қазіргі кездегі жай-жағдайын жақсырақ білуге көмектесіп, осы саладағы жұмысты жоспарлауға творчестволық көзқараспен қарауға мүмкіндік береді.

1950 жылдардың басында Массачусетск технологиялық институтында ЭЕМ көмегімен автоматты түрде басқарылатын фрезер станогы ойлап табылды. Бұл оқиға сандық программалық басқаруды қамтитын станоктардың даму басы болатын. Автоматтандырылған өндіріс АЖ дамуының ізі болып қана қоймай, өзінің даму көзіне де ие болды. Интерактивті графикалық жабдықтарды қолданатын жобалаушы туралы түсінікті АЖ-ң пионерлерінің бірі Сазерланд ойлап тапты. SKETCHPAD жүйесін ол 1963 жылы жасады. «Резеңкелік жіп», жарық қаламының көру өрісі, көріністі ұлғайту, айналдыру және сегменттеу сияқты түсініктер сол кезде пайда болған еді. 1964 жылы General Motors фирмасы DAC-1 жүйесін құрғандығы жөнінде жариялады, бұл жүйе интерактивті графикаға қарағанда қаттырақ сызба көшірмесін алуға арналған. 1965 жылы Bell Telephone Laboratories фирмасы байланыстырушы өткізгіштерді орналастыру үшін, мәтін құрып және редакциялау үшін қолланылатын жырақтағы дисплейлі GRAPHIK 1 жүйесін құрғандығы жөнінде жария салды. Бұл жүйе жергілікті интерактивті жұмыс станциялары мен орталық бас ЭЕМ арасындағы АЖЖ-да есептеу қуатын үлестіру идеясын жүзеге асырған бірден-бір жүйе еді.

1966 жылы IBM фирмасының компоненттер бөлімінде IBM ЭЕМ-да қолданылатын аралас интегралдық сұлбаларын жобалауға арналған жүйе құрылды. 1967 жылы көрінбейтін желілермен байланысты проблемаларды шешуге арналған алгоритм ұсынылды. 1972 жылы RCA фирмасы GOLD деп аталатын жүйе әзірледі, ол интегралдық сұлбалар маскаларының сызбаларын алуға арналған. Жүйе уақытты бөлу режимінде жұмыс істейтін үлкен ЭЕМ-мен өзара әрекеттесіп жұмыс істей алатын болды. 70-жылдардың бірінші жартысында үлкен көлемде теориялық жұмыстар жасалып, АЖ-ң негізі қаланды. Ақырғы элементтер тәсілінің дамуы жеделдеп, соның негізінде программа әзірлене бастады. Осы уақытта көрінбейтін желі мен жазықтарды жою тәсілдерін әзірлеу үшін көп күш жұмсалды. 1972 жылы Рочестер университетінде PADL геометриялық модельдеу жүйесі құрылды.

1973 жылы Lockheed фирмасының көлемінде машиналық графика тек жобалау процесінде ғана қолданылып қоймайды, сонымен қатар экономикалық жағынан тиімді екені де көрсетілді. 1975 жылы Истмэн АЖ арналған дерекқорға сипаттама берді. АЖ-ң бағыты ретінде машиналық графика қалыптаса бастады. 1978 жылы Hewlett-Packard фирмасы микропроцессор негізінде растрлық дисплейлі терминалдың құрылғаны жөнінде хабарлады. 70-жылдардың соңында АЖ зерттеу көзінен экономикаға тиімді, көптеген салада теңдесі жоқ өнеркәсіп құралына айналды. 1980-жылдардың басында АЖ толық дамыған нарықтық өнімге айналды. 1990-жылдары АЖ барлық конструкторлық бюроларда әдеттегі жұмыс құралына айналды, және әзірлеу тәсілдері үнемі жетілдіріліп отырды.

Қазіргі уақытта өнеркәсібі дамыған елдермен қатар, даму үстіндегі елдер де АЖ-дың барлық өнеркәсіп орындарының құрамдас бөлігі болғанын жақсы түсініп отыр.

Кез келген объектіні жобалау – бұл творчествалық процесс. Ол іздену, зерттеу, есептеу және құрастыру (берілген талапқа сәйкес жобалау және құру үшін қажетті) бойынша жұмыстардың кешенін қамтиды. Көп жағдайда бұл күрделі еңбек, терең ғылыми білімді және практикалық машықты талап етеді. Дегенмен күрделі болса да, орындау қажет процесс болып табылады. Қазіргі кездегі АЖЖ қолданушыға максимум сервис ұсыну керек техникалық жабдықтардың, математикалық және программалық қамтамалардың күрделі кешені.

Сондықтан, АЖЖ-н құру кезінде келесі принциптер басшылыққа алынады:

- жүйелік біртұтастық принципі;

- бірігушілік принципі;

- типтендіру принципі;

- даму принципі.

Осы принциптерді қысқаша қарастыралық:

Жүйелік біртұтастық принципі жүйе бүтіндігін және жобалаудың жүйелік «жаңалығын» (жобалау иерархиялылығын) қамтамасыз етеді.

Бірігушілік принципі АЖЖ-ң құрамдас бөліктерінің біріккен жұмысын қамтамасыз етеді және ашық жүйені тұтастай сақтайды.

Типтендіру принципі АЖЖ-ң типтік және бір жүйеге келтірілген элементтерін жетістікпен құруға және қолдануға бағытталған. Типтендіруге көпмәрте қолдануға жарамды элементтер жатады. Типтік және бір жүйеге келтірілген элементтер периодты түрді қазіргі кездегі АЖЖ талаптарына сәйкес сараптаудан өткізіліп тұрады және қажет болған жағдайда модификацияланады.

Бұл принцип әдетте автоматтандырылған жобалау жабдықтар кешенінің (АЖЖК) базалық вариантын және оның компоненттерін дайындауды, сондай-ақ базалық вариант негізінде АЖЖ-ң модификациясын және оның компоненттерін құруды қарастырады.

Даму принципі АЖЖ-ң құрамдас бөліктерін толықтыруды, жетілдіруді және жаңартуды қамтамасыз етеді, сонымен қатар түрлі деңгейдегі және функуционалдық белгіленуі әртүрлі автоматтандырылған жүйелермен өзараәрекеттесуге және өзара байланысты кеңейтуге мүмкіндік береді.

АЖЖ әзірлеу дегеніміз – ірі ғылыми-техникалық проблема, ал оны ендіру елеулі капитал салымын талап етеді.

АЖЖ-н құру кезінде осы жүйенің мынадай ерекшеліктерін ескеру керек:

1. АЖЖ – адам-машиналық жүйе. Барлық бұрыннан бар АЖЖ-і әзірге автоматты емес, олар автоматтандырылған жүйелер, сондықтан ондағы жетекші рольді айдам ойнайды. Адам барлық қалыптаспаған тапсырмаларды және эвристикалық мүмкіндіктерді талап ететін тапсырмаларды шешеді;

2. АЖЖ – иерархиялық жүйе. Ол жобалаудың барлық деңгейлерін автоматтандыруға қойылатын кешендік талаптарды жүзеге асырады. Жобалауға қойылатын блоктық – иерархиялық тәсіл АЖЖ-н қолданған кезде сақталу керек. Осы тәсілге байланысты күрделі жүйелер қарапайымырақ блоктарға (ішкі жүйелерге) бөлінеді, олар өз кезегінде әрі қарай нақтыланатын болады. Осылайша, төменгі деңгейдегі әзірлеушілер күрделі емес жүйелермен жұмыс істейтін болады. Жобалау деңгейлерінің иерархиясы АЖЖ-ң ПҚ-ы құрылымында ішкі жүйелер иерархиялары түрінде көрініс табады. АЖЖ-ң кешендік сипатын бүтіндей қамтамасыз етуді ерекше атап кету керек, себебі көршілес деңгейлердегі жобалаудың ескі формасын сақтай отырып, деңгейлердің бірінде жобалауды автоматтандыру барлық деңгейлерді толық автоматтандыруға қарағанда тиімділігі аз. Иерархиялық құру тек арнайы ПҚ-ға ғана қатысты емес, сондай-ақ ОЕК-ке және жобалаушының АЖЖ-не бөлінген АЖЖ-ң техникалық жабдықтарына да қатысты.

3. АЖЖ – ақпараттық келісілген ішкі жүйелер жиынтығы. Ақпараттық келісілген деген ұғым – жобалаудың көптеген тізбекті тапсырмалары ақпараттық-келісілген программалар қызметімен жұмысын жүзеге асырады дегенге түсінік береді. Екі программа ақпараттық-келісілген болып табылады, егер барлық деректер екі программада да өңдеу объектісі болып табылса, бір программадан басқасына көшу кезінде өзгерісті талап етпейтін сандық массивке кірсе. Ақпараттық байланыстар бар деп есептеледі, егер бір тапсырманы шешу нәтижесі басқа тапсырма үшін бастапқы деректер болып табылса. Егер проблемаларды келістіру үшін деректердің жалпы массивін қайта өңдеу талап етілсе, адамның қатысуымен жеткіліксіз параметрлер қосылса, қолдан массивті қайта жинақтасақ немесе жекелеген параметрлер мәнін өзгертсе, онда программа ақпараттық нашар келісілген б.т. Қолдан массивті қайтадан жинақтау уақыт кідірісін ұзартып, қателер санын өсіріп, АЖЖ-ң жұмыс тиімділігін төмендетеді. Нашар ақпараттық келістіру АЖЖ-н автономды программалар жиынтығына айналдырады, және ішкі жүйелерде басқа ішкі жүйелерде бағаланған көптеген факторларды ескермеу нәтижесінде жобалық шешімдер сапасы төмендейді.

4. АЖЖ- ашық және дамушы жүйе. АЖЖ-ң өзгермелі жүйе болуы керектігіне себеп екіге бөлінеді: Біріншіден, АЖЖ сияқты күрделі объектіні әзірлеу ұзақ уақыт алады, сондықтан эксплуатацияға жүйенің бөліктерін дайын болғандарын біртіндеп енгізіп отыру экономикалық жағынан тиімді. Эксплуатацияға енгізілген базалық вариант алдағы уақытта кеңейтіліп отыратын болады. Екіншіден: есептеу техникасы және есептеу жүйелерінің үнемі дамуы жаңа жетілген математикалық модельдер мен программалардың пайда болуына әкеп (ескісін, сәтсіз аналогтарын ауыстырады) тірейді. Сондықтан АЖЖ ашық жүйе болу керек, яғни жаңа әдістер мен жабдықтар қосуға ыңғайлы қасиетке ие болу керек.

5. АЖЖ – бір жүйеге келтірілген модульдерді максимальды пайдаланатын мамандандырылған жүйе. Жоғары тиімділік және әмбебаптық талаптары әдетте, бір-біріне қарама-қайшы.

АЖЖ жоғары тиімділікті болып табылады, егер жобалық тапсырманы шешу кезінде материалдар шығынның және уақыттың аздығымен ерекшеленсе, бұған жүйені мамандандыру арқылы қол жеткізіледі. Таң қаларлығы, АЖЖ саны бұл кезде өседі.

Негізгі әдебиет: 6 [294-300]

Қосымша әдебиет: 9 [79-92]

Бақылау сұрақтары:

1. АЖЖ әзірлеу кезінде қандай принциптерді басшылыққа алуға болады?

2. АЖЖ-ң қандай ішкі жүйелері қызмет көрсетуші болып табылады?

3. АЖЖ-ң ерекшеліктерін атаңыз?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: