2012_Посібник_з_дисципліни_ТКП. Кафедра автоматизованих систем обробки інформації І управління посібник з дисципліни
 Скачать 3.1 Mb.
|
|
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ ―КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ‖ КАФЕДРА АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ ОБРОБКИ ІНФОРМАЦІЇ І УПРАВЛІННЯ ПОСІБНИК З ДИСЦИПЛІНИ “Технології комп'ютерного проектування ” (ВП-02) для напряму підготовки 6.050101 – ―Комп’ютерні науки‖ спеціальність «Управляючі системи та технології» всіх форм навчання Київ - 2012 2 Зміст ВСТУП ................................................................................................................................ 3 МЕТА І ЗАВДАННЯ КРЕДИТНОГО МОДУЛЯ ........................................................... 3 1 Методологічні та математичні основи КП ............................................................... 5 1.1 Основні поняття та принципи проектування. ................................................... 5 1.2 Роль проектування в життєвому циклі програмного забезпечення ................ 9 1.3 Моделі життєвого циклу ................................................................................... 21 1.4 Основні підходи проектування ......................................................................... 25 2 Використання UML у процесі об’єктно-орієнтованого проектування ................ 29 2.1 Опис прецедентів ............................................................................................... 29 2.2 Діаграми послідовності. Діаграми комунікації............................................... 35 2.3 Модель предметної області ............................................................................... 39 2.4 Шаблони проектування ..................................................................................... 45 3 Структурний підхід в ТП .......................................................................................... 49 3.1 Огляд методологій та технологій структурного аналізу ................................ 49 3.2 Методологія функціонального моделювання IDEF0 ..................................... 52 3.3 Методологія документування процесів IDEF3 ............................................... 60 3.4 Діаграми потоків даних DFD ............................................................................ 66 4 Використання CASE-технологій в КП .................................................................... 73 4.1 CASE-засоби для проектування інформаційних систем ................................ 73 5 Різновиди САПР та технологій управління життєвим циклом виробів .............. 77 5.1 Системи автоматизованого проектування різноманітного призначення (CAD/CAM/CAE - системи).................................................................................................... 77 5.2 Процеси управління PLM, та PDM/CALS технології .................................... 80 6 Основна література ................................................................................................... 87 7 Додаткова література ................................................................................................ 87 3 ВСТУП Кредитний модуль ―Технологія комп’ютерного проектування‖ входить до професійної складової циклу вільного вибору студентів за спеціальністю ―Інформаційні управляючі системи та технології ‖. При вивченні кредитного модуля використовуються знання студентів з дисциплін: – ―Алгоритмізація та програмування‖. – ―Об’єктно-орієнтоване програмування‖. Знання, одержані студентами при вивченні кредитного модуля, використовуються у наступних курсах: – ―Технологія створення програмних продуктів‖. – ―Проектування інформаційних технологій управління КІВ‖. – ―Інформаційні технології в інфраструктурі ринку‖. Матеріали дисципліни застосовуються при проектуванні АСУ, інформаційних систем і технологій, систем обробки інформації на базі комп’ютерних систем і мереж. Програма розрахована на один семестр навчання. Вона складається з лекцій, лабораторних робіт, однієї модульної контрольної роботи і включає самостійну роботу студентів. В лекційній частині курсу акцент наголошується на основних методологіях проектування, шаблонах проектування, основах об’єктно-орієнтованого проектування, технологіях структурного аналізу та проектування. Також велика увага приділяється застосуванню CASE-технологіям для проектування інформаційних систем, а також різновидах САПР та технологіям життєвого циклу виробів. МЕТА І ЗАВДАННЯ КРЕДИТНОГО МОДУЛЯ Основна мета дисципліни ―Технологія комп’ютерного проектування – вивчення методологічних та математичних основ комп’ютерного проектування, основних методологій структурного аналізу, шаблонів проектування, об’єктно-орієнтованого проектування та застосування CASE-засобів для комп’ютерного проектування. Завдання вивчення кредитного модулю: – вивчення основних понять та методології проектування; – знайомство з різновидами САПР та технологіями управління життєвим циклом виробів; – вивчення методологій структурного аналізу та знайомство з технологією структурного аналізу та проектування SADT; – основ об’єктно-орієнтованого аналізу та проектування; – вивчення шаблонів проектування, – вивчення структурних підходів проектування програмних продуктів, набуття практичних навичок структурного проектування у CASE-пакеті AllFusion Process Modeler; – вивчення об’єктно-орієнтованого підходу до проектування на прикладі мови UML, набуття практичних навичок об’єктно-орієнтованого проектування у CASE-пакеті Enterprise Architect. Після засвоєння курсу студенти повинні знати: основні підходи та засоби при комп’ютерному проектуванні. вміти: 4 – застосовувати методи та технології структурного аналізу при комп’ютерному проектуванні. – проводити аналіз предметного середовища з використанням методів структурного чи об’єктно-орієнтованого підходів в процесі проектування програмних продуктів; – описувати бізнес-процеси за допомогою сучасних CASE-засобів; – застосовувати шаблони проектування програмних систем; – застосовувати основні методологічні підходи сімейства IDEF для вирішення задач моделювання складних систем. Контроль знань на лабораторних заняттях здійснюється шляхом перевірки виконання лабораторних робіт, а також шляхом виконання модульної контрольної роботи. 5 1 Методологічні та математичні основи КП 1.1 Основні поняття та принципи проектування. Структура теми : – Визначення та ціль проектування. – Принципи проектування. – Основні терміни та визначення. – Терміни щодо програмного забезпечення. – Класифікація САПР. Визначення та ціль проектування Проектування – процес складання опису, необхідного для створення в заданих умовах ще не створеного об’єкту на основі первинного опису та/або алгоритму його функціонування або алгоритму перетворення первинного опису, оптимізації заданих характеристик об’єкту та алгоритму його функціонування чи алгоритму процесу усунення некоректності опису та послідовним представлення описів на різних мовах. Ціль проектування – пошук, фіксація та документальне оформлення інформації про об’єкт проектування, яка необхідна для його створення. Принципи проектування Принцип декомпозиції – структуризація уявлень відповідного рівня опису об’єкта на складові частини з ціллю їх роздільного проектування. Принцип ієрархічності – структуризація уявлень про об’єкти та їх складових частин по ступеню конкретизації та деталізації опису з ціллю послідовного нарощування складності опису об’єкту разом з поєднанням декомпозиції. Багатоетапність – процес проектування у часі у відповідності до ступеня конкретизації описів та готовності проектних рішень розділятись на стадії, етапи, проектні процедури та операції . Принцип ітераційності. Проектування ведеться як ітераційний проект з поверненням до попередніх етапів та рівнів. Типізація та уніфікація проектних рішень, методологій та засобів проектування. Типізація – доцільна при багатократному використанні. Уніфікація методологій проектування передбачає вибір та розробку методів та методик, що забезпечують досить ефективне проектування об’єктів відповідного класу. Основні терміни та визначення Основними термінами є: – Об’єкт. – Процес. – Неавтоматизоване проектування. – Автоматизоване проектування. – Автоматичне проектування. – Проектне рішення. – Результат проектування. – Проект. – Проектний документ. 6 Види забезпечень Технічне - сукупність пов'язаних і взаємодіючих технічних засобів, що забезпечують роботу САПР, що включає різні апаратні засоби (ЕОМ, периферійні пристрої, мережеве обладнання, лінії зв'язку, вимірювальні засоби). Математичне - поєднує математичні методи, моделі та алгоритми. Використовуються для вирішення задач автоматизованого проектування. Інформаційне - сукупність відомостей, необхідних для виконання проектування, складається з опису стандартних проектних процедур, типових проектних рішень, комплектуючих виробів і їх моделей, правил і норм проектування. Основна частина ІЗ (інформаційного забезпечення) САПР - бази даних та системи керування базами даних. Програмне - комп'ютерні програми необхідні для здійснення процесу проектування. Лінгвістичне - сукупність мов, що використовуються в САПР для подання інформації про проектовані об'єкти, процеси та засоби проектування, а також для здійснення діалогу проектувальник - ЕОМ та обміну даними між технічними засобами САПР, включає терміни, визначення, правила формалізації природної мови, методи стиснення та розгортання. У ЛЗ (лінгвістичне забезпечення) виділяють клас різного типу мов проектування та моделювання (VHDL, VERILOG, UML, GPSS). Методичне - опис технологій функціонування САПР, методів вибору і застосування користувачами технологічних прийомів для одержання конкретних результатів, що включає в себе теорію процесів, що відбуваються в проектовані об'єкти, методи аналізу, синтезу систем та їх складових частин, різні методики проектування. Організаційне - сукупність документів, що визначають склад проектної організації, зв'язок між підрозділами, організаційну структуру об'єкта та системи автоматизації, діяльність в умовах функціонування системи, форму представлення результатів проектування. Входять штатні розклади, посадові інструкції, правила експлуатації, накази, положення і т. п. Терміни щодо програмного забезпечення 1. Програмне забезпечення. 2. Системи автоматизованого проектування (САПР). 3. Системи автоматичного проектування. 4. Операційна система автоматизованого (автоматичного проектування). 5. Компоненти. 6. Підсистеми. 7. Модулі. Класифікація САПР За рівнем формалізації вирішуваних задач: а. автоматичні; б. автоматизовані; в. евристичні. За функціональним призначенням: – системи розрахунково-оптимізаційні (CAE -computer-aided engineering) - засоби автоматизації інженерних розрахунків, аналізу та моделювання фізичних процесів, здійснюють динамічне моделювання, перевірку та оптимізацію виробів; 7 – автоматизованого проектування конструкцій (CAD -computer-aided design/drafting) - засоби автоматизованого проектування, призначені для автоматизації двовимірного та/або тривимірного геометричного проектування, створення конструкторської та/або технологічної документації; – технологічної підготовки програм для верстатів з ЧПУ (CAM - computer-aided manufacturing) – засоби технологічної підготовки виробництва виробів, забезпечують автоматизацію програмування та управління обладнання з ЧПУ або ГАВС (Гнучких автоматизованих виробничих систем). – планування технологічних процесів (CAPP - computer-aided process planning) – засоби застосовувані на стику систем CAD і CAM. – комплексні – системи автоматизованого проектування, що поєднують у собі вирішення задач, що відносяться до різних аспектів проектування CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. За спеціалізацією: – спеціалізовані - САПР, область застосування яких обмежується певним класом конструкцій, наприклад, САПР вантажного автомобіля, будівельних конструкцій, авіабудування і т. ін.; – універсальні (інваріантні) - САПР, область застосування яких не обмежена певними сферами застосування, наприклад, система автоматизації розрахунків на міцність може бути інваріантна по відношенню до автомобіля, будівельної конструкції, трактора і т. ін. За галузевим призначенням: – MCAD (англ. mechanical computer-aided design) - автоматизоване проектування механічних пристроїв. Це машинобудівні САПР, що застосовуються в автомобілебудуванні, суднобудуванні, авіакосмічній промисловості і т. ін. – EDA (англ. electronic design automation) або ECAD (англ. electronic computer- aided design) - САПР електронних пристроїв, радіоелектронних засобів, інтегральних схем, друкованих плат і т. ін. – AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) абоCAAD (англ. computer-aided architectural design) - САПР в області архітектури і будівництва. За технічною організацією: а) системи з центральним процесорним керуванням; б) системи, що комплектуються автоматизованими робочими місцями конструктора (АРМ) з власними обчислювальними ресурсами. За рівнем автоматизації проектування: а) низько автоматизовані - до 25% проектних процедур автоматизовані; б) середньоавтоматизовані 25% -50%; в) високоавтоматизовані більше 50%. За кількістю проектних документів: а) малої продуктивності - до 1000 документів на рік; б) середньої продуктивності - 1000-100000 документів на рік; в) високої продуктивності - більше 100000 документів на рік; 8 Питання для самоперевірки 1. Що таке проектування ? 2. Які основні принципи проектування ? 3. Які основні терміни та визначення проектування? 4. Які існують типи забезпечень? 5. Назвіть основні класифікації та типи систем САПР. Література: [4, с.30-50]; [14, c. 10-32]; Завдання на СРС: [3, c. 21-35]. 9 1.2 Роль проектування в життєвому циклі програмного забезпечення Структура теми : – Методологічна основа проектування. – Стадії життєвого циклу систем. – Групи процесів життєвого циклу систем. – Процес розробляння згідно ДСТУ 3918. – Процеси життєвого циклу програмного забезпечення. – Методологічна основа проектування. Стандарт - документ, розроблений та затверджений уповноваженим органом, що встановлює призначені для загального і багаторазового використання правила, інструкції або характеристики, які стосуються діяльності чи її результатів. ДСТУ - Державні стандарти України. Методологічна основа проектування Система - комбінація взаємодійових елементів, об’єднаних для досягнення однієї або більше встановлених цілей. ДСТУ ISO/IEC 15288:2005. Автоматизована система - це система, яка складається з персоналу і комплексу засобів автоматизації його діяльності та реалізує інформаційну технологію виконання установлених функцій. Стадії життєвого циклу систем Стадія визначання концепції; Стадія розробляння; Стадія виробництва; Стадія використання; Стадія підтримування; Стадія списування. Життєвий цикл систем. ДСТУ ISO/IEC 15288:2005 Рисунок 1.1 – Приклади стадій ЖЦ Стадія визначання концепції Результати стадії визначання концепції: 10 1. Ідентифікація нових концепцій, які пропонують нові властивості системи, розширення загальних виробничих перспектив або зменшення спільних витрат розпорядників системи впродовж її життєвого циклу. 2. Оцінювання можливих концепцій і рішень стосовно основної системи, зокрема допоміжних систем для всього життєвого циклу з перспективою максимального наближення до технічних і ділових цілей розпорядників. 3. Підготовка та фіксування базису вимоги розпорядника і попередніх системних вимог (технічних специфікацій для вибраної концепції основної системи і специфікацій зручності застосування стосовно передбаченої взаємодії людини із системою). 4. Уточнення результатів для стадій моделі життєвого циклу системи. 5. Плани ідентифікації, оцінювання та зменшування ризиків на стадіях моделі життєвого циклу системи. 6. Ідентифікація і первинна специфікація послуг, які необхідно отримати від допоміжних систем протягом існування системи. 7. Концепції для виконання всіх подальших стадій. 8. Плани і критерії переходу на стадію розробляння. 9. Плани ідентифікації, оцінювання та зменшення ризиків для даної та наступних стадій у моделі життєвого циклу системи. 10. Задоволення критерію завершення стадії. 11. Затверджене рішення про перехід до стадії розробляння. Стадія розробляння Стадія розробляння призначена для того, щоб створити таку систему, яка б змогла задовольнити вимоги покупця і підлягала б виробленню, тестуванню, оцінюванню, використанню, підтримуванню та списуванню. Результати стадії розробляння : 1. Уточнені й зафіксовані як базова версія вимоги до допоміжних систем. 2. Технічна інформація, яка охоплює, за потреби: а) діаграми, рисунки і моделі апаратних засобів; б) документацію проекту програмного засобу; в) специфікації інтерфейсу; г) плани виробництва; д) інструкції з експлуатації; е) настанови для навчання операторів; ж) процедури підтримування; з) порядок списування. 3. Побудований прототип або кінцева основна система. 4. Уточнені результати і оцінки вартості для стадій виробництва, використання, підтримування та списування. 5. Визначання щодо послуг допоміжних систем, необхідних для виконання наступних стадій життєвого циклу. 6. Плани і критерії переходу до стадії використання. 7. Ідентифіковані поточні ризики і визначені дії щодо їх зменшування. 8. Задоволення критерію завершування стадії. 9. Затверджене рішення про перехід до стадії виробництва. 11 |