Моделирование Системы Автоматизации Проектирования

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Курсовая работа по дисциплине «Основы системного анализа объектов и процессов компьютеризации» Пояснительная записка РЕФЕРАТ Пояснительная записка по курсовой работе "Моделирование системы автоматизации проектирования" состоит из 63 листов, количество использованной литературы – 7, количество приложений - 4. Данная пояснительная записка содержит постановку задачи,

предметную область, математическое описание задачи, метод решения, назначение программы, входные и выходные данные, инструкцию пользователя, алгоритм работы программы, описание логической структуры, используемые технические средства, вызов и загрузку. Для успешной работы с представленной программой необходим компьютер IBM 8x586 или любой совместимый с ним. Для реализации данного алгоритма использовался язык программирования Delphi версии 0. Также необходимо наличие файла с программой project1.pas и необходимых модулей.

При написании программы использовался PC/AT совместимый компьютер класса Intel Pentium. СОДЕРЖАНИЕ Введение 1 Описание задачи 1.1 Постановка задачи 1.2 Предметная область 1.3 Математическое описание задачи 1.4 Метод решения .2 Описание применения .2.1 Назначение программы 2.2 Входные и выходные данные .2.3 Инструкция пользователя .16 3

Описание программы .3.1 Общие сведения и функциональное назначение 3.2 Алгоритм работы программы 3.3 Описание логической структуры 3.4 Используемые технические средства,вызов,загрузка 3.5 Контрольный пример 28 Заключение Список использованной литературы .30 Приложение А Текст программы 31 Приложение Б Экранные формы .57

Приложение В Блок-схема алгоритма .61 Приложение Г Q-схема .63 ВВЕДЕНИЕ Задача данной курсовой работы реализует процесс обслуживания, который может быть рассмотрен на примере системы массового обслуживания, которая в свою очередь рассматривается в теории массового обслуживания. Теория массового обслуживания представляет собой прикладную математическую дисциплину, занимающуюся исследованием показателей производительности технических устройств или систем массового

обслуживания, предназначенных для обработки поступающих в них заявок на обслуживания заявок. Для того чтобы понять необходимость теории массового обслуживания, рассмотрим простейший пример. Пусть на некоторое обслуживающее устройство или обслуживающий прибор поступает поток заявок. Допустим, путем длительных наблюдений мы установили, что среднее число поступающих на прибор заявок постоянно и равно 6 в час. Спрашивается, какую производительность должен иметь прибор, чтобы успешно

справляться с поступающим на него потоком заявок? Сам собой напрашивается ответ: прибор должен обслуживать в среднем 6 заявок в час или каждую заявку за 10 мин. Конечно, осторожный проектировщик всегда сделает небольшой запас, скажем, в 10% на всякие непредвиденные обстоятельства и предложит производительность прибора, соответствующую обслуживания одной заявки за 9 мин. Дальнейшее увеличение производительности прибора вряд ли целесообразно, поскольку тогда он будет

большую долю времени простаивать. Итак, ответ готов: прибор должен обслуживать заявку в среднем за 9 мин. При этом заявки перед прибором не должны накапливаться, а сам прибор в среднем 6 мин каждый час будет простаивать. Однако на практике весьма быстро было подмечено следующее обстоятельство. Да, прибор действительно был свободен 10% времени. Но в очень многих случаях перед прибором возникала весьма значительные очереди.

В среднем перед обслуживающим прибором скапливается очередь из 8 заявок. Поиски причин этого явления выявили и виновника: им оказался именно элемент случайности в поступлении и обслуживании заявок. Дальнейший ход событий предсказать не трудно. Раз виноваты случайные явления, а случайными явлениями занимается теория вероятности, то необходимо для анализа системы массового обслуживания применять методы этой дисциплины.

Пик своего развития теория массового обслуживания достигла в 50-70-е годы. Затем интерес к теории массового облуживания несколько ослабел. Однако в последнее время снова возродился интерес к задачам теории массового обслуживания, обусловленный не только новыми проблемами, возникшими в практической жизни и особенно в областях, связанных с разработкой и применением вычислительной техники, но и новыми математическими подходами к их решению.

Одним из таких подходов является алгоритмический подход, возникший в связи с широким применением вычислительной техники, в частности, персональных компьютеров в научных исследованиях, и предлагающий получение решений задач теории массового обслуживания в виде тех или иных вычислительных алгоритмов. 1 ОПИСАНИЕ ЗАДАЧИ 1.1 Постановка задачи Задание данной курсовой работы звучит следующим образом. Система автоматизации проектирования состоит из ЭВМ и трех терминалов.

Каждый проетировщик формирует задание в интерективном режиме. Набор строки задания занимает 10±5 с. Получение ответа на строку требует 3 с работы ЭВМ и 5 с работы терминала. Посля набора 10 строк задание считается сфомированным и поступает на решение, при этом в течение 10±3 с ЭВМ приостанавливает производство ответов на строки, которые вводятся. Анализ результата занимает у проектировщика 30 с, после чего цикл повторяется.

Смоделировать работу системы в течении 6 часов. Определить вероятность простоя проектировщика через занятость ЭВМ и коэффициент нагрузки ЭВМ. Требования к программе следующие: все параметры системы должны динамически меняться во время выполнения программы и пользователь имеет возможность просмотра статистических данных выполнения программы. Данная программа отвечает требованиям, указанным при постановке задачи, имеет «дружественный» интерфейс, представляет данные в удобном визуальном представлении и выводит в

графическом виде время выполнения процессов. В программе были использованы все принципы построения модели по Q-схеме, которые описаны в математической модели. 1.2 Предметная область Схема данной курсовой работы может быть применена в различных отраслях народного хозяйства, в частности в химической отрасли, где ЭВМ может являться прибором – спектометром “Palmer – F402”, а терминалы – это производственные цехи. Химическая промышленность –одна из важнейших отраслей

народного хозяйства. Химизация народного хозяйства – одно из основных направлений научно-технического прогресса, характеризующееся внедрением химических методов, процессов и материалов в различные отрасли народного хозяйства. Очень важным в химической промышленности ввиду ее вредности стало применение автоматизации и дистанционного управления процессами, а именно использование приборов, позволяющих осуществлять производственный процесс без непосредственного участия человека, лишь под его контролем.

Автоматизация – это высшая степень механизации. Особенное значение имеет комплексная автоматизация с применением электронных вычислительных машин, которые получают информацию о ходе химического процесса от различных приборов-измерителей. Так, в химическую промышленность вошла наука кибернетика. Одна из насущных задач развития химической техники – широкое применение автоматизированных систем управления технологией производства – АСУ ТП. С точки зрения химической отрасли данная задача может быть рассмотрена

следующим образом. Строки задания – это вещества, являющиеся составными частями какого-либо продукта. Вещество анализируется, в течении какого времени на состав и примеси на приборе спектометре “Palmer – F402” и возвращаются в цех. Из определенного количества обработанных веществ формируется готовый продукт, который также анализируется на приборе “Palmer – F402”. Результат обрабатывается в течение какого-то времени непосредственно проектировщиком, то есть работником

цеха. Примером такой схемы функционирования может является производство кальцинированной соды Na2CO3. Строками-веществами являются вода (H2O), соль (NaCl), мазут, мел (CaCO3), погашенная известь (CaO), аммиак (NH3), хлорид амония (NH4Cl), бикарбонат натрия (NaHCO3), хлористый натрий (CaCl2), которые анализируются на приборе “Palmer – F402”. Данные из “Palmer – F402” возвращаются в цех для контроля и дозировки.

В результате смешивания этих веществ и проведения различных химических реакций получается кальцинированная сода Na2CO3, которая также анализируется на приборе “Palmer – F402”, а затем в самом цехе. Другие терминалы-цехи могут использоваться для производства других веществ. 1.3 Математическое описание задачи К математической модели данной задачи можно отнести модель реализации каждого из компонентов системы. Терминалы представлены в программе как массивы целых чисел ki i=1:3,

где количество элементов в массиве является количеством обработанных строк. При поступлении новой строки из ЭВМ на терминал увеличивается индек соответствующего массива на единицу и увеличивается количесво элементов в массиве: i=i+1 (1.3.1) ki=i (1.3.2) ЭВМ представлено ввиде элемента, который в программе реализуется с помощью типа-записи, содержащего сведенья о строке задания (время обработки строки и номер терминала, сформировавшего ее).

Заполнение ЭВМ реализуется по следующей формуле: EVM=nakopitel(1) (1.3.3) где nakopitel[1] – первый элемент в массиве-накопителе. Накопитель является массивом необработанных строк. При поступленнии новой строки в накопитель увеличивается индек массива и накопителю присваевается новая строка: index_nakop=index_nakop+1 (1.3.4) nakopitel(index_nakop)=x (1.3.5) где х – содержит параметры строки; index_nakop – текущее количесво элементов в массиве-накопителе.

При выдаче строки задания из накопителя в ЭВМ индекс массива уменьшается и количесво элементов в массиве уменьшается на единицу: nakopitel(i)=nakopitel(i+1) i=1;index_nakop-1 index_nakop=index_nakop-1 (1.3.6) Вероятность простоя проектировщика из-за занятости ЭВМ определяется по формуле: ver=time1/time2 (1.3.7) где ver – вероятность простоя проектировщика; time1 – время простоя проектировщика; time2 – время, в течении которого

ЭВМ занято обработкой задания от другого проектировщика. Коэфициент загрузки ЭВМ определяется следующим образом: koef=time3/time (1.3.8) где koef – коэфициент загрузки ЭВМ; time3 – время, в течении которого ЭВМ работает; time – время работы системы. Работа данной системы реализуется с помощью Q-схемы, которая определяется следующим набором: Q = <W, U, H, Z, R, A> (1.3.9) где W – подмножество входящих потоков заявок на обслуживание:

U – подмножество потоков обслуживания; H – подмножество собственных параметров; Z – подмножество состояний элементов структуры (ZiH, ZiK); R – оператор сопряжения элементов структуры (каналов и накопителей); A – оператор алгоритмов обслуживания заявок (оператор поведения заявок). Подмножество собственных параметров H для данной схемы определяется как

Hi = {Lф, Lki, Lik, Li} (1.3.10) где Lф– количество фаз. Lф = 2; Lki– количество каналов. Lk1 = 3, Lk2=1; Lik– количество накопителей. Lik = 1; Li¬ – ёмкость накопителя. Теоретически не ограниченна. Подмножество состояний системы определяется выражением: Zi=(ZiH, ZiK) (1.3.11) где – ZiH состояние накопителя (Zi = 0– накопитель пуст,

Zi = 1 – в накопителе имеется 1 заявка Zi = Li – накопитель полностью заполнен); Li – ёмкость накопителя, измеряемая числом помещаемых в нём заявок; ZiK – состояние канала Кi ( Zi = 0– канал свободен, Zi = 1– занал занят). 1.4 Метод решения Метод решения поставленной задачи реализуется на основе объектно-ориентированного и структурного программирования. Объекты, используемые в программе являются стандартными

для языка Delphi и определяют компоненты программы, реализующие визуальный контакт пользователя с программой. Суть структурного программирования заключается в оформлении часто используемых последовательностей команд как отдельных функций и процедур и в объединении данных, связанных по смыслу, в сложные структуры данных. Благодаря этому повышается наглядность текста и упрощается его отладка. Для удобства написанная программа была разбита на модули (отдельные процедуры и функции).

Применение методов структурного программирования улучшает ясность и читабельность программ. Структурное программирование – это программирование, которое основано на основных вычислительных структурах. При использовании этого метода придерживаются строгих правил построения алгоритма. Всякая структурированная блок-схема может быть выражена как композиция из четырёх основных элементарных блок-схем: - композиции, то есть последовательным решением двух задач.

Если первая задача вырабатывает какую-то информацию необходимую для второй задачи, то они образуют составной блок. В такой подстановке задача разделяется на отдельные части. Объекты первой задачи могут являться глобальными для второй задачи. - альтернативы. В такой блок-схеме вычисляется значение предиката и выполняется задача 1 или 2. Задача 2 может при этом отсутствовать. Эта блок-схема легко реализуется оператором

IF THEN ELSE. - итерации повторения, то есть производится повторения вычисления поставленной задачи. Структурированное программирование состоит из этих элементарных блок-схем, образуя блоки задач, которые, в свою очередь, могут содержать в себе блок-схемы, описанные выше. 2 ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ 2.1 Назначение и условия применения программы Курсовая работа предназначена для моделирования системы автоматизации проектирования.

Это и является основным назначением программы, которая может представлять интерес как для студентов-системщиков при изучении материала, так и для программистов в роли обучающей программы, демонстрирующей большие возможности языка программирования Delphi. Эта курсовая работа является подведением итогов, полученных знаний по дисциплине "Основы системного анализа объектов и процессов компьютеризации".

Схема этой работы должна иметь возможность практической реализации. Применение данной программы возможно лишь в случае наличия на компьютере всех необходимых технических средств. Выполнение данной программы производилось при помощи средств диалекта языка программирования Delphi версии 4.0. Требования программы: персональный компьютер на базе микроп¬роцессора Intel 8x586 и выше, VGA совместимая видеокарта, накопи¬тель на твёрдом магнитном диске.

Требования к операционной системе ограничены требованиями компилятора языка Delphi 4.0, то есть Windows 3.11 или выше. Применение данной программы возможно лишь в случае наличия неповрежденных исходных файлов программы или скомпилированный программный файл. Исходный текст программы находится в файлах под именами unit1.pas, unit2.pas, unit3.pas, unit4.pas, unit5.pas, unit6.pas, unit7.pas, unit8.pas, unit9.pas, unit10.pas, unit11.pas, unit12.pas и занимают 43,2

килобайт, а исполняемый модуль под име¬нем project1.exe - 839 килобайт. 2.2 Входные и выходные данные В качестве входных данных выступают параметры моделирования: время набора строки задания, время ответа на строку терминалом и ЭВМ, количество строк, формирующих задание, время ответа ЭВМ на задание, время анализа результата проектировщиком, время моделирования.

К выходным данным следует отнести следующие результаты моделирования (статистические данные), которые пользо¬ватель сможет увидеть на экране дисплея в удобочитаемом виде: количество набранных строк от 1-го, 2-го и 3-го проектировщика, количество обработанных строк от 1-го, 2-го и 3-го проектировщика; количество полученных заданий от 1-го, 2-го и 3-го проектировщика, количество обработанных заданий от 1-го,

2-го и 3-го проектировщика; вероятность простоя 1-го, 2-го и 3-го проектировщика из-за занятости ЭВМ; коэффициент нагрузки ЭВМ. 2.3 Инструкции пользователю Интерфейс программы очень прост для понимания, причем трактовка каждого пункта меню на предмет дальнейшего действия однозначна, при этом специально для удобочитаемости пользователя предусмотрены всплывающие контекстные подсказки, которые просто не дадут пользователю возможности ошибиться

в момент моделирования. Все действия программы для удобства пользователя дублируются несколько раз: с помощью главного меню программы, с помощью панели инструментов или при помощи кнопок, находящихся на главном окне программы. При запуске программы появляется меню, состоящее из трех пунктов, панель инструментов, разделенная на четыре части, а также панели, накоторой находятся кнопки, реализующии такие действия как: старт, пауза, стоп, помощь и выход. Меню содержит следующие пункты: система, задание и

справка. При выборе пункта Система пользователь может реализовать следующии действия: - моделирование, запускает программу на выполнение (может реализоваться при нажатии клавиш Ctrl+A); - параметры, выводит окно, где можно поменять все параметры системы (может реализоваться при нажатии клавиш Ctrl+В); - статистика, выводит окно статистических данных программы (может реализоваться при нажатии клавиш Ctrl+С); - выход, реализует закрытие программы и выход в среду

Window. При выборе пункта Задание появляется меню из двух пунктов: - задание, содержит текст задания (может реализоваться при нажатии клавиш Ctrl+F1); - Q-схема, выводит окно, содержащее Q-схему курсовой работы (может реализоваться при нажатии клавиш Ctrl+F2). При выборе пункта Справка появляется меню из трех пунктов: - помощь, содержит сведенья о работе программы (может реализоваться при нажатии клавиши

F1); - об авторе, содержит сведенья об авторе проекта (может реализоваться при нажатии клавиши F2); - о программе, содержит общие сведенья о программе (может реализоваться при нажатии клавиши F3). Панель инструментов полностью дублирует пункты главного меню и предназначена для быстрого выбора наиболее часто используемых пунктов меню. Для удобства использования программы внизу главного окна программы находится панель с тремя закладками, предназначенная для изменения параметров системы, просмотра общей

статистики и визуального наблюдения за временем выполнения различных процессов. При запуске процесса моделирования система работает с начальными параметрами. При изменение параметров система продолжает работу с новыми параметрами. При нажатии на кнопку Стоп система переходит в начальное состояние и готова для нового запуска. При нажатии на кнопку Пауза пользователь может зафиксировать статистические данные программы в определенный

момент времени. Работая с дискеты, пользователь не должен заботиться о наличии каких-либо модулей, драйверов на рабочем компьютере, все необходимые модули, файлы и картинки скомпилированы в один выполнимый файл. Это существенно облегчает работу для пользователей данной программы. Для ускорения работы программы моделирования ее можно переписать на винчестер. 3 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ 3.1 Общие сведения и функциональное назначение

Предоставленный программный продукт носит название "Моделирование системы автоматизации проектирования" и служит для моделирования процесса обработки и передачи данных из трех терминалов и ЭВМ. Исходный текст программы находится в файлах под именами unit1.pas, unit2.pas, unit3.pas, unit4.pas, unit5.pas, unit6.pas, unit7.pas, unit8.pas, unit9.pas, unit10.pas, unit11.pas, unit12.pas и занимают 43,2 килобайт, исполняемый модуль под име¬нем project1.exe -

839 килобайт. В исполняемый фа