Объектно-ориентированное программирование

C# сегодня можно отнести к новым членам объектно-ориентированных языков программирования, к самым распространенным из которых относятся Java, C++, Delphi и т.д. Объектно-ориентированное программирование - технология программирования, при которой программа рассматривается как набор дискретных объектов, содержащих, в свою очередь, наборы структур данных и процедур, взаимодействующих с другими объектами. Для любого объектно-ориентированного языка программирования присущи следующие три важнейших принципов объектно-ориентированного программирования:

- инкапсуляция: как объекты прячут свое внутреннее устройство;

- наследование: как в этом языке поддерживается повторное использование кода;

- полиморфизм: как в этом языке реализована поддержка выполнения нужного действия в зависимости от типа передаваемого объекта.

Вопросы для самоподготовки:

1. Чем характеризуется принцип «открытой архитектуры», на котором построены большинство современных САПР?

2. Для чего предназначены языки проектирования?

3. Приведите структуру программы, написанной на языке проектирования AutoLISP?

Часть 2 задачи автоматизации проектирования механизмов и машин в машиностроении

Теоретические основы машиностроения составляет множество различных дисциплин. Соответственно этому разнообразны и используемые методы проектирования. Сам же процесс проектирования с использованием ЭВМ распространяется на решение двух наиболее актуальных задач, а именно: на изготовление чертежей и на проведение вычислений.
Если раньше автоматизированные процессы проектирования создавались для решения проблем, ориентированных на конкретное изделие или учитывающих специфику производства, то последние разработки свидетельствуют о все увеличивающейся переориентации на создание универсальных методик и решение задач, выходящих за пределы отдельных отраслей производства.
Цель такой переориентации - пригодность отдельных систем для различных отраслей. Примером современной системы, созданной именно с этой целью можно назвать систему автоматизированного проектирования AutoCAD.
Все это явилось предпосылками к коренному пересмотру классического понятия проектирование, которое в конечном итоге переродилось в понятия и методы виртуального производства.

Лекция №5 Основы методологии проектирования технических объектов. Работа с информацией, вырабатываемой во время проектирования

Теоретические вопросы:

5.1. Методология проектирования технических объектов

5.2. Работа с информацией

5.3. САПР как объект проектирования

5.1. Методология проектирования технических объектов

Автоматизация процесса проектирования невозможна без знаний в области методологии проектирования. Первый этап проектирования машины связывается обычно с разработкой ее структурной схемы, реализующей принятый принцип ее действия. Основная задача конструкторского проектирования - реализация принципиальных схем, полученных на этапе функционального проектирования. После окончательного выбора принципа действия и структурной схемы начинается детальная проработка ее элементов. При этом производится конструирование отдельных деталей, компоновка узлов из деталей и конструктивных элементов, агрегатов и узлов, после чего оформляется техническая документация на объект проектирования. Основными методами решения задач на этапах конструкторского проектирования являются: логическое моделирование и теория графов.

Сложность технических объектов, состоящих из многочисленных по-разному взаимодействующих друг с другом и окружающей средой подсистем, требует системного подхода. Одновременно с этим сложность современных объектов проектирования определяет и сложность задач проектирования. Они не могут быть решены сразу прямым замыканием выходной информации на постоянную концептуальную модель действительности, а требуют развернутого во времени сложного информационного поиска.

Разработка сложных изделий в области современного машиностроения - процесс плотного взаимодействия специалистов различной специализации. Первоначально возникает идея реализации определенных задач, потенциально удовлетворяющая некой потребности и всем дополнительным условиям. Для доказательства ее реальности проводится этап экспериментальных проверок и предварительных расчетов. Далее следует сложный этап разработки изделия, результаты которого определяют работу конструктора и находят свое воплощение в конструкторской документации с учетом всех необходимых требований к изделию. На основании документации технолог разрабатывает технологию изготовления каждой детали и изделия в целом. При этом учитывается серийность предполагаемого производства изделий, технологические возможности конкретного предприятия-изготовителя и многие другие особенности. В результате этого длительного процесса первоначальная идея реализуется в рабочую конструкторскую документацию, по которой можно начинать процесс производства. В связи с этими наиболее характерными этапами появляются некоторые особенности современных методов проектирования, для чего необходимо ввести нижеследующие базовые понятия и определения.

Проектное решение - промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения пути дальнейшего проектирования или окончания проектирования; алгоритм проектирования - совокупность предписаний, необходимых для выполнения проектирования; язык проектирования - язык, предназначенный для представления и преобразования описаний при проектировании; проектная процедура - совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением; проектная операция - действие или совокупность действий, составляющих часть проектной процедуры.

Множественность путей достижения цели проектирования требует рассмотрения не одного, а многих вариантов технического решения, к каждому из которых применяются определенные методы анализа и оценки. Задачу поиска технических решений, не поддающуюся известным математическим и логическим методам, можно отнести к эвристическим. Повторное применение методов или алгоритмов проектирования характеризует еще одну его особенность, названную интерактивностью. Инженерное проектирование представляется в виде последовательных этапов, которые можно представить в виде алгоритма, показанного на рис. 18.

Рис. 18. Этапы проектирования

Каждый этап процесса проектирования содержит несколько процедур. Структурное описание алгоритма представляется формулой:

, (5.1)

где А_ОБ – обозначение обобщенного эвристического алгоритма

E1 … E17 – этапы проектирования.

Этапы обобщенного эвристического алгоритма означают:

E1 – определение общественной потребности;

E2 – определение цели решения задачи;

E3 – предварительное изучение задачи;

E4 – сбор и анализ информации о задаче;

E5 – исследование задачи;

E6 – выбор параметров объекта и предъявляемых к нему требований;

E7 – уточнение формулировки задачи;

E8 – формулировка конечного результата;

E9 – выявление технических и физических противоречий в технической системе;

E10 – выбор поисковых процедур и эвристических приемов;

E11 – поиск идей решения задачи;

E12 – анализ и проработка идей решения задачи;

E13 – выбор рациональных вариантов технического решения(ТР);

E14 – выбор наиболее рационального варианта;

E15 – развитие и упрощение ТР;

E16 – анализ технико-экономической эффективности найденного ТР;

E17 – обобщение результатов решения задачи.

При решении определенного класса задач, относящегося к группе областей техники и тем более к одной из них, рекомендуется составлять частные алгоритмы, отличающиеся от обобщенного меньшим количеством процедур.

Сформулируем основные задачи методологии проектирования. Стремление к широкому использованию ЭВМ требует формализации процедур, а это, в свою очередь, - математической модели (ММ) как процесса, так и объекта проектирования.

Современные методы проектирования ориентированы на широкое использование ЭВМ, не исключая человека при решении наиболее сложных и творческих задач. Системный подход, многокритериальная оптимизация и вычислительные методы составляют основу для автоматизации проектирования. Каждая процедура обобщенного и универсального алгоритма представляет собой определенную задачу проектирования. Стремясь к формализации процедуры разбивают на следующие группы, в которых:

1) неизвестны ни входная, ни выходная информация, ни алгоритм переработки;

2) неизвестны входная информация и алгоритм переработки;

3) неизвестен алгоритм;

4) неизвестны входная и выходная информация, алгоритм переработки.