42
Можно ввести аналогию и поместить цилиндр в канал с твердыми стенками;
на соответствующих границах счетной области поставим условие прилипания. Как
и в рассмотренной выше трубе, стенки канала должны быть расположены
достаточно далеко от модели, чтобы их влияние мало сказывалось на результатах
решения.
На выходе из контрольного объема на границе CD также надо поставить
граничные условия. Часто используется «мягкое» условие:
где ƒ = u, ϑ, p, T.
Это условие означает, что вблизи границы CD функции ƒ изменяются
линейно. Граничные условия такого типа можно применять, когда решение
вблизи границы гладкое, граница не пересекается крутыми волнами сжатия и
контактными разрывами.
В качестве граничных условий могут быть также использованы более
сложные уравнения, например уравнения Эйлера или параболизованные
уравнения Навье — Стокса. В настоящее время существуют задачи,
решенные численно с использованием полной системы уравнений Навье —
Стокса.
Таким образом, показана методика решения задачи моделирования
тепловых потоков в пространстве камер окисления, учитывая при этом
расположение труб с рабочим телом для отвода тепла (вода) в пространстве
камеры и влиянием таких тел на общую динамику процессов внутри аппарата.
Численное моделирование, основанное на математическом аппарате
такого вида, позволит, при необходимом визуальном графическом обеспечении
43
САПР понять динамику существующих процессов в системе аппарата для
каждого из найденных проектов на выходе САПР, что критично при принятии
решении о адекватности моделей и установки в целом.
Результаты по моделированию и их графическая интерпретация в
трехмерном пространстве камеры окисления будут рассмотрены в пункте
«Лингвистическое обеспечение», как пример функционирования САПР и
должной ее информационной составляющей.
3.3. Лингвистическое обеспечение
Рассмотрим лингвистическое обеспечение разрабатываемой в текущей
работе САПР. Целью такого обеспечения является создание удобных и
эргономичных с точки зрения использования и проектирования
пользовательских интерфейсов, обеспечивающих и облегчающих
взаимодействие оператора с указанной системой, направленное на успешное
решение задач как расчёта и проектирования, также управления и
администрирования САПР и её данных.
В качестве основополагающей составляющей указанного обеспечения
САПР можно выделить диалоговые подсистемы на разных уровнях
функциональных подсистем САПР идея введения которых состоит в
предоставлении функций ввода информации, вывода результатов и
информационных сообщений в понятной и привычной оператору структуре и
семантике. Такая политика организации диалоговых подсистем подразумевает,
естественно, в определенных рамках, сокрытие от пользователя внутренних
транзакций данных и некоторых расчетных данных, что позволяет избежать
избыточность воспринимаемой оператором информации.
Предлагается использование как уже устоявшегося в подходах к
проектированию САПР инструментария организации диалоговых подсистем
вида «заполнение бланков», «окно информации» или «таблицы данных» и т.п.,
так и использование возможностей компьютерной графики, особенно на этапах
моделирования проектного решения для наглядного и интуитивного восприятия
процессов термодинамики в аппарате.
44
Дадим основные требования к лингвистическому обеспечению, которые
служили как руководство при разработке указанной САПР:
1) Повышение информативности ввода-вывода данных системы;
2) Сокращение времени привыкания пользователя САПР к системе,
связанное с детальным изучением специфики работы САПР и обработки
данных;
3) Сокращение времени ввода информации на АРМ за счет упрощения
структуру данных, введения дублирующих баз параметров расчета.
Основные типы подсистем лингвистического обеспечения,
функционирующих в рамках рассматриваемой работы:
- диалог администрирования базы данных на уровне редактирования
данных базы, обеспечения прав доступа пользователя, выполнения
резервирования;
- диалог типа «заполнение бланков»;
- подсистема визуализации динамики процессов аппарата.
Рассмотрим примеры определенных выше типов подсистем используемые
в текущей дипломной работе. Как было указано выше, САПР функционирует в
двух режимах работы – архивный и режим расчетов с решением задач
оптимального поиска.
Модуль администрирования представляет собой GUI приложение, логика
пользовательского интерфейса которого направлена на сокрытие транзакций
SQL от пользователя, что с одной стороны под графической оболочкой
позволяет легко оперировать запросами, без необходимости владения SQLс
другой же – обеспечивает сохранность и целостность данных.
45
Программа позволяет осуществлять навигацию и управление данными.
Администрирование таблиц, с точки зрения доступа ведется стандартными
средствами СУБД MySQL.
Блок ведения оптимальных расчетов представляет GUI приложение
подсистемы указанной САПР с необходимыми полями дальнейших расчетов по
математической модели системы и решении задачи оптимизации.
Как видно, за счет поддержания прямой связи с базой данных веществ
через выбор соответствующего вещества, осуществляется и выбор
соответствующих физических параметров элементарных частиц этого вещества.
Таким образом, пользователю достаточно лишь выбрать условное название типа
пеллетов для обозначения всех расчетных параметров, что заметно упрощает
взаимодействие человека с системой.
Результаты решения задачи оптимального поиска конструкционных
параметров приведены на рисунке ниже. Как видно, САПР построена таким
образом, что загрузка соответствующей чертежной документации
осуществляется автоматически в окно приложения проектирования. Такой
подход к построению лингвистического обеспечения позволяет ускорить
процесс разработки и сократить количество операционных действий
пользователя системы.
46
Модуль моделирования процессов динамики веществ в готовом целевом
продукте осуществляется с использованием инструментария трехмерной графики,
пример которого представлен на рисунке ниже.
Что касается внутренних языков оперирования данными, система
использует язык SQL, скрытый интерфейсно от пользователя, что позволяет
защитить данные, гарантировать стабильность запросов и связей между
клиентом и сервером. С другой стороны, для работы с базой данных, клиент не
обязан знать основы SQL, проводя транзакции данных на уровне автоматических
запросов из под пользовательского интерфейса.
В качестве языка доработки САПР, внесения операционных правок со
стороны операторов-программистов выбран язык C++ со свободными
библиотеками Qt и OpenGL, что найдет отражение в выборе программного
47
обеспечения (см. п. программное обеспечение САПР) для внесение корректив в
исходные модули.
Таким образом, рассмотрев все возможности системы со стороны
построения лингвистического обеспечения можно говорить, по мере
удовлетворения поставленным выше требованиям, о правильности построения
системы и об ее логической направленности, в первую очередь, на пользователя
САПР.
3.4. Техническое обеспечение.
Техническое обеспечение было отчасти затронуто в разделе описания
структуры САПР (пункт 4.1). Приведем более подробные разъяснения об
оборудовании каждого АРМ и связующих элементов.
Стоит отметить, что данное ниже оборудование будет являться
рекомендуемым, но необязательным. Повышение технических характеристик
оборудования указанного здесь даст лишь наиболее лучшие результаты по
времени расчета, осуществлении внутренней транзакции информации между
входящими АРМ и подсистемами САПР и других операций системы. Текущая
логика САПР допускает умеренное использование и менее производительных
компонентов, которые, однако, найдут отражение в понижении
производительности системы.
Касательного технического обеспечения, для клиентской АРМ оно более
производительно и эффективно относительно времени: Intel® Core™ i5-4440,
RAM16Gb, HDD500Gb, GTX750 Ti. Это позволяет производить быстрые
расчеты, моделировать входные процессы, решать оптимизационные задачи и
нормально функционировать обозначенным подсистемам расчета данных.
Обеспечение сервера представляет собой: 05 Intel® Core™ i5-4440, RAM
8Gb, HDD 2 Tb, GTX750 Ti. Такое оборудование выбрано исходя из того, что
сервер несет функции архива и не выполняет каких-либо сложных
вычислительных операций. К тому же в рамках функционирование САПР
количество транзакций данных и доступа клиентов относительно мало
(категория до 60-ти подключений), что исключает необходимость использования
48
специальных серверных станций, серверных процессоров и т.д. Ихвнедрение не
грозит производительности или целостности системы, но будет являться
избыточным как в операционном плане простоя, так и в финансовом, из-за
относительно дорогой стоимости.
Стоит отметить, что все указанные АРМ поставляются с ЖК мониторами,
выбор которых, на практике, зависит от индивидуальных потребностей и
предпочтений операторов системы. В текущей работе были указаны
относительно недорогие и производительные аналоги мониторов
BenQ(см. структурная схема САПР), которые позволяют эргономично
полностью воспринимать данные вывода и моделирования, осуществлять
оперирование информацией системы.
В составе САПР рекомендуется использовать также плоттеры, т.к.
проектная документация зачастую предполагает широкоформатные чертежи.
Для остальной документации желательно использование лазерных принтеров.
Указанные модели устройств HP несут рекомендательный характер и могут быть
заменены на остальные аналоги, однако использование рассмотренных
устройств гарантирует надежное функционирование, быстроту оперирования и
качественное постгарантийное обслуживание фирмой-производителем.
Выбор периферии и остальных устройств (клавиатура, манипулятор
«мышь») зависят от топологии сети в пространстве установки САПР,
эргономических и индивидуальных запросов пользователей и операторов
системы, требований со стороны пожарной безопасности и обеспечения
нормальных трудовых условий.
В качестве обеспечения обмена данными между подсистемами
необходимо использование ЛВС проводного, либо же Wi-Fi типа с
соответствующими им типами маршрутизаторов.
Тестирование расчета математической модели и оптимизации
проводилось на AMD Athlon IIX 2 250 (2.3 ГГц) заняло 11 минут. Оборудование
для САПР выбрано исходя из соображения сокращения времени расчета
моделей и выбрано в качестве рекомендовано. Что касается сервера, помимо
ответов на запросы о переменных, производится проверка канала связи по
отклику установленному на 0,001 сек.
49
Поскольку выбранное оборудование указано более производительным чем
тестовое текущей работы, указанное техническое обеспечение САПР способно
поддержать не только обмен данными, но и указанную проверку канала
соединения, во избежание потери пакетов обмена и рассинхронизации в
вычислениях.
3.5. Программное обеспечение.
В основе программного обеспечения описанной САПР лежат модули
приведенные выше: работа с базами данных, расчета оптимальных параметров
камеры и двигателя нагнетателя, однако для обеспечения функционирование
системы на уровне взаимодействия системы с техническим обеспечением и
пользователями системы необходима как операционная система, так и остальные
программные приложения, поясним выбор которых и дадим описание ниже.
Операционной системой серверной АРМ является Windows 8 Professional
64 bit, возможности которой позволяют использовать ее как основную
операционную систему для современных компьютеров на предприятиях любого
типа. Достоинства: высокая безопасность, простой и понятный пользовательский
интерфейс, широкие возможности управления. Кроме того, их дополнили
система безопасности, средства управления и обеспечения надежности,
характерные для системы Windows 8 Professional 64 bit.
Данная операционная система обеспечивает возможность работы с базами
данных, с новейшими программными средствами, имеет встроенную поддержку
работы в сетях, сертификацию драйверов, также, благодаря указанной
разрядности – должную скорость транзакций и оптимальное использование
оперативной памяти. Указанный продукт прекрасно совместим с ПО «Компас-
3D», что, безусловно, и нашло некоторое отражение в выборе первого.
Для экономии средств реализации САПР при равных способностях к
рассинхронизации вычислительных процессов, использовании стандартных
протоколов обмена информации на клиентских АРМ рекомендуется
использование свободно распространяемой и масштабируемой ОС Debian.
Система в составе поставляемых пакетов имеет большое количество прикладных
50
программ работы, настройки, драйверов и т.д. Отличается хорошей и
постоянной поддержкой компанией разработчика.
Как и было указанно в пункте описания информационного обеспечения
для обеспечения функционирования сервера была выбрана станция
MySQLServer. Указанное СУБД, в отличие от многих остальных аналогов, имеет
собственный клиентский модуль FTP напрямую связанный с логическим
пространством внутреннего SQL сервера. Использование такого модуля
исключает необходимость доработки клиентской стороны FTP и связанных с
этой проблемой потери данных, либо их избыточности. К тому же, СУБД имеет
удобный пользовательский интерфейс управления данными, администрирования
базами и правами доступа соответствующих операторов АРМ.
В качестве обеспечения отображения документации выбрано свободно-
распространяющееся программное обеспечение OpenOffice, использование
которого сократит общие затраты на программное обеспечение при
комплектации САПР при равных возможностях этого продукта с MSOffice. К
тому, согласно постановлению правительства РФ от 2012г., использование
свободных аналогов ПО необходимо на государственных предприятиях, при
равных вычислительных и функциональных возможностях такого обеспечения.
Для отображения и создания чертежной документации был выбран пакет
«Компас 3D». «Компас 3D» содержит модели и готовые бланки согласно ГОСТ,
что облегчает, в сравнении с импортными аналогами ПО, оформление проектов
в соответствие со стандартами РФ.
Связь между модулями производится по внутренним протоколам
технологии OC Windows, что позволяет беспрепятственно интегрировать
продукты собственной реализации в готовые пакеты, производить обмен
данными и параметрами между единицами ПО.
Благодаря предоставляемым системным протоколам Windows и
технологии взаимодействие ADO элементов ПО возможна реализация обмена
данных между подсистемами внутри разрабатываемой САПР.
Связи подсистем в составе клиентских АРМ также осуществляется по
внутренним протоколам логических сетей указанных рабочих мест и
возможностям ОС Debian.
51
Для возможности доработки логики подсистем САПР, внесения правок
исполняемых модулей системы рекомендуется использовать среду QtCreator.
Выбор среды пал за счет ее свободного распространения,
кроссплатформенность, наличие свободно распространяемых дополнений,
пакетов обновление и библиотек разработки и визуализации, постоянное
развитие и сопровождение компаниями-разработчиками. К тому же, среда
стабильно интегрируется с модулями СУБД, поддерживает разработку и
компиляцию собственных драйверов соединения, имеет, за счет расширения
языка C++ относительно высокую скорость разработки и отладки за счет
рассинхронизации на процессоре АРМ.
Для версионности и обеспечения хранения копий правок программного
кода предлагается использовать системы Git, Mercurial и т.д. В настоящее время
указанные системы контроля версий имеют схожую конфигурацию и логику
хранения проектов, а также, удобные визуальные средства управления
проектами, которые интегрируется в средства разработки проектов, в частности,
в QtCreator. Использование этих продуктов позволяет отслеживать изменения в
версиях модулей САПР, обеспечить возврат, если это необходимо, к другим
состояниям продукта.
Для обеспечения слаженности решения задач и их распределения на
операторов, контроля исполнения в системе рекомендуется использовать пакет
AtlassianJira, либо другое ПО сходного назначения:
- распределение задач по участникам системы;
- контроль качества исполняемых задач;
- ведение отчетности.
Также, необходимо вести отчетность при редактировании исходного кода
САПР, что заметно упрощается за счет указанных программных компонент
выше, а также специальных автоматизированных модулей отчетности по
правкам в ПО. Стоит отметить о свободном распространении указанных
программ, что положительно скажется на закупочной цене элементов САПР и
стоимости ее поддержания.
Таким образом, представленное здесь ПО полностью обеспечивает
необходимую работу компонентов САПР, удовлетворяет требованиям к