|
|
Главная \ Методичні вказівки \ Технологія проектування комп'ютерних систем
Технологія проектування комп'ютерних систем« Назад
Технологія проектування комп'ютерних систем 04.10.2015 01:26
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ СХІДНОУКРАЇНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ (м. Сєвєродонецьк) КАФЕДРА КОМП’ЮТЕРНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до лабораторних робіт з дисципліни "Технологія проектування комп'ютерних систем". Для студентів денної і заочної форм навчання напряму 6.050102 "Комп'ютерна інженерія" (електронне видання)
Сєвєродонецьк 2013
УДК 004.3`1 Методичні вказівки до лабораторнихробіт з дисципліни "Технологія проектування комп'ютерних систем". Для студентів денної і заочної форм навчання напряму 6.050102 "Комп'ютерна інженерія" (електронне видання) / Укл.: Рязанцев О.І., Скарга-Бандурова І.С., Шумова Л.О. – Сєверодонецьк: Видавництво ТІ. 2013. – 64 с.
Теми лабораторнихзанять присвячені вивченню завдань, що виникають при автоматизованому проектуванні комп'ютерних систем і їхньому рішенні. Перелік завдань орієнтований на автоматизоване проектування обчислювальних пристроїв. Найбільш докладно розглядаються завдання технічного проектування, методи та алгоритми автоматизації системного пректування та імітаційного моделювання за допомогою мереж Петрі.
Укладачі О.І. Рязанцев, професор, д.т.н., І.С. Скарга-Бандурова, доцент, к.т.н. Л.О. Шумова, ст.викладач
Від. за випуск О.І. Рязанцев, професор, д.т.н. Рецензент Є.В. Щербаков, доцент, к.т.н.
Затверджено на засіданні методичної комісії факультету КТ Протокол № __ від __.__.2013р .
Голова комісії М.І. Хіль, доцент, к.т.н.
ЗМІСТ Вступ.................................................................................................................................. 4 1 Загальні вимоги до виконання лабораторних робіт і критерії оцінювання.............. 5 2 Правила техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт ..................... 6 3 Лабораторна робота №1 Дослідження технологій автоматичного трасування друкованих плат 8 3.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи 8 3.2 Рекомендоване програмне забезпечення і ресурси. Короткі теоретичні відомості 8 3.3 Порядок виконання роботи................................................................................... 11 3.4 Порядок обробки результатів.............................................................................. 11 3.5 Порядок і приклад оформлення лабораторної роботи ................................ 11 3.6 Контрольні питання................................................................................................ 14 3.7 Рекомендована література................................................................................... 14 4 Лабораторна робота №2 Аналіз і формалізація класичної постановки задач лінійного програмування 15 4.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи 4.2 Рекомендоване програмне забезпечення і ресурси. Короткі теоретичні відомості 15 4.3 Порядок виконання роботи на прикладі класичної задачі лінійного програмування в середовищі Excel 16 4.4 Порядок обробки результатів.............................................................................. 20 4.5 Порядок оформлення лабораторної роботи ................................................... 21 4.6 Контрольні питання................................................................................................ 21 4.7 Рекомендована література................................................................................... 21 5 Лабораторна робота №3 Дослідження методів автоматизації рішення оптимізаційних задач симплекс методом 22 5.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи 22 5.2 Рекомендоване програмне забезпечення. Короткі теоретичні відомості. 22 5.3 Порядок виконання роботи................................................................................... 24 5.4 Порядок обробки результатів.............................................................................. 24 5.5 Порядок оформлення лабораторної роботи ................................................... 24 5.6 Контрольні питання................................................................................................ 25 5.7 Рекомендована література................................................................................... 25 6 Лабораторна робота №4 Дослідження методів автоматизації рішення задач про призначення. Угорський метод 26 6.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи 26 6.2 Рекомендоване програмне забезпечення. Короткі теоретичні відомості. 26 6.3 Порядок виконання роботи................................................................................... 29 6.4 Порядок обробки результатів.............................................................................. 30 6.5 Порядок оформлення лабораторної роботи ................................................... 30 6.6 Контрольні питання................................................................................................ 30 6.7 Рекомендована література................................................................................... 30 7 Лабораторна робота №5 Аналіз спеціалізованих програмних засобів для моделювання мереж Петрі 31 7.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи 31 7.2 Рекомендоване програмне забезпечення. Короткі теоретичні відомості. 31 7.3 Приклад моделювання.......................................................................................... 34 7.4 Порядок виконання роботи................................................................................... 36 7.5 Порядок обробки результатів.............................................................................. 36 7.6 Порядок оформлення лабораторної роботи ................................................... 36 7.7 Контрольні питання................................................................................................ 37 7.8 Рекомендована література................................................................................... 37 РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА ТА ІНШІ ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ...... 38 Додаток А. Варіанти принципових електричних схем до лабораторної роботи 1 39 Додаток Б. Варіанти завдань лінійного програмування до лабораторної роботи 2 50 Додаток В. Варіанти завдань про призначення до лабораторної роботи 4 55 Додаток Г. Варіанти завдань до лабораторної роботи 5.................................. 61
ВСТУП
Сучасний рівень розвитку комп'ютерних систем характеризується широким застосуванням методів та алгоритмів автоматизованного проектування. В цих умовах підготовка спеціалістів, здатних визначати задачі направлені на скорочення часу проектування та впровадження комп'ютерних систем є необхідно актуальною. В курсі "Технології проектування комп'ютерних систем" вивчаються методи, алгоритими та основні підходи до проектування сучасних комп'ютерних систем. Дисципліна базується на матеріалі курсів "Вища математика", "Програмування", "Чисельні методи" та ін. Методи постановки й рішення завдань автоматизації широко використовують апарат теорії графів і математичного програмування. В результаті вивчення курсу студент повинен опануванти прийоми та методи які використовуються для створення сучасних систем автоматизації пректування (САПР), адаптації САПР стосовно особливосей проектування обчислювальних засобів, зокрема структурного та параметричного синтезу, а такаож аналізу проектних рішень. Найбільшою складністтю при вивченні даної дисципліни є багатоплановість розглядаємого матеріалу, сполучення абстрактних понять і моделей з практичною спрямованносттю цих моделей для рішення різноманітних задач проектування. Успішне освоєння курсу не можливе без регулярної самостійної роботи та поглиблення отриманих знань по дисципліні. Мета видання - підготовка до проведення лабораторних робіт, що направлені на закріплення та поглиблення теоретичних знань, формування практичніх навичок методів та алгоритмів розробки обчислювальних засобів відносно завдань автоматизації проектування.
1 ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ І КРИТЕРІЇ ОЦІНЮВАННЯ
Лабораторні роботи за курсом "Технологія проектування комп'ютерних систем" виконуються та здаються з використанням комп’ютера. Основним результатом виконання кожної лабораторної роботи є звіт. Звіт з лабораторної роботи мусить бути виконаний у встановлений для даної роботи термін. Мінімальним результатом участі студента у занятті має бути наявність допуску викладача до виконання лабораторної роботи. Студент зобов’язаний виконати всі лабораторні роботи за індивідуальним планом. При оцінюванні робіт викладачем використовуються наступні критерії (таблиця 1.1).
Таблиця 1.1 - Критерії оцінювання робіт
При оцінюванні робіт викладач ґрунтується на аналізі наступних вмінь: - уміння вирішувати поставлену задачу проектування за допомогою САПР; - рівень володіння методам та засобами проектування комп’ютерних систем; - уміння визначати математичну модель для рішення задачі проектування; - уміння аналізувати та проектувати високопродуктивні КС з різною структурною організацією. 2 ПРАВИЛА ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ ПРИ ВИКОНАННІ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
При роботі з ЕОМ і в комп'ютерному класі необхідно: - суворо дотримуватись положень інструкції з експлуатації апаратури; - уважно стежити за справністю блоків і пристроїв; - вимикати комп'ютер після того, коли обробка поточної інформації завершена і вміст оперативної пам'яті занесений на магнітні носії; - при появі запаху горілого чи незвичних звуків терміново вимкнути комп'ютер і покликати системного адміністратора; - не працювати при поганому освітленні та високому рівні шуму; - знаходитись перед екраном монітора на відстані не ближче 50-60 см; - працюючи з дисками, оберігати їх від дії магнітного поля, тепла, ударів; - в разі потреби надавати першу медичну допомогу, вміти користуватись вогнегасником, знати шляхи екстреної евакуації. Суворо забороняється: - торкатися до проводів живлення, з'єднувальних кабелів, тильної сторони монітора; - порушувати порядок вимкнення та ввімкнення апаратурних блоків, намагаючись самостійно усунути неполадки в роботі, що виникли; - працювати на несправному обладнанні; - працювати у вологому одязі або вологими руками; - класти на апаратуру сторонні речі. Студенти допускаються до виконання лабораторних робіт тільки після ознайомлення з даними правилами і підпису у відповідному журналі. При порушенні правил техніки безпеки студентів усувають від роботи і допускають до неї тільки з дозволу завідувача кафедри після повторного інструктажу. При повторному порушенні правил до подальшої роботи в лабораторії студент не допускається.
3 Лабораторна робота №1ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТІ АВТОМАТИЧНОГО ТРАСУВАННЯ ДРУКОВАНИХ ПЛАТ 3.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи
Мета і задачі: - дослідження можливості автоматичного трасування друкованих плат за допомогою системи ArtWork; - вивчення системи ArtWork, придбання практичних навичок роботи в автоматизованному середовищі, навчання правилам введення вихідних даних для майбутньої друкованої плати. Постановка задачі: для самостійно обраної й погодженої з викладачем схеми електричної принципової створити проект автоматичнного трасування друкованих плат за допомогою системи ArtWork. Вихідні дані до лабораторної роботи - схема електрична принципова. Варіанти схем представлені у додатку А.
3.2 Рекомендоване програмне забезпечення і ресурси. Короткі теоретичні відомості
Рекомендоване програмне забезпечення і ресурси:система Artwork. Система «Artwork» виконується під керуванням операційної ситеми MS DOS. Файли, що виконують - edit.exe, dot.exe Система дозволяє прорисувати контактні площадки, компоненти і траси ортогонально-діагональної конфігурації для двошарових друкованих плат (ДП), а так саме одержати пошарові робочі креслення для їхнього виготовлення. Програма Artwork складається з модуля створення, коректування й збереження у файлі зображень двошарових плат EDIT.EXE і модуля виводу підготовлених зображень на принтер або плоттер DOT.EXE. Діалог із програмою ведеться у двох режимах - командному й функціональному (з використанням функціональної клавіатури й різних комбінацій клавіш). Перемикання між режимами здійснюється клавішею <Enter>. Ознакою командного режиму є слово COMMAND > у нижній частині екрана. У командному режимі використовується 9 команд. LOAD <ім'я файлу> - завантаження зображення плати із зовнішнього файлу, підготовленого раніше. SAVE <ім'я файлу> - збереження зображення плати у файлі. CLEAR - знищення зображення плати на схемі розміщення. MOUSE - підключення "миші". XLATE - сполучення горизонтальної координати Х лівого краю зображення на площі розміщення з горизонтальною екранною координатою положення курсору й подання видимої в цьому випадку частини зображення на екрані. CLEAVE <парам> - зсув зображення в границях площі розміщення щодо позиції курсору на один дискрет (розмір курсору або 1,25 мм) у напрямку, зазначеному в параметрі. Значення напрямку - один із чотирьох символів: - N(orth) - північ - S(outh) - південь - W(est) - захід - E(ast) - схід DIP <парам> <число конт> <розмір> <назва> - введення контактів мікросхеми типу DIP (корпус із дворядним розташуванням виводів) щодо позиції курсору. Значення параметра <парам> такі ж, як у команді CLEAVE. При <парам> = N правий нижній контакт установлюється на місце курсору. Інші значення <парам> приводять до поворотів контактної маски відносно правого нижнього контакту, що відповідає положенню курсору, у необхідному напрямку. Параметр <число конт> - загальне число контактів. Від значення параметра <розмір> залежить відстань між протилежними контактами мікросхеми на площі розміщення, що в дискретах дорівнює <розмір> × 2 - 1. Відстань між сусідніми контактами - два дискрета. SIP <парам> <кількість конт> - розміщення контактів мікросхем типу SIP (корпус із однорядним розташуванням виводів) щодо позиції курсору. Значення параметрів і розташування контактної маски на площі розміщення аналогічно команді DIP. Команду SIP можна використовувати також для формування рядів контактних площадок для однотипних елементів із двома виводами (резисторів, конденсаторів й т.і.) QUIT - вихід в DOS. Під час виконання деяких команд програма запитує:"DISCARD CURRENT WORKSPACE (Y/N)", тобто чи затирати робочу область пам'яті, відведену під площу розміщення. Це дозволяє запобігти втраті інформації через неуважність користувача.
Нижче наводиться опис роботи у функціональному режимі, призначення деяких клавіш й їхніх комбінацій. Клавіші F1-F8 використовуються після установки курсору в потрібне місце площі розміщення. F1 (або щиглик лівої кнопки миші) - вказівка початку й кінця з'єднання. F2 (або щиглик правої кнопки миші) - знищення з'єднання. F3 - установка контакту (створення перехідного отвору для ручного трасування). F4 - знищення контакту. F5 - збільшення товщини з'єднання. F6 – зменшення. F7 - зафарбовування площі під курсором. F8 - дублювання проведеного раніше з'єднання. Alt + F1 - перемикання відеорежиму (color/mono). Alt + F2 - зміна яскравості фону в кольоровому режимі. Alt + F3 - зміна палітри в кольоровому режимі. Alt + F4 - перемикання фону в кольоровому режимі. Alt + F5 - перемикання палітри (3-х кольорова/2-х кольорова). Alt + F6 - зміна кольору шарів. Alt + F7 - подання всієї площі розміщення на екрані. Alt + F9 - вивести зображення сітки на екрані
Якщо NumLock не натиснутий, то: <стрілки>- рух курсору у відповідному напрямку на один дискрет Home - переміщення курсору в лівий нижній кут площі розміщення PgUp - перехід на другий шар PgDn - перехід на перший шар
Якщо NumLock натиснутий, то: <горизонт. стрілки> - рух курсору із кроком 10 дискрет <вертик. стрілки> - рух курсору із кроком 5 дискрет. Зображення друкованих плат створюються на площі розміщення, яка на екрані представляється лише частково. Розмір видимої частини площі розміщення - це 1/20 частина всієї площі розміщення. Всю її можна побачити, нажавши Alt + F7 у функціональному режимі.
3.3 Порядок виконання роботи
Для самостійно обраної й погодженої з викладачем схеми електричної принципової виконати наступні операції. Скласти текстовий файл, що описує всі зв'язки в електричній схемі. Скласти матрицю зв’язності, яка відображає участь кожного елементу у всіх зв'язках, де рядок матриці - це рядок текстового файлу, що описує зв'язок, а стовпець – участь кожного елемента в кожному зв'язку. Визначити послідовність елементів відповідно до убування частоти їхньої появи у зв'язках. Одним з відомих методів (евристичний, послідовно-груповий, алгоритм Штейнберга) виконати розміщення елементів на друкованій платі. За допомогою програми EDIT.EXE скласти файл розміщення елементів на майбутній платі. Ввести елементи і зберегти файл. Завантажити текстовий файл і провести автоматичне трасування друкованої плати (LOAD < ім’я файлу>; AR). Перевірити співвідношення трасованих елементів до загального числа зв'язків у схемі. У випадку якщо відсоток з'єднання < 100%, зробити ручне трасування.
3.4 Порядок обробки результатів
Для оформлення результатів виконання роботи необхідно у файлі програми EDIT.EXE, відповідно до оптимального розміщення елементів на майбутній платі, відобразити всі елементи проектованої комп'ютерної системи, а також зняти копію екрану із зображенням всіх елементів, що розміщені.
3.5 Порядок і приклад оформлення лабораторної роботи
Лабораторна робота оформлюється і здається в електронному вигляді. Звіт повинний містити наступні елементи: - назву й мету лабораторної роботи; - вихідні дані до роботи; - початкові відомості про систему; - короткий опис ходу роботи; - текстовий файл зв'язків елементів в електричній схемі, схему розміщення елементів на монтажному просторі, рисунок друкованої плати; - аналіз результатів, висновки по роботі.
Нижче наведено приклад оформлення лабораторної роботи №1
Лабораторна робота №1 "Дослідження можливості автоматичного трасування друкованих плат"
Вихідні дані Схема електрична принципова.
Мета роботи Дослідження можливості автоматичного трасування друкованих плат за допомогою системи ArtWork. Вивчення системи ArtWork, придбання практичних навичок роботи в ній, навчання правилам уведення вихідних даних для майбутньої друкованої плати. Система дозволяє зробити промальовування контактних площадок, компонентів (схемотехнически) і трас ортогонально-діагональної конфігурації для 2-слойных друкованих плат (ДП), а так саме одержати пошарові робочі креслення для їхнього виготовлення.
Хід роботи У якості вихідного завдання була взята схема, що складається з ...…елементів. Спочатку був складений текстовий файл, що описує всі зв'язки в електричній схемі.
Текстовий файл, що описує всі зв'язки в електричній схемі: DD2 11 DD2 8 DD2 9 DD2 4 DD2 6 C2 B R2 B DD2 10 DD2 1 DD2 2 C2 A DD2 3 DD3 15 R2 B …………………………
Була зроблена перевірка розміщення елементів на платі. Для цього була составлена матриця інциденцій (зв’язності) яка відображає участь кожного елементу в усіх зв'язках. Рядок матриці - це рядок текстового файлу, що описує зв'язок. Стовпець – участь елемента в кожному зв'язку. Матриця зв’язності наведена в таблиці:
На підставі матриці інциденцій зробимо розміщення елементів послідовно-груповим методом, що забезпечить найбільш високу щільність розміщення різногабаритних елементів у монтажному просторі. Умовно вважаємо, що елементи, що підлягають розміщенню (мікросхеми) одногабаритні. Кількість мікросхем на принциповій схемі Z шт. Будемо розміщати їх у матриці посадкових місць m × n. Для послідовно-групового методу розширюємо її до розмірів (2m-1) × (2n-1) = ...… Перший елемент, що має найбільше число з'єднань - Dmax Розміщаємо його в центрі матриці. Далі розміщаємо елементи, найбільш зв'язані з ним. За допомогою послідовно - групового методу розміщення було отримано наступне розташування елементів:
Потім за допомогою програми EDIT був складений файл розміщення елементів на майбутній платі. Після автоматичного трасування був отриманий результат с.....% з'єднанням елементів. Не розведеними залишилися зв'язки: ………………………………………… За допомогою ручного трасування цей недолік був усунутий.
Висновки У результаті проведення лабораторної роботи були придбані й закріплені на практиці навички роботи із програмою ArtWork, вивчені прийоми й способи проектування друкованих плат за допомогою САПР. Розміщення елементів на друкованій платі було проведено за допомогою послідовно-групового методу (і (або) методу Штейнберга); спочатку був побудований макет моделі, потім модель була розширена з відповідним розміщенням елементів. Після запуску трасування одержали....% успішного виконання. Для більш оптимального результату були переразміщені елементи ДП і після трасування була виконана мінімізація зв'язків вручну. Були використані перехідні отвори. У результаті одержали 100%-не успішне виконання трасування, що відповідає вимогам завдання.
3.6 Контрольні питання
Чому дорівнює один дискрет координатної сітки в системі Artwork? Яким чином, відносно координатної сітки програма дозволяє розміщати елементи й проводити з'єднання? Якій величині (за замовчуванням) дорівнює відстань між сусідніми виводами в одному ряді мікросхеми? За допомогою якої команди можна переглянути список кіл, які були розведені в процесі автоматичного трасування?
3.7 Рекомендована література
При підготовці до лабораторної роботи необхідно повторити алгоритми розв’язання задач розміщення та трасування, використовуючи конспект лекцій, а також [4, c.212-245].
4 Лабораторна робота №2АНАЛІЗ І ФОРМАЛІЗАЦІЯ КЛАСИЧНОЇ ПОСТАНОВКИ ОПТИМІЗАЦІЙНОЇ ЗАДАЧІ 4.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи
Мета і задачі: дослідження технологій формалізації прикладних задач та пошуку оптимального рішення. Постановка задачі: провести дослідження технології пошуку оптимального рішення на прикладікласичної задачі лінійного програмування. Вихідні дані до лабораторної роботи представлені у додатку Б.
4.2 Рекомендоване програмне забезпечення. Короткі теоретичні відомості
Програма Microsoft Excel забезпечує вирішення завдань лінійного та нелінійного програмування обмеженої розмірності. Для реалізації оптимізаційних розрахунків в Microsoft Excel необхідно встановити надбудову "Пошук рішення" за допомогою команди меню Сервіс- Надбудови і правильно підготувати дані оптимізаційної моделі на аркуші. Модель задачі задається в діалоговому вікні "Пошук рішення". Модель використовує цільову функцію, яка записується у вигляді формули в окремій клітинці. Для цільової функції вказується: максимізація, мінімізація або рівність фіксованому значенню. У процесі пошуку рішення змінюються значення у зазначених осередках, відповідних змінним, при дотриманні обмежень. Додаткові налаштування оптимізації виконуються в діалоговому вікні "Параметри пошуку рішення". Зокрема, можна обмежити час виконання пошуку рішення і виконання проміжних обчислень, максимальний час - не більше 9 годин, точність, з якою знайдене рішення відповідає цільовому призначенню, допустиме відхилення для змінних від оптимального значення. Для завдань з нелінійною цільовою функцією задається параметр збіжності, який впливає на припинення пошуку. Якщо відносні зміни значення цільової функції за останні п'ять ітерацій менше зазначеного числа, пошук припиняється. Виконується установка типу моделі - лінійна, якщо цільова функція лінійна. Можна виводити результати ітерацій, виконувати автоматичне масштабування параметрів моделі. При вирішенні задачі можна вибрати метод екстраполяції оцінок змінних для кожного кроку пошуку - лінійна або квадратична (для задач з нелінійної цільової функцією), метод чисельного диференціювання для цільової функції - прямі або центральні різниці (для задач з нелінійної цільової функцією), метод пошуку - метод Ньютона (вимагає багато оперативної пам'яті) або метод сполучених інгредієнтів (більше ітерацій). Основним обмеженням моделі є максимальне число змінних - 200. Якщо рішення знайдено, його можна зберегти або відновити вихідні значення змінних. Результат рішення можна зберегти як сценарій. За результатами рішення створюються звіти . Звіт за результатами - відомості про цільові функції із зазначенням в клітинці, вихідного і кінцевого значення, відомості про змінні з вказівкою списку клітинок, вихідних і кінцевих значень, відомості про обмеження. Звіт по стійкості - відомості про чутливість моделі (зміна цільової функції при зміні змінних і обмежень). Звіт по границям - відомості про нижні і верхні границі значень змінних.
4.3 Порядок виконання роботи на прикладі класичної задачі лінійного програмування в середовищі Excel
Виберіть варіант прикладної задачі (додаток Б), побудуйте математичну модель вирішення задачі. Нижче представлено постановка класичної задачі лінійного програмування. Необхідно визначити оптимальний план випуску продукції в умовах дефіциту продукції. Припустимо, що підприємство випускає два види продукції. Ціна за тонну 1 виду продукції дорівнює 25000, 2 виду - 50000. Для виготовлення продукції використовуються три види сировини, запаси якої оцінюються в 37, 57,6 і 7 умовних одиниць. На кожен вид сировини є коефіцієнт його витрати на тонну продукції див. табл. 4.1.
Таблиця 4.1 - Коефіцієнти витрати сировини на одиницю продукції
Позначимо кількість виробленої продукції першого виду через х1, а другого виду - х2, загальний дохід за період - Р. Цільова функція є вираз такого вигляду: Р(х1, х2) → max; 25000* х1 + 50000* х2 → max. На величини х1 і х2 накладені обмеження наступного виду: 1,2* х1 + 1,9* х2 <= 37; 2,3* х1 + 1,8* х2 <= 57,6; 0,1* х1 + 0,7* х2 <= 7; х1 >= 0; х2>= 0. Проведіть дослідження технології пошуку оптимального рішення в Excel, розробіть екранну форму розрахункової таблиці, виконайте пошук рішення. Формалізувати рішення задачи доцільно у вигляді електронної таблиці введення вихідних значень в середовищі Excel. Для вирішення завдання виконайте послідовність дій: 1) створіть у своєму робочому каталозі нову книгу Оптімізація.xls, відкрийте її, перейменуйте Лист1 в - Пример1; 2) створіть структуру розрахункової таблиці, оформіть заголовки, введіть вихідні дані (рис. 4.1). Задайте х1= 0 і х2= 0;
3) введіть у клітинку D4 формулу для розрахунку фактичної витрати сировини 1: = СУММПРОИЗВ(B4:C4;B$8:C$8); 4) скопіюйте введену формулу в клітинки діапазону D5:D7. В клітинку D7 розраховується цільова функція; 5) виконайте команду Сервіс→Поиск решения. З'явиться вікно діалогу "Поиск решения" (рис.4.2); 6) у полі введення "Установить целевую ячейку" введіть посилання на клітинку D7. Посилання можна вводити як з клавіатури, так і, виділяючи відповідні клітинки мишкою.
Рисунок 4.2 - Вікно діалогу "Поиск решения” після введення параметрів"
7) встановіть вибір максимального значення цільової функції. 8) у полі введення "Изменяя ячейки" вкажіть посилання на клітинки $B$8:$C$8; 9) додати обмеження. В області Ограничения: клацнути мишкою на кнопці "Добавить". У вікні "Добавить ограничения" (рис. 4.3) в поле вводу Ссылка на ячейку: ввести діапазон D4: D6, в полі введення Ограничение: виберіть зі списку <= і число посилання на діапазон Е4:Е6. Клацнути мишкою на кнопці "Добавить", визначити решти обмеження: B8: С8> = 0, після чого натиснути на кнопку ОК. Для зміни обмеження встановіть на нього курсор і натисніть кнопку "Изменить";
Рисунок 4.3 - Вікно діалогу "Добавить ограничения"
10) після введення параметрів вікно діалогу "Поиск решения" буде мати вигляд як на рисунку 4.2; 11) натисніть кнопку "Выполнить". 12) після закінчення розрахунку Excel відкриє вікно діалогу "Результаты поиска решения" (рис. 4.4); 13) виберіть у вікні тип звіту Результати та натисніть кнопку OK. Перед листом Решение, де записана постановка задачі, буде вставлений лист "Отчет по результатам 1", а на екрані ви побачите відповідь на поставлене завдання (рис. 2.5). В клітинках В8 і С8 відображаються значення змінних, на яких досягається максимальне значення цільової функції (=846153,843);
Рисунок 4.4 - Вікно діалогу "Результаты поиска решения"
14) натисніть мишею ярлик "Отчет по результатам 1". На екрані з'явиться звіт Excel про вирішене завдання; 15) зверніть увагу на те, що ресурси при обсягах випуску продукції 19,38 і 7,23 умовних одиниць виявляються використаними повністю; 16) параметри Пошуку рішення можна встановити, клацнувши на кнопці "Параметры" у вікні "Поиск решения". У деяких випадках при вирішенні оптимізаційних завдань необхідно враховувати вимогу цілісності шуканих значень. Інструмент "Поиск решения" надає користувачеві можливість встановити обмеження на цілісність рішення у вікні "Додавання обмеження". Припустимо, що до умови задачі додано вимогу цілочисельності значень усіх змінних. У цьому випадку описаний вище процес введення умови задачі необхідно доповнити наступними кроками. У вікні "Поиск решения" (Сервис–Поиск решения) натисніть кнопку Добавить і у вікні “Добавление ограничения" введіть обмеження, як показано на рис. 4.6.
Рисунок 4.6 - Налаштування обмеження цілісності рішення
На рис. 4.7 представлено рішення, до обмежень якого додано умову цілочисельності значень змінних.
4.4 Порядок обробки результатів
Результати аналізу необхідно представити Звітом за результатами. Екранну форму розрахункової таблиці представити у числовому і формульному вигляді.
4.5 Порядок оформлення лабораторної роботи
Лабораторна робота оформлюється і здається в електронному вигляді. Звіт повинен містити наступні елементи: - вихідні дані до роботи. Постановка завдання згідно варіанту (додаток Б) та її математична модель; - екранна форма розрахункової таблиці; - результат пошуку рішення; - аналіз результатів і висновки по роботі.
4.6 Контрольні питання
Основні етапи рішення оптимізаційних завдань в MS Excel. Які повідомлення видаються в MS Excel у випадках: успішного вирішення задачі лінійного програмування; несумісності системи обмежень задачі; необмеженості ЦФ? Поясніть сутність параметрів, що задаються у вікні “Параметри пошуку рішення”.
4.7 Рекомендована література
При підготовці до лабораторної роботи необхідно повторити методи лінійного програмування та способи формалізації прикладних задач [5, 6], вивчити технологію пошуку рішення в Excel [14].
5 Лабораторна робота №3"АВТОМАТИЗАЦІЯ РІШЕННЯ ОПТИМІЗАЦІЙНОЇ ЗАДАЧІ СИМПЛЕКС МЕТОДОМ" 5.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи
Мета і задачі: дослідження методів оптимізації та застосування спеціалізованих програмних засобів для рішення оптимизаційних задач табличним симплекс методом. Постанова задачі: - вирішити оптимізаційну задачу, яка була формалізована у попередній лабораторній роботі, симплекс методом аналітично і автоматизовано за допомогою програми TabSimplex; - порівняти отримані результати.
5.2 Рекомендоване програмне забезпечення і короткі теоретичні відомості
Рекомендоване програмне забезпечення: програма TabSimplex. Програма TabSimplex призначена для рішення простих завдань лінійного програмування. TabSimplex вирішує завдання знаходження такого набору чисел x1, x2,...,xn, при якому цільова функція приймає максимальне значення. Значення x1, x2,...,xn шукаються в області припустимих значень (ОПЗ) обумовлених системою нерівностей виду:
Програма обробляє випадки несумісності системи (не існує ОПЗ) і випадки некоректної системи (наявність у цільовій функції змінних які відсутні в системі нерівностей). Але програма не враховує випадки коли ОПЗ - відкрита (тобто рішень нескінченно багато) у цьому випадку видається неправильний результат. Щоб вирішити завдання максимізації необхідно змінити знак коефіцієнтів цільової функції. При цьому також зміниться знак значення цільової функції F(X). У системі нерівностей необхідно перетворити нерівності які мають знак «≤»: змінити знак «≤» на «≥» і перемножити на «-1» вільний коефіцієнт і коефіцієнти при змінних. Програма виконується під керуванням операційної системи WINDOWS (32-разрядн.). Файл, що виконують - TabSimplex.exe. Після запуска додатка з'являється вікно "TabSimplex" (рис. 5.1), в якому виконуються всі операції побудови симплекс таблиць і пошуку оптимального рішення.
Рисунок 5.1 – Елементи вікна «TabSimplex»
У верхній частині вікна нижче заголовка знаходиться горизонтальне меню команд управління і настройки параметрів рішення, кнопки вибору мови інтерфейсу. Робоча область вікна розділена на три частини. У верхній лівій частині знаходиться вікно введення даних для визначення структури та заповнення вихідної симплекс таблиці. У верхній правій частині - вікно перегляду рішення. У нижній частині вікна програми відображаються пояснення до вирішення завдання. Введення вихідних даних у таблицю здійснюється звичайним способом роботи з таблицями: установкою курсору мишкою і введення значення з клавіатури. Пересуватися в межах вікна можна за допомогою клавіш: <Tab> - уперед й <Shift+Tab> -назад. У межах рядка уведення пересуваються за допомогою клавіш курсору. Для виходу з вікна існують два варіанти: <Esc> -вихід без збереження змін; <Enter> -вихід зі зміною параметрів. Після введення вихідної симплекс таблиці потрібно перейти у вікно перегляду рішення натискаючи на кнопці побудови таблиці або за допомогою функціональної клавіші <F5>. У покроковому режимі знайти рішення задачі, читаючи пояснення у нижній частині вікна програми. Скидання результату здійснюється за допомогою функціональної клавіші <F6>.
5.3 Порядок виконання роботи
Математичну модель оптимізаційної задачі (додаток Б), яка була побудована у попередній лабораторній роботі, привести до канонічного вигляду. Побудувати симплекс таблицю. Самостійно без допомоги програми знайти оптимальне рішення симплекс методом. Вирішити завдання графічним методом. Здійснити поетапне рішення за допомогою програми TabSimplex. Провести порівняння отриманих результатів. Зробити виводи по роботі, оформити звіт.
5.4 Порядок обробки результатів
Для оформлення результатів виконання роботи необхідно відобразити покрокове вирішення завдання ручним (побудувати таблиці) і автоматичним (зняти копію екрану) способами. Для побудування графіків рекомендовано використовувати MS Excel.
5.5 Порядок оформлення лабораторної роботи
Лабораторна робота оформлюється і здається в електронному вигляді. Звіт повинний містити: - вихідні дані до роботи; - результати обчислювального рішення завдань і графік; - результати етапів роботи програми; - аналіз результатів і висновки по роботі.
5.6 Контрольні питання
Назвіть відомі методи для рішення задач лінійного програмування. Яка послідовність рішення завдань симплексним методом? У чому різниця між звичайним і табличним симпекс-методом?
5.7 Рекомендована література
Перед початком лабораторної роботи необхідно повторити симплекс метод [1, 3], вивчити призначення та інтерфейс лабораторного устаткування.
6 Лабораторна робота №4ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ РІШЕННЯ ЗАДАЧ ПРО ПРИЗНАЧЕННЯ. УГОРСЬКИЙ МЕТОД 6.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи
Мета і задачі: дослідження методів оптимізації та застосування спеціалізованих програмних засобів для рішення завдань про призначення угорським методом. Постановка задачі: - узгодити з викладачем вихідні дані до роботи (додаток В); - знайти рішення угорським методом самостійно і за допомогою програми "Венгерский метод"; - провести порівняння отриманих результатів.
6.2 Рекомендоване програмне забезпечення. Короткі теоретичні відомості
Рекомендоване програмне забезпечення - програма «Венгерский метод». Програма «Венгерский метод»призначена для рішення завдань про призначення за допомогою Угорського методу. На рисунку 6.1 показано схема алгоритму програми. Програма виконується під керуванням операційної системи WINDOWS. Файл, що виконують Vengr.exe . Файл-справка HELP_VENGR.HLP додається до програми. У вікні "Венгерский метод" (рис. 6.2) введіть дані, за допомогою яких Ви хочете вивчити даний метод, або виберіть автоматичне введення випадкових чисел. У першому випадку необхідно вибрати кнопку "Ручне введення" і, пересуваючись по осередках, вказати необхідні дані. У другому випадку просто виберіть "Випадкові числа".
Рисунок 6.1 - Алгоритм програми
Рисунок 6.2 – Вікно програми «Венгерский метод»
Після чого надається можливість провести перегляд методу як в автоматичному режимі зі швидкістю, обраному за допомогою відповідного бігунка, так і в покроковому режимі (вибравши відповідні кнопки на панелі управління). Після завершення всіх ітерацій, передбачених алгоритмом, у випадку повторного перегляду необхідно так само ввести нові дані. Перед початком лабораторної роботи необхідно вивчити алгоритм угорського методу, призначення і інтерфейс спеціалізованих програмних засобів для реалізації цього алгоритму. Угорський метод є одним з найбільш поширених методів рішення завдань про призначення. Основна ідея цього методу була вперше висловлена угорським математиком Егерварі задовго до виникнення теорії лінійного програмування. Нижче відображена послідовність операцій за рішенням завдання угорським методом після формування вихідної таблиці. Розшукують максимальний елемент в j-му стовпці і всі елементи цього стовпця послідовно віднімають з максимального. Цю операцію проробляють над всіма стовпцями матриці. У результаті утворюється матриця з невід'ємними елементами, в кожному стовпці якої є, принаймні, один нуль. Далі розглядають i-й рядок отриманої матриці, який не містить нуль, розшукують її мінімальний елемент і з кожного елемента цього рядка віднімають мінімальний. Цю процедуру повторюють з усіма рядками, які не містять нуль. В результаті отримаємо матрицю, в кожному рядку і стовпці якої є, принаймні, один нуль. Знаходимо довільний нуль у першому стовпці і відзначаємо його зірочкою. Потім переглядаємо другий стовпець, і якщо в ньому є нуль, розташований у рядку, де немає нуля із зірочкою, то відзначаємо його зірочкою і переходимо до іншого стовпця. Аналогічно переглядаємо один за іншим всі стовпці матриці і відзначаємо, якщо можливо, наступні нулі знаком '*'. Порівнюємо число k знайдених незалежних нулів з рангом матриці m. Якщо k=m, знайдений результат є оптимальним для поставленої задачі. Якщо k<m, відзначаємо стовпці матриці знаком "+" якщо в даному стовпці є нуль, відзначений знаком "*". Визначаємо, чи є хоч один не виділений нуль: - якщо ні - робимо віднімання найменшого не виділеного елемента з елементів рядків які не виділені, і додаємо його до елементів виділених стовпців, після чого робимо наступні дії; - якщо так, відзначаємо не виділений нуль штрихом. Дивимося, чи є з цим нулем в одному рядку нуль із зірочкою і якщо є, робимо виділення рядка з 0' знаком "+" і зняття плюса з стовпця містить 0* і повторюємо усі операції з визначення присутністі не виділених нулів, а якщо ні - будуємо цепь від нуля зі штрихом - до нуля із зірочкою в одному стовпці і від нуля із зірочкою - до нуль зі штрихом в одному рядку: 0' -> 0* -> 0'. Видаляємо всі нулі із зірочками, з побудованого ланцюга, і замінюємо нулі зі штрихом на нулі із зірочками. Видаляємо всі виділення. Повторюємо всі операції з порівняння числа k знайдених незалежних нулів з рангом матриці m.
6.3 Порядок виконання роботи
Одержати у викладача вихідні дані до роботи (додаток В). Побудувати початкову матрицю вибору. Самостійно без допомоги програми знайти рішення угорським методом. За допомогою програми «Венгерский метод» зробити оптимальний вибір. Провести порівняння отриманих результатів. Зрівняти кількість кроків, розташування й послідовність оцінок 0*. Сформулювати виводи по роботі, оформити звіт.
6.4 Порядок обробки результатів
Для оформлення результатів виконання роботи необхідно відобразити покрокове вирішення завдання ручним (побудувати таблиці) і автоматичним (зняти копію екрану) способами.
6.5 Порядок оформлення лабораторної роботи
Лабораторна робота оформлюється і здається в електронному вигляді. Звіт повинний містити: - вихідні дані до роботи; - результати етапів роботи програми; - аналіз результатів і висновки по роботі.
6.6 Контрольні питання
Для рішення яких завдань використовується угорський алгоритм? Сформулюйте приклади завдань, які можливо вирішити угорським методом.
6.6 Рекомендована література
Перед початком лабораторної роботи необхідно повторити угорським метод метод [3], вивчити призначення та інтерфейс лабораторного устаткування.
7 Лабораторна робота №5АНАЛИЗ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ ПРОГРАМНИХ ЗАСОБІВ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ МЕРЕЖ ПЕТРІ 7.1 Мета і задачі, які вирішуються в процесі виконання лабораторної роботи
Мета і задачі: - дослідження програмних засобів і способів відображення інформації при описі моделей комп’ютерних систем; - визначення ймовірностей спрацьовування переходів і перевірка адекватності складеної моделі. Постанова задачі: - узгодити з викладачем вихідні дані до роботи (додаток Г); - скласти модель мережі; - за допомогою програми StNet оцінити продуктивність мережі.
7.2 Рекомендоване програмне забезпечення. Короткі теоретичні відомості
Рекомендоване програмне забезпечення - програма "StNet". Програма "StNet" призначена для моделювання стохастичних мереж Петрі. Стохастичною мережею Петрі називається мережа, що характеризується випадковими затримками в позиціях. Можливе введення ймовірностей спрацьовування збуджених переходів (однак у даній програмі функція спрацьовування збуджених переходів з певною ймовірністю не реалізована). Мережа Петрі стосовно до даної програми формально представляється як набір виду : N=(P,T,O,H,M0,Z) де P - кінцева непуста множина позицій (станів). T - кінцева непуста множина переходів. О=P*T→{0,1,2,3...} - вхідна функція інцидентності (вхідний потік). H=T*P→{0,1,2,3...} - вихідна функція інцидентності (вихідний потік). Якщо O(Pi,Tj)=1, то є спрямована дуга , що з'єднує Pi позицію й Tj перехід, якщо O(Pi,Tj)=-1,т то є інгибиторна (заборонна) дуга. Якщо H(Tj,Pi)=0, то дуга з переходу в позицію відсутня. M0=P*K - початкова розмітка (маркування мережі). M0(Pi)=1 позначає, що в позиції Pi є один маркер. К – множина чисел >0. Z(Pi) - вектор затримок. Z(Pi)=1 означає, що будь-якому маркеру, який потрапив в позицію Pi буде привласнена затримка. min(Pi), max(Pi) - інтервал значень затримок для маркера який потрапив у позицію Pi. При min(Pi)= max(Pi) затримка буде постійною. В одній позиції Pi може перебувати кілька маркерів і кожному маркеру ( при Z(Pi)=1 ) може бути привласнений свій час затримки. Тоді MZ(Pi,K) - затримка K - го маркера в позиції Pi. MZ(Pi,K)=-1 означає, що в позиції Pi є маркер з нульовою затримкою. Дана програма «StNet» може моделювати мережі з кратними й інгибиторними дугами (O(i,j)>1 й O(i,j)=-1), а також досліджувати мережу Петрі на досяжність можливість досягнення певного маркування МЕ(Pi)) по заданому числу тактів. Якщо немає необхідності перевіряти мережу на досяжність, то всі елементи МЕ(Pi)=0. Завдання затримок для маркерів можливо по двох законах: - за лінійним законом ( затримка перебуває в межах min(Pi)<Z(Pi)<max(Pi) ); - за експонентним законом. Затримка за експонентним законом для кожного маркера, що потрапив у позицію Pi , розраховується по наступній формулі : Z(Pi)= - TСР(Pi)*Ln(F); TСР(Pi)=(min(Pi)+max(Pi))/2; де TСР(Pi) - середній час затримки для кожного маркера в позиції Pi (значення вводиться оператором); F - випадкове число ( 0<F<1 ) ; Z(Pi) за експонентним законом може перебувати в наступних межах : min(Pi)<Z(Pi) і Z(Pi)>max(Pi) .
У загальному випадку алгоритм програми можна розбити на наступні блоки : - підготовка до роботи (обнуління всіх змінних); - уведення вихідних даних; - пошук переходів, які можуть спрацювати на даному такті; - визначення поточного маркування й порівняння її з маркуванням досяжності (якщо вона задана); Умова спрацьовування переходу M(Pi)=>O(Pi,ti), де M(Pi) - число міток у позиції Pi, i=1,2,...,n; O(Pi,ti) - функція інцидентності з позицій у переходи. Запуск переходу в цілому заміняє маркування М мережі Петрі на нову М за наступним правилом : М¢=M(Pi)- O(Pi,ti)+H(ti,Pi), де H(ti,Pi) - функція інцидентності з переходів у позиції. Робота з даною програмою починається з введення початкових умов. Введення можна здійснювати двома способами: - з клавіатури (безпосереднє уведення); - за допомогою текстового файлу. При безпосередньому уведенні початкових умов програма веде запит у діалоговому режимі: програма - оператор. Введення матриць інцидентності O(i,j) и H(j,i) можливо здійснювати двома методами: - уведення кожного елемента з нового рядка, натискаючи клавішу Enter; - порядкове уведення матриць: через пробіл уводяться елементи першого рядка матриці, а потім натискаючи клавішу «Enter» уводимо наступні рядки й т.д. Уведення початкового маркування M0(Pi) і вектора затримок Z(Pi) аналогічне введенню матриць інцидентності. При уведенні замість цифр будь-якого іншого символу й при 1<Z(Pi)<0, програма буде некоректно працювати. Будьте уважні при уведенні даних! Для уведення вихідних даних за допомогою текстового файлу необхідно вихідні дані записати в наступному порядку: - число позицій Pi; - число переходів Tj; - елементи вхідної матриці інцидентності O(i,j); - елементи вихідної матриці інцидентності H(j,i); - початкове маркування M0(Pi). Завершенням роботи програми є відпрацьовування заданого числа тактів, які задає оператор. Після цього програма підраховує продуктивність Прм і коефіцієнт завантаження КЗ кожної позиції по наступних формулах: Прм = Аj (j=1... n), де Аj - частота спрацьовування переходу Tj; n - потужність множини POST(Pi); POST(Pi)={tj T | O(PiTj)=1 }; КЗ=Zj(Pi)/Tm, де m - сумарна частота спрацьовування переходів, що належать POST(Pi); Tm - час моделювання в тактах. При уведенні вихідних даних програма поставить наступне запитання : "У текстовий файл Outres.txt записувати всі маркування? Так-1 Ні-0" ТАК означає, що всі маркування, отримані в результаті роботи програми "Stnet" будуть записані в текстовий файл Outres.txt. Це зручно, коли необхідно простежити роботу мережі. НІ означає, що у файл звіту будуть записані тільки маркування на тактах, що, задані. Це дозволяє простежити роботу мережі на певних тактах не загромаджуючи при цьому файл Outres.txt. Результати роботи програми записуються в текстовий файл "Outres.txt".
7.3 Приклад моделювання
Розглянемо приклад, у якому необхідно промоделювати роботу автоматизованого виробничого модуля (рис. 7.1).
М - верстат; СV1,CV2,CV3 - конвеєри; R – робот-маніпулятор.
Рисунок 7.1 - Автоматизований виробничий модуль
Послідовність взаємодії елементів: - переміщення роботом R заготівлі від CV1 на CV2; - пересування заготівлі по CV2 на верстат М; - обробка на верстаті М; - пересування обробленої деталі від верстата конвеєром CV2; - транспортування деталі роботом R від CV2 на CV3. Вважаємо, що кожен компонент, виробничого модулю завантажений тільки однією деталлю. Елементи модуля виконують свої операції незалежно один від одного, тобто робот починає свої транспортні операції коли на одному з конвеєрів є деталь. Модель виробничого модуля у вигляді мережі Петрі показана на рисунку 7.2.
Рисунок 7.2 - Модель виробничого модуля у вигляді мережі Петрі
P2 ... P6 - моделюють окремі операції технологічного процесу. Наявність мітки в одній з позицій відповідає стану виконання технологічної операції. P7 ... P9 - відображають стан компонентів модуля: робота, конвеєра 2, верстата. Наявність мітки в одній із цих позицій відповідає ситуації в якій деякі з компонентів модуля виконують певну виробничу операцію. P1 - система зайнята обробкою деталей. Наявність маркера в цій позиції означає, що система вільна. Текстовий файл із вихідними даними для цього приклада буде виглядати так : 9 - число позицій Pi; 6 - число переходів Tj; 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 - вхідна матриця інцидентності O(9, 6) 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0
0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 - вихідна матриця інцидентності H(6,9) 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 - початкове маркування M0(Pi).
Після створення файлу з вихідними даними його необхідно зберегти в окремому каталозі.
7.4 Порядок виконання роботи
Одержати у викладача вихідні дані до роботи (додаток Г). Скласти модель мережі. За допомогою програми StNet перевірити адекватність моделі, проаналізувати продуктивність і коефіцієнт завантаження кожної позиції. Зробити виводи по роботі, оформити звіт.
7.5 Порядок обробки результатів
Початкове маркування повинне припускати обробку як мінімум 20 деталей. Для оформлення результатів виконання роботи необхідно відобразити покрокове вирішення завдання ручним (побудувати таблиці) і автоматичним (зняти копію екрану) способами.
7.6 Порядок оформлення лабораторної роботи
Лабораторна робота оформлюється і здається в електронному вигляді. Звіт повинний містити: - вихідні дані до роботи; - модель; - дерево досяжності; - результати етапів роботи програм; - аналіз результатів і висновки по роботі.
7.7 Контрольні питання
Як представляється графічна структура мережі Петрі? Які основні вимоги пред'являються до математичного апаратного моделювання? Визначення й інтерпретація мережі Петрі. Що таке імітація процесів? Які особливості процесів ГВС із погляду функціонування?
7.8 Рекомендована література
При підготовці до лабораторної роботи необхідно повторити принципи формування мережевих моделей алгоритмів оперативного управляння автоматизовними виробничими системами (АВС), використовуючи конспект лекцій, а також [7, c.34-45]. Провести попередню формалізацію задачі проектування та аналітичне моделювання процесів в АВС.
Рекомендована література та інші джерела інформації
Додаток А Варіанти принципових електричних схем до лабораторної роботи 1
Варіант 1. Програматор ByteBlasterMV
Варіант 2. Адаптер жорсткого диска для підключення до паралельного порту PC
Варіант 3. USB- перетворювач
Варіант 4. Таймерна приставка до електронного годинника
Варіант 5. Блок живлення
Варіант 6. Індикатор енергії
Варіант 7. Система дистанційного керування
Варіант 8. Схема охоронного пристрою на базі телефону
Варіант 9. Система фіксованих настройок для УКВ ЧМ приймача
Варіант 10. Схема автовідповідача аналогового типу
Варіант 11. Схема аналого-цифрового автовідповідача
Варіант 12. Схема телефонного інформатора
Додаток Б Варіанти завдань лінійного програмування до лабораторної роботи 2
Варіант 1 Для виготовлення двох видів продукції (Р1; Р2) підприємство використовує 4 види ресурсів (S1; S2; S ; S4) . Запаси ресурсів кожного виду обмежені і дорівнюють 100 , 400 , 100 і 200 одиниць відповідно. На виготовлення одиниці продукції 1-го виду витрачається 2 одиниці 1-го ресурсу, 4 одиниці 2-го ресурсу , 3 одиниці 3-го ресурсу. На виготовлення одиниці продукції 2-го виду витрачається 7 одиниць 1-го ресурсу, 5 одиниць 2-го ресурсу, 4 одиниці 4-го ресурсу. При реалізації одиниці 1-го виду продукції підприємство отримує 5 одиниць прибутку, а при реалізації продукції 2-го виду - 8 одиниць. Необхідно скласти такий план випуску продукції, що б при її реалізації отримати максимальний прибуток.
Варіант 2 Розглядається задача виробничого планування, пов'язана з виготовленням 2000 одиниць деякої продукції на трьох верстатах. Величини накладних витрат, витрат на виробництво одиниці продукції і максимальної продуктивності для кожного з верстатів наведені в таблиці.
Визначити оптимальний план завантаження обладнання, що забезпечує мінімальні витрати (загальні витрати).
Варіант 3 Для перевезення вантажу використовують машини типів А і Б. Вантажопідйомність машин кожного типу - 2т. і 4т. відповідно. За один рейс машина А витрачає 1 кг паливно-мастильних матеріалів і 45 л бензину, а машина Б-відповідно 2,5 кг та 35 л. На базі є 30 кг г/см матеріалів і 1000 л бензину. Витрати на експлуатацію машин А складають 8 у.г.о., Б-5 у.г.о. Необхідно перевезти 60 т вантажу. Скільки необхідно використовувати машин типу А і Б, щоб витрати були мінімальними?
Варіант 4 Витрата заробітної плати на виробництво одиниці виробу 1 становить 400 грн., А вироби 2 - 300 грн. План по асортименту передбачає, що виробництво вироби 2 має бути вдвічі менше виробництва виробу 1, а плановий фонд заробітної плати не повинен перевищити 2 млн. грн. Розрахувати такий виробничий план, при виконанні якої обсяг випуску продукту 1 буде максимальним.
Варіант 5 Підприємство випускає три види продукції. Місячна програма випуску становить 200т продукції першого виду, 1800 т - другого, 1500 т - третього. Для випуску продукції використовується дороге сировину, щомісячні витрати якого не можуть перевищувати 61т. На одну т продукції першого виду витрачається 8 кг сировини, другим - 10 кг, третє- 11кг. Оптова ціна тонни продукції першого виду 700 тис. у.г.о., другого і третього- відповідно 1000 і 900 тис.у.г.о. Визначити оптимальний план випуску продукції, який забезпечує підприємству максимальний прибуток.
Варіант 6 Фасувального ділянці встановлено обсяг змінного завдання на загальну суму 20 тис. грн. з виробництва двох видів товарної продукції А і Б при відпускній ціні продукції А=4 тис.грн./т і продукції Б=4 тис.грн./т. Визначити необхідні обсяги виробництва продукції, що забезпечують виконання завдання за сумарним обсягом товарної продукції і при найменших затратах, якщо відомі питомі витрати сировини і трудомісткості. Вказати залишилися кількості недовикористовуваних сировини.
Варіант 7 Виробляється кілька видів продукції А, Б, С. Реалізація 10 тонн продукції А дає прибуток 15 тис.грн., Б-10 тис.грн., С-8 тис.грн. Продукцію можна робити в будь-яких кількостях (збут забезпечений), але запаси сировини обмежені. Необхідно визначити, яку продукцію і скільки тонн необхідно провести, щоб загальний прибуток від реалізації був максимальним. Норми витрати сировини на виробництво 10 тонн продукції кожного виду наведені нижче.
Варіант 8 Підприємство електронної промисловості випускає чотири моделі телевізорів: M1, M2, M3 і M4. Кожна модель виробляється на окремій технологічній лінії. У таблиці наведені максимально можливі обсяги добового виробництва, витрата однотипних елементів електронних схем і прибуток від реалізації одного телевізора.
Варіант 9 Підприємство для продажу товарів трьох видів використовує наступні ресурси: час і площа торгових залів. Витрати ресурсів з продажу однієї партії товарів кожного виду наведені в таблиці. Прибуток, отриманий від реалізації однієї партії товарів I виду, становить 500 млн. у.г.о., II виду - 800 млн. у.г.о., III виду - 600 млн. у.г.о. Визначити оптимальну структуру товарообігу, яка забезпечить максимальний прибуток.
Варіант 10 Витрата заробітної плати на виробництво одиниці изделия А становить 450 грн., а изделия Б - 350 грн. План по асортименту передбачає, що виробництво изделия Б має бути вдвічі менше виробництва изделия А, а плановий фонд заробітної плати не повинен перевищити 1 млн. грн. Розрахувати такий виробничий план, при виконанні якого обсяг випуску изделия А буде максимальним.
Варіант 11 Для виготовлення двох видів продукції (Р1;Р2) підприємство використовує 4 види ресурсів (S1; S2; S3; S4) . Запаси ресурсів кожного виду обмежені і дорівнюють 20, 13, 15 і 18 одиниць відповідно. На виготовлення одиниці продукції 1-го виду витрачається 2 одиниці 1-го ресурсу, 2 одиниці 2-го ресурсу, 3 одиниці 4-го ресурсу. На виготовлення одиниці продукції 2-го виду витрачається 3 одиниці 1-го ресурсу, 1 одиниця 2-го ресурсу, 3 одиниці 3-го ресурсу. При реалізації одиниці 1-го виду продукції підприємство отримує 4 одиниць прибутку, а при реалізації продукції 2-го виду - 5 одиниць. Необхідно скласти такий план випуску продукції, що б при її реалізації отримати максимальний прибуток.
Варіант 12 Підприємству необхідно випустити 2 види виробів (Р1;Р2). Є 3 види верстатів (Т1; Т2; Т3), кожен з яких може обробляти вироби всіх видів. Тривалість обробки на верстаті 1-го типу виробів 1-го типу 4 одиниці; на верстаті 2-го типу виробів 1-го типу 1 одиниця: на верстаті 3-го типу виробів 1-го типу 1 одиниця; на верстаті 1 -го типу виробів 2 -го типу 0 одиниць; на верстаті 2 -го типу виробів 2-го типу 2 одиниці; на верстаті 3-го типу виробів 2 -го типу 4 одиниці. Дохід від реалізації виробу першого типу становить 6 одиниць, другого типу - 6 одиниць. Запас потужності (робочий час верстата) 1-го типу- 20 одиниць, 2 -го типу - 37 одиниць, 3-го типу - 40 одиниць. Необхідно скласти такий план випуску продукції, що б при її реалізації отримати максимальний прибуток.
Додаток В Варіанти завдань про призначення до лабораторної роботи 4 .
Варіант 1 ТП збірки складається з 4 -х операцій установки навісних елементів на ПП. Будь-яка з цих операцій може бути виконана на будь-якому з 4 -х типів АТО з різною ефективністю. Перша операція виконується на першому АТО з ефективністю 2, на 2-му - з ефективністю 2, на 3-му -з ефективністю 4, на 4-му - з ефективністю 1. Друга операція виконується на першому АТО з ефективністю 2, на 2-му з ефективністю 3, на 3-му -з ефективністю 1, на 4-му -з ефективністю 5. Треття операція виконується на першому АТО з ефективністю 3, на 2-му з ефективністю 2, на 3-му -з ефективністю 4, на 4-му -з ефективністю 4. 4 - я операція виконується на першому АТО з ефективністю 2 , на 2-му з ефективністю 3, на 3-му -з ефективністю 2, на 4-му - з ефективністю 4. Закріпити операції за АТО за принципом «одна операція - одне АТО», таким чином, що б процес виконувався з максимальною ефективністю. Варіант 2
ГВМ установки НЕ на ДП складається з 4 -х од. автоматичного технологічного обладнання , кожна з яких може встановлювати на плату 4 типи НЕ з різною ефективністю. 1 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 1, 2 тип-з ефективністю 3, 3 тип - з ефективністю 5, 4 тип з ефективністю 9. 2 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 2, 2 тип-з ефективністю 5, 3 тип - з ефективністю 7, 4 тип з ефективністю 5. 3 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип-з ефективністю 6, 3 тип - з ефективністю 10, 4 тип з ефективністю 5. 4 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 2, 2 тип-з ефективністю 1, 3 тип - з ефективністю 3, 4 тип - з ефективністю 7. Розподілити типи НЕ по АТО за принципом «одне АТО - один тип» таким чином, щоб сумарна ефективність була максимальна.
Варіант 3 ГВМ установки НЕ на ДП складається з 4 -х од автоматичного технологічного обладнання, кожна з яких може встановлювати на плату 4 типи НЕ з різною ефективністю. 1 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 4, 2 тип-з ефективністю 3, 3 тип - з ефективністю 5, 4 тип з ефективністю 8. 2 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 1, 2 тип-з ефективністю 2, 3 тип - з ефективністю 3, 4 тип з ефективністю 4. 3 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 2, 2 тип-з ефективністю 7, 3 тип - з ефективністю 3, 4 тип з ефективністю 6. 4 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип-з ефективністю 5, 3 тип - з ефективністю 7, 4 тип з ефективністю 11. Розподілити типи НЕ по АТО за принципом «одне АТО - один тип» таким чином, щоб сумарна ефективність була максимальна.
Варіант 4 ГВМ установки НЕ на ДП складається з 4-х од автоматичного технологічного обладнання, кожна з яких може встановлювати на плату 4 типи НЕ з різною ефективністю. 1 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип-з ефективністю 2, 3 тип - з ефективністю 4, 4 тип з ефективністю 7. 2 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 2, 2 тип-з ефективністю 3, 3 тип - з ефективністю 4, 4 тип з ефективністю 5. 3 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 1, 2 тип-з ефективністю 6, 3 тип - з ефективністю 2, 4 тип з ефективністю 5. 4 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 2, 2 тип-з ефективністю 4, 3 тип - з ефективністю 6 , 4 тип з ефективністю 10 . Розподілити типи НЕ по АТО за принципом «одне АТО - один тип» таким чином, щоб сумарна ефективність була максимальна.
Варіант 5 ТП збірки складається з 4 -х операцій установки навісних елементів на ДП. Будь-яка з цих операцій може бути виконана на будь-якому з 4 -х типів АТО з різною ефективністю. Перша операція виконується на першому АТО з ефективністю 3, на 2-му -з ефективністю 2, на 3-му -з ефективністю 4, на 4-му -з ефективністю 1. Друга операція виконується на першому АТО з ефективністю 2, на 2-му з ефективністю 3, на 3-му -з ефективністю 1, на 4-му -з ефективністю 5 . 3-тя операція виконується на першому АТО з ефективністю 3, на 2 - му з ефективністю 2, на 3-му - з ефективністю 4, на 4-му - з ефективністю 4. 4-та операція виконується на першому АТО з ефективністю 1, на 2- му з ефективністю 3, на 3-му -з ефективністю 2, на 4-му -з ефективністю 5. . Закріпити операції за АТО за принципом «одна операція - одне АТО», таким чином, що б процес виконувався з максимальною ефективністю.
Варіант 6 ТП складання складається з 4-х операцій установки навісних елементів на ДП. Будь-яка з цих операцій може бути виконана на будь-якому з 4 -х типів АТО з різною ефективністю. Перша операція виконується на першому АТО з ефективністю 4, на 2-му -з ефективністю 6, на 3-му -з ефективністю 8, на 4-му -з ефективністю 12 . Друга операція виконується на першому АТО з ефективністю 3, на 2-му з ефективністю 5, на 3-му -з ефективністю 7, на 4-му -з ефективністю 4 . 3-тя операція виконується на першому АТО з ефективністю 6, на 2- му з ефективністю 9, на 3-му -з ефективністю 13, на 4-му - з ефективністю 8. 4-та операція виконується на першому АТО з ефективністю 5, на 2- му з ефективністю 4, на 3-му - з ефективністю 7, на 4 -му - з ефективністю 9. Закріпити операції за АТО за принципом «одна операція - одне АТО», таким чином, що б процес виконувався з максимальною ефективністю.
Варіант 7 ТП складання складається з 4 -х операцій установки навісних елементів на ДП. Будь-яка з цих операцій може бути виконана на будь-якому з 4 -х типів АТО з різною ефективністю. Перша операція виконується на першому АТО з ефективністю 8, на 2-му -з ефективністю 2, на 3-му -з ефективністю 4, на 4-му -з ефективністю 4. Друга операція виконується на першому АТО з ефективністю 2, на 2-му з ефективністю 3, на 3-му -з ефективністю 1, на 4-му -з ефективністю 5. 3-тя операція виконується на першому АТО з ефективністю 3, на 2- му з ефективністю 2, на 3-му - з ефективністю 4, на 4-му - з ефективністю 3. 4-та операція виконується на першому АТО з ефективністю 2, на 2- му з ефективністю 3, на 3-му - з ефективністю 2, на 4-му -з ефективністю 4. Закріпити операції за АТО за принципом «одна операція - одне АТО», таким чином, що б процес виконувався з максимальною ефективністю.
Варіант 8 ГВМ установки НЕ на ДП складається з 4 -х од автоматичного технологічного обладнання , кожна з яких може встановлювати на плату 4 типи НЕ з різною ефективністю. 1 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 1, 2 тип - з ефективністю 3, 3 тип - з ефективністю 5, 4 тип з ефективністю 9. 2 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип - з ефективністю 5, 3 тип - з ефективністю 7, 4 тип з ефективністю 5. 3 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип - з ефективністю 6, 3 тип - з ефективністю 10, 4 тип з ефективністю 5. 4 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 2, 2 тип - з ефективністю 1, 3 тип - з ефективністю 2, 4 тип - з ефективністю 7. Розподілити типи НЕ по АТО за принципом «одне АТО - один тип » таким чином, щоб сумарна ефективність була максимальна.
Варіант 9 ГВМ установки НЕ на ДП складається з 4 -х од автоматичного технологічного обладнання, кожна з яких може встановлювати на плату 4 типи НЕ з різною ефективністю. 1 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 4, 2 тип - з ефективністю 3, 3 тип - з ефективністю 5, 4 тип з ефективністю 8. 2 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип - з ефективністю 2, 3 тип - з ефективністю 3, 4 тип з ефективністю 4. 3 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 4, 2 тип - з ефективністю 7, 3 тип - з ефективністю 3, 4 тип з ефективністю 5 . 4 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип - з ефективністю 5, 3 тип - з ефективністю 7, 4 тип з ефективністю 11 . Розподілити типи НЕ по АТО за принципом «одне АТО - один тип» таким чином, щоб сумарна ефективність була максимальна.
Варіант 10 ТП складання складається з 4 -х операцій установки навісних елементів на ДП. Будь-яка з цих операцій може бути виконана на будь-якому з 4 -х типів АТО з різною ефективністю. Перша операція виконується на першому АТО з ефективністю 8, на 2-му - з ефективністю 2, на 3-му - з ефективністю 4, на 4-му - з ефективністю 4 . Друга операція виконується на першому АТО з ефективністю 2, на 2-му з ефективністю 3, на 3-му - з ефективністю 6, на 4-му - з ефективністю 5. 3-тя операція виконується на першому АТО з ефективністю 3, на 2- му з ефективністю 2, на 3-му - з ефективністю 4, на 4-му - з ефективністю 3. 4-та операція виконується на першому АТО з ефективністю 2, на 2- му з ефективністю 3, на 3-му - з ефективністю 2, на 4 -му - з ефективністю 3. Закріпити операції за АТО за принципом «одна операція - одне АТО», таким чином, що б процес виконувався з максимальною ефективністю.
Варіант 11 ГВМ установки НЕ на ДП складається з 4-х од. автоматичного технологічного обладнання, кожна з яких може встановлювати на плату 4 типи НЕ з різною ефективністю. 1 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 1, 2 тип - з ефективністю 3, 3 тип - з ефективністю 3, 4 тип з ефективністю 6. 2 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип - з ефективністю 5, 3 тип - з ефективністю 6, 4 тип з ефективністю 5. 3 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип - з ефективністю 6, 3 тип - з ефективністю 10, 4 тип з ефективністю 5. 4 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 2, 2 тип - з ефективністю 1, 3 тип - з ефективністю 2, 4 тип - з ефективністю 7. Розподілити типи НЕ по АТО за принципом «одне АТО - один тип» таким чином, щоб сумарна ефективність була максимальна.
Варіант 12 ГВМ установки НЕ на ДП складається з 4 -х од. автоматичного технологічного обладнання, кожна з яких може встановлювати на плату 4 типи НЕ з різною ефективністю. 1 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 4, 2 тип - з ефективністю 5, 3 тип - з ефективністю 5, 4 тип з ефективністю 8. 2 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип - з ефективністю 2, 3 тип - з ефективністю 3, 4 тип з ефективністю 6 . 3 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 4, 2 тип - з ефективністю 5, 3 тип - з ефективністю 3 , 4 тип з ефективністю 5 . 4 АТО встановлює 1 тип НЕ з ефективністю 3, 2 тип - з ефективністю 5, 3 тип - з ефективністю 7, 4 тип з ефективністю 10. Розподілити типи НЕ по АТО за принципом «одне АТО - один тип» таким чином, щоб сумарна ефективність була максимальна.
Додаток Г Варіанти завдань до лабораторної роботи 5
Завдання: Побудувати імітаційну модель автоматизованого виробничого модуля. Вважаємо, що кожен компонент R1, R2, Ст1, Ст2 завантажений тільки однією деталлю. Елементи модуля виконують свої операції незалежно один від одного, R1, R2 починають свої транспортування коли на одному з конвеєрів є деталь. Моделююча потужність повинна бути такою, щоб забезпечувати окремий (поблочний) опис послідовного і паралельного виконання операторів, циклічності і конвеєрних операцій; наявність спеціальних конструкцій для відображення типових переходів; відображення в описі складного алгоритму його ієрархічної структури, коли окремі оператори самі є алгоритмами, виконуваними на базі своїх операторів; наявність спеціальних конструкцій для локальної синхронізації операторів в паралельних підалгоритмах при виникненні конфліктів між ними.
Варіанти:
Навчальне видання
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до лабораторних робіт “Технологія проектування комп'ютерних систем”. Для студентів денної і заочної форм навчання напряму 6.050102 “Комп'ютерна інженерія” (електронне видання)
Укладачі: Олександр Іванович Рязанцев Інна Сергіївна Скарга-Бандурова Лариса Олександрівна Шумова
Редактор Техн. редактор Оригінал - макет
Підписано до друку _________ Формат 60*841/16 Папір типограф. Гарнітура Times. Друк офсетний. Умов. друк. арк. 2. Обл.-вид. арк. _____. Тираж __ прим. Вид. № _________. Замов № _______. Ціна договірна.
Видавництво Технологічного інституту СНУ ім. Володимира Даля (м. Сєвєродонецьк)
Адреса видавництва: 93400, м. Сєвєродонецьк, Луганської обл., пр. Радянський, 59-а, головний корпус Телефон: (06452) 4-03-42 E-mail: sti@sti.lg.ua КомментарииКомментариев пока нет Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||