Файл: Программные средства профессиональной деятельности.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Л.К. Бурулько
ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Рекомендовано в качестве учебного пособия
Редакционно-издательским советом
Томского политехнического университета
Издательство
Томского политехнического университета
2016

2
УДК 621.31:519.876(075.8)
ББК 31.2:22.1я73
Б91
Б91
Бурулько Л.К.
Программные средства профессиональной деятельности
/
Л.К.
Бурулько;
Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во
Томского политехнического университета, 2015. – 131 с.
В учебном пособии рассмотрены основные принципы и методы математического моделирования элементов, входящих в силовую часть электромеханических систем переменного тока.
Пособие подготовлено на кафедре электропривода и электрооборудования, соответствует программе дисциплины
«Программные средства профессиональной деятельности» и предназначено для студентов, обучающихся по направлению
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».
УДК 621.31:519.876(075.8)
ББК 31.2:22.1я73
Рецензенты
Доктор технических наук, профессор кафедры ПрЭ ТУСУР
А.В. Кобзев
Кандидат технических наук
13-го отдела НИИАЭМ ТУСУР
Н.А. Михневич
© ФГАОУВО НИ ТПУ, 2016
© Бурулько Л.К., 2016
© Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2016

3
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время происходит активное внедрение компьютерных технологий в процесс подготовки специалистов по различным специальностям. Поэтому целесообразность использования компьютера в учебном процессе очевидна. Один из способов применения компьютера и его сочетаемость с содержанием, формами и методами обучения представлены в дисциплине «Программные средства профессиональной деятельности».
Целью дисциплины «Программные средства профессиональной деятельности» является подготовка специалистов, владеющих общими принципами и методами математического моделирования с использованием пакетов прикладных программ и автоматизаций с их помощью инженерной деятельности и имеющих навыки их практического использования в области электромеханики и энергетики.
В соответствие с рабочей программой дисциплина изучается один семестр. Приэтом теоретический материал изложен в виде лекций, в которых приведены принципы и основы использования пакетов прикладных программ (ППП) для автоматизации профессиональной деятельности специалистов по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Основное внимание, при освоении этой дисциплины, уделяется выполнению лабораторных работ в компьютерных классах. Для закрепления навыков работы с прикладными программами каждый студент выполняет самостоятельно индивидуальные задания.
Основой при изучении дисциплины являются знания информатики и вычислительной техники, основ математического анализа, теоретических основ электротехники, теоретических основ электроники, инженерной и компьютерной графики. Студенты должны иметь уверенные навыки работы с персональным компьютером.
Инженерная деятельность как профессия связана с регулярным
применением научных знаний в технической практике
.
Целью инженерной деятельности – создание принципиально нового технико-технологического артефакта.
Проблемы инженерной деятельности тесно сопряжены с проблемами социальными. В этом отношении особенно важна роль государства.
Сегодня российские инженеры остро нуждаются в четкой инновационной политике государства, в пополнении своих рядов высококвалифицированными специалистами, в повышении их социального статуса, что позволило бы быстро ликвидировать отставание от высокоразвитых стран по ряду позиций. Создание и развитие техники информационных процессов и технологий делает деятельность инженера всеохватывающей. В этой связи следует обратить внимание на то, что при полных циклах автоматизации человек исключается из технической

4 системы, но он все же остается главным агентом в процессе разработки, внедрения и освоения новых техники и технологии.
В электротехнике, электроэнергетике задача инженера – организация процессов получения, передачи, преобразования и распределения электрической энергии на основе разработки соответствующих систем, машин, аппаратов, регулирующих устройств и т.п.
Инструментарием современной инженерной деятельности является система автоматизированного проектирования (САПР), с помощью которой реализуются этапы функционального, алгоритмического,
конструкторского и технологического проектирования.
Функциональное проектирование – это разработка структурных, функциональных и принципиальных схем технических систем.
Алгоритмическое
проектирование
– разработка алгоритмов функционирования технических систем, и программного обеспечения для управления системой в целом и ее отдельными блоками с помощью ЭВМ и издание общего математического обеспечения.
Конструкторское проектирование – выбор формы и материалов, подбор унифицированных изделий, их пространственное расположение и т.п.
Технологическое проектирование – разработка технологических процессов и создания технической системы.
При этом все многообразие возникающих задач решается путем математического моделирования, а проектные процедуры сводят к расчету и проектированию отдельных устройств и системы в целом, анализу процессов в системе, к оптимизации устройств и систем и их синтезу.
Расчет и проектирование состоят в определении параметров и характеристик отдельных элементов, звеньев, блоков, устройств, частей системы и всей системы в целом. Для этого на основе определенных физических зависимостей и закономерностей, заложенных в основу их принципа действия, составляются алгоритмы и методики их расчета.
Задачи анализа сводятся к определению свойств и показателей системы и конкретного ее объекта при изменении их внутренних параметров или внешних воздействий, в исследовании переходных и установившихся режимов работы, условий устойчивости и т. д.
Оптимизация состоит в определении такой оптимальной комбинации значений внутренних параметров элементов и устройств системы и системы в целом при их неизменной структуре, при которой одна или несколько внешних характеристик или параметров объекта исследований имеют наилучшие значения согласно выбранному критерию. При этом составляется функция цели, в концентрированной форме отражающая конечный смысл решаемой задачи: поиск оптимальной характеристики объекта с учетом определенных ограничений. Поиск же глобального минимума или максимума функции цели, в зависимости от характера

5 решаемой задачи, осуществляется по нескольким методам, составляющим предмет нелинейного программирования.
Синтеззаключается в определении структуры проектируемого объекта и значений параметров его элементов, при которых устройство наилучшим образом, согласно выбранному критерию, отвечает необходимым требованиям.

6
Глава 1. ПРОГРАММЫЕ СРЕДСТВА
Современная профессиональная подготовка студентов, предполагает разработку специальных средств, которые необходимы преподавателям и студентам для успешной реализации своей деятельности и в полной мере соответствующие их уровню профессиональной квалификации и образованности. В качестве таких средств в учебном пособии рассматриваются программные средства подготовки (профессиональной подготовки) студентов.
В настоящее время можно выделить два направления по использованию программных средств. Первое для организации процесса обучения и второе для использования программных средств в обучении.
1.1. Программное обеспечение
Процесс обучениявцелом – этополучение определенных теоретических знаний и приобретение навыков их использования в обычной жизни и профессиональной деятельности.Организация этого процесса связана с взаимодействием преподавателя и студента,
в ходе которого студент приобретает знания, умения и навыки.
В настоящее время это взаимодействие осуществляется с использованием компьютерных технологий. Для организации процесса обучения в этом случае необходимо соответствующее программное обеспечение. Его функциональное назначение состоит в том, чтобы взаимодействие между преподавателями и студентами направлялось на развитие специальной образованности студентов по конкретным дисциплинам.
Программное обеспечение – это совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для описания дисциплин и стратегии профессиональной подготовки студентов по определенному направлению и специальности.
Программное обеспечение принято подразделять: по назначению на системное программное обеспечение, прикладное и инструментальное; по способу распространения и использования на
несвободное/закрытое, открытое и свободное.
Системное программное обеспечение – это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами вычислительной системы, такими как процессор, оперативная память, каналы ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс» с одной стороны которого аппаратура, а с другой приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т.д.

7
В учебном процессе системное программное обеспечение
(СПО)
используют для активизации и развития самообразования студентов. Для этого преподавателем совместно с программистом, обслуживающим СПО, разрабатываетсяпрограммная система, чтобы индивидуализировать работу с каждым студентом. Эта система должна обеспечивать студенту: предоставление информации об организации учебного процесса через портал вуза; предоставление доступа к учебно-методическим комплексам (УМК); проведение по возможности чат – консультации; создание и проведение форумов по дисциплинам; проведение текущего контроля с использованием портала вуза; предоставление информации об успеваемости студентов.
Таким образом, с помощью СПО обеспечивается новый вид процесса обучения – проблемно-компьютерное обучение.
Прикладное программное обеспечение – это прикладная программа, предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем. В большинстве операционных систем прикладные программы не могут обращаться к ресурсам компьютера напрямую, а взаимодействуют с оборудованием и прочим посредством операционной системы.
Инструментальное программное обеспечение – программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ. Обычно этот термин применяется для акцентирования отличия данного класса ПО от прикладного и системного программных обеспечений
Н
— программное обеспечение, являющееся частной собственностью авторов или правообладателей. Правообладатель такого ПО сохраняет за собой монополию на его использование, копирование и модификацию, полностью или в существенных моментах.
Открытое программное обеспечение — программное обеспечение с открытым исходным кодом. Исходный код таких программ доступен для просмотра, изучения и изменения, что позволяет пользователю принять участие в доработке самой открытой программы. Использовать этот код можно для создания новых программ и исправления в них ошибок – через заимствование исходного кода, если это позволяет лицензия, или через изучение использованных алгоритмов, структур данных, технологий, методик и интерфейсов.
Свободное программное обеспечение может распространяться, устанавливаться и использоваться на любых компьютерах дома, в офисах, школах, вузах, а также коммерческих и государственных учреждениях без ограничений.

8
В учебном процессе Томского политехнического университета используется более сотни программных продуктов.В их число входят популярные офисные продукты (Word, Excel, PowerPoint, Corel Draw,
Photoshop). Системы автоматизированного проектирования общего назначения (AutoCad, P-CAD, Accel EDA, Electronics Workbench, Microcap и др.), узкоспециализированные CADы и моделирующие программы (Code
Composer Studio, Mustang, Dakkar, TKZ3000, Genie и др.), математические продукты (MathCAD, Matlab), системы программирования (Delphi, Builder
C++ и др.). Разработанные непосредственно для учебного процесса прикладные программы для моделирования и расчета процессов в электротехнике, электромеханике и электроэнергетике.
1.2. Прикладное программное обеспечение.
Основную часть прикладного программного обеспечения составляют
пакеты прикладных программ (ППП). Пакет прикладных программ –это комплекс программ, предназначенный для решения определённого класса задач по некоторой тематике. Пакеты разрабатываются таким образом, чтобы максимально упростить использование компьютера, специалистами разных профессий, освободив их от необходимости изучения программирования и других областей знаний, связанных с компьютером.
Это достигается за счёт так называемого дружественного интерфейса.
При этом пользователь выполняет в режиме общения с компьютером набор действий, определённых входным языком пакета (ввод с клавиатуры, выполнение команд, просмотр информации и т. п.) или следует указаниям встроенного средства (программного модуля) пошагового достижения результата, называемого мастером.
В настоящее время существует огромное количество ППП, которые охватывают практически все стороны деятельности человека. Всё множество ППП можно разделить на два больших класса: пакеты общего назначения и специализированные пакеты.
ППП общего назначения – универсальные программные продукты, предназначенные для автоматизации разработки и эксплуатации функциональных задач пользователя.
К этому классу ППП относятся: редакторы: текстовые (Word, WordPad) и графические
(CorelDraw, Photoshop); электронные таблицы (Excel, Lotus 1-2-3); системы управления базами данных (Access, Oracle); средства подготовки презентаций (PowerPoint); интегрированные ППП (MathCAD, MatLAB); системы автоматизации проектирования (AutoCad);

9 оболочки экспертных систем и систем искусственного интеллекта и др.
В классе пакетов общего назначения особое место занимают интегрированные пакеты прикладных программ. Они представляют собой многофункциональный набор программ, в котором в одно целое соединены возможности различных функциональных пакетов общего назначения.
Идеей объединения является, с одной стороны, функциональная полнота дополняющих друг друга программ, имеющих однотипный пользовательский интерфейс, а с другой стороны, возможность выполнять весь технологический цикл обработки данных на одном рабочем месте.
Обобщенная архитектура ППП, отражающая ее внутреннюю организацию и способ общения с пользователем представлена на рис. 1.1
Рис. 1.1. Обобщенная архитектура пакета прикладных программ.
В архитектуре пакета можно выделить ядро пакета. Ядро – это неизменная часть пакета, т.е. системное обеспечение ППП. Оно изменяется в зависимости от предметной области – проблемное обеспечение. Ядро
(монитор) пакета развивает возможности операционных систем ЭВМ для решения конкретных прикладных задач.
Архитектура ППП включает следующие основные составляющие: монитор пакета (управляющая программа); библиотека программных модулей (база данных); процессор с входного языка; сервисные средства пакета.
Монитор пакета — специальная программа, которая по формулировке задачи на входном языке автоматически организует вызов модулей в нужной последовательности, обеспечивает обмен информацией между ними и управляет процессом решения задач. Ввод модели на входном языке можно осуществлять в произвольном порядке.
Анализатор обеспечивает трансляцию исходного текста задания на входном языке пакета во внутренний язык ЭВМ. Другими словами осуществляется расшифровка конструкций, сформулированных на