Файл: В.В. Зиновьев Компьютерная имитация и анимация. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов напрвления 550200 и специальности 210200.pdf

Министерство образования Российской Федерации

Кузбасский государственный технический университет

Кафедра гибких автоматизированных производственных систем

КОМПЬЮТЕРНАЯ ИМИТАЦИЯ И АНИМАЦИЯ

Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов направления 550200 "Автоматизация и управление"

и специальности 210200 "Автоматизация технологических процессов (в машиностроении)"

Составитель В.В. Зиновьев

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 5 от 20.03.01.

Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 210200 Протокол № 30 от 14.03.01.

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2001

1

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа (КР) является завершающим этапом дисциплины "Компьютерная имитация и анимация" учебного плана кафедры ГАПС для студентов направления 550200 - "Автоматизация и управление" и специальности 210200 - "Автоматизация технологических процессов (в машиностроении)". КР готовит студентов к решению более сложных задач, возникающих на завершающем этапе обучения - дипломном проектировании, на базе использования методов компьютерной имитации и анимации.

Цель курсовой работы - развитие практических навыков решения задач исследования и проектирования технологических процессов на ПЭВМ.

В задачи КР входят:

-закрепление знаний по математическим и программным средствам имитационного моделирования;

-постановка и проведение имитационных экспериментов с моделями технологических процессов на базе методов компьютерной имитации и анимации для оценки вероятностно-временных характеристик функционирования систем;

-принятие обоснованных инженерных решений.

При выполнении курсовой работы следует руководствоваться общими указаниями по организации и методике проведения курсового проектирования в вузе.

2. ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ

Тематика курсовых работ должна соответствовать основным разделам дисциплины "Компьютерная имитация и анимация" с учетом специализации студентов и отражать научно-исследовательскую деятельность кафедры.

Теоретическая часть курсовой работы должна базироваться на лекционном материале дисциплины "Компьютерная имитация и анимация" и может быть связана с другими дисциплинами учебного плана специальности 210200 - "Автоматизация технологических процессов (в машиностроении)", прочитанными ранее.

2

Темы КР назначаются кафедрой с учетом имеющихся производств

имест производственных практик.

Вслучаях недостаточного объема материала, собранного во время технологической практики, студенту может быть выдан вариант типового задания, содержащий текстовое описание объекта моделирования и численные данные о переменных и параметрах объекта моделирования и воздействиях внешней среды, характеристики процесса функционирования объекта, которые необходимо оценить в ходе моделирования (прил. 1).

Задание на курсовую работу является индивидуальным. В некоторых случаях для подробной разработки тем кафедра может выдать комплексные задания группе студентов. Объем в этом случае устанавливается руководителем курсовой работы, исходя из средних объемов графической и текстовой частей на одного студента.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Предварительно тема курсовой работы формулируется на 3 курсе перед прохождением технологической практики, где студент должен собрать исходный материал на КР по дисциплине "Компьютерная имитация и анимация".

В ходе выполнения курсовой работы кафедрой назначается руководитель, который следит за ее выполнением, проводит консультации, составляет задание на курсовую работу по типовой форме (см. прил. 2) и намечает график ее выполнения, помогает студенту решать принципиальные вопросы формализации и исследования объекта моделирования, разработки имитационной и анимационной моделей, проверяет готовность студента к использованию программно-технических средств моделирования и помогает студенту подготовиться к защите КР.

Для выполнения курсовой работы каждому студенту выдается задание, утвержденное заведующим кафедрой (прил. 2).

Студент, заканчивая очередной этап работы (согласно графику выполнения КР), представляет готовый материал (описание технологического процесса, блок-схемы модели, распечатки программ и т.п.) для проверки правильности полученных промежуточных результатов и направления хода дальнейших работ по моделированию

3

конкретного процесса. Руководитель указывает сроки проведения проверок в задании на курсовую работу, а цель проверок объясняет при выдаче заданий. Проверки производят по окончании каждого этапа выполнения КР.

Этапы выполнения курсовой работы.

Подготовительный этап (1-3-я недели).

Студент должен понять поставленную задачу моделирования технологического процесса и ознакомиться с рекомендуемой литературой. Следует ясно представить цели решаемой задачи моделирования и внимательно проанализировать требования, предъявленные к разработке имитационной модели.

Цель проверки - оценка степени теоретической и практической подготовленности студента, правильности понимания им поставленной задачи моделирования процесса, уровня изучения научно-технической литературы.

Проектный этап (4-8 недели).

На этом этапе студент должен рассмотреть различные пути решения поставленной задачи моделирования процесса, предложить критерий оценки эффективности полученных результатов моделирования, разработать алгоритмическое и программное обеспечение моделирования.

Цель проверки - оценка правильности выбранных алгоритмических решений.

Реализационный этап (9-12 недели).

На этом этапе студент должен выполнить окончательную отладку программного обеспечения, провести имитационные эксперименты, получить результаты моделирования и проанализировать их.

Цель проверки - контроль правильности разработанного программного обеспечения моделирования и оценка корректности полученных результатов моделирования процесса.

Оформительский этап (13-я неделя).

Студент обязан оформить пояснительную записку и графический материал в соответствии с требованиями к оформлению технической документации (см. разд. 5).

Цель проверки - контроль знаний по оформлению материала и подготовленности студента к защите КР.

4

Заключительный этап (14-я неделя). На этом этапе проводят подготовку доклада и защиту курсовой работы перед комиссией. Доклад должен сопровождаться демонстрацией иллюстративного материала на компьютере. Для доклада студенту отводится 5-7 мин, в связи с чем необходимо тщательно продумать его содержание, а также составить тезисы выступления и согласовать их с руководителем. В докладе в сжатой и четкой форме студент должен представить поставленную задачу и основное содержание курсовой работы, сопровождая повествование графическим материалом на компьютере. Не следует давать подробные объяснения принципа действия моделируемой системы, взаимодействия элементов блок-схемы и т.д. При необходимости более подробных сведений члены комиссии будут задавать соответствующие вопросы.

При подготовке доклада основное внимание необходимо обратить на последовательность изложения:

1)тема курсовой работы;

2)постановка задачи;

3)методика решения поставленной задачи;

4)анализ полученных результатов моделирования.

4.ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Вкурсовой работе необходимо представить заданный процесс в виде системы массового обслуживания (СМО), дать блок-схему разработанной модели, анимацию моделируемой системы и распечатки программ.

КР состоит из двух частей: пояснительной записки и графической части.

Содержание графической части

Графическая часть выполняется на компьютере и заносится на дискету, которая прикладывается к пояснительной записке. Графическая часть включает 5-7 слайдов и анимацию заданного производственного процесса. В этой части должны быть представлены:

1. Схема моделируемого процесса с заданием на КР.

2.Модель заданного процесса в виде системы массового обслуживания (СМО).

3.Блок-схема разработанной имитационной модели.

5

4.Порядок проведения имитационных экспериментов.

5.Анимация заданного процесса с результатами моделирования.

Содержание пояснительной записки (ПЗ)

Общий объем ПЗ не должен превышать 20 страниц, в том числе введение - не более 3 страниц.

ПЗ к курсовой работе должна давать достаточно полное представление о принципе решения задачи моделирования технологического процесса. Записка иллюстрируется схемами, графиками, таблицами и программами. Эти схемы и программы входят в общий объем пояснительной записки и нумеруются.

ПЗ к курсовой работе должна включать в указанной последовательности следующие разделы:

-титульный лист;

-аннотацию (реферат);

-бланк задания, подписанный руководителем и заведующим кафедрой (см. прил. 2);

-содержание (оглавление) с указанием страниц;

-введение;

-разделы и подразделы основной части;

-заключение;

-список литературы;

-приложения.

Содержание основных разделов ПЗ.

Титульный лист должен соответствовать установленному образцу. Аннотация в краткой форме раскрывает содержание пояснительной

записки к курсовой работе.

Бланк задания, полностью оформленный, должен содержать оценку курсовой работы и подпись руководителя.

Содержание включает наименование всех разделов курсовой работы, а также подразделов и пунктов, если они имеют наименование, с указанием номера страниц, на которых размещается начало материала разделов, подразделов, пунктов.

Введение содержит краткий обзор методов и языков имитационного моделирования технологических процессов в машиностроении. Указываются литературные источники, по которым делается обзор, позволяющий судить, насколько полно изучена

6

литература по моделированию производственных систем. Обзор должен содержать краткую оценку изложенных материалов и принципов моделирования.

Основная часть состоит из разделов, в которых рассматривается существо проблемы.

Здесь приводится:

1.Постановка задачи - детальное описание моделируемого технологического процесса и задание на моделирование, достаточные для того, чтобы по ним можно было строить модель и выполнять ее прогоны (т.е. моделировать систему).

2.Разработка модели СМО - отображение структуры моделируемого технологического процесса в виде системы массового обслуживания [1].

3.Разработка имитационной модели - представление последовательности операций технологического процесса в СМО в виде блок-схемы из блоков специализированного языка компьютерной имитации GPSS/H и описание этой схемы командами [2, 3].

4.Создание анимации технологического процесса - графическое отображение статических и динамических объектов технологии при помощи языка компьютерной анимации Proof Animation и ввод в

GPSS/H-программу команд управления анимацией для формирования файла трассировки. Здесь должны быть представлены фрагменты анимационной модели, наиболее полно отражающие решение поставленных задач.

5.Оценка адекватности имитационной модели реальному технологическому процессу [4].

Для проверки адекватности могут быть использованы методы:

- сравнения данных, полученных в результате моделирования, с аналогичными данными, полученными опытным путем за прошлые периоды времени;

- сопоставления показателей объекта за реальное длительное время

срезультатами моделирования в ускоренном времени;

-проверки имитационной модели с помощью компьютерной анимации;

-сопоставления результатов аналитических расчетов для крайних значений с результатами имитационного моделирования;

-сравнения результатов моделирования с экспертными оценками специалистов в данной отрасли.

7

6.Проведение имитационных экспериментов - изменение исходных параметров и оценка их влияния на показатели моделируемой системы. Здесь должны быть представлены результаты моделирования (распечатки отдельных прогонов модели, графики, фрагменты анимации с результатами моделирования, таблицы и т.п.) [1-5];

7.Оценка предлагаемых студентом возможных улучшений в функционировании моделируемого технологического процесса или выбор наиболее эффективного варианта (согласно заданию).

Заключение должно содержать качественные и количественные оценки результатов моделирования, а также точности и достоверности результатов моделирования. Следует представить краткий вывод по результатам моделирования заданного технологического процесса.

Список используемой литературы содержит перечень источников, использованных при выполнении курсовой работы. Указывают только те источники, на которые имеются ссылки в тексте пояснительной записки.

Приложения содержат вспомогательный материал (листинги программ, инструкции по пользованию программами и т.п.). Оформляют в тех случаях, когда необходимо "разгрузить" основной текст. Приложения могут быть в виде таблиц, графиков, схем и т.п.

5. ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

ПЗ оформляется на одной стороне листа формата А4 рукописным (чернилами) или машинописным текстом. Листы выделяются рамкой и должны иметь в нижней части штамп.

Текст должен быть кратким и исчерпывающе ясным. Объяснение известных понятий и терминов не допускается. Сокращения слов можно применять только общепринятые. Все листы ПЗ нумеруются (в штампе), рисунки и таблицы также должны иметь свой номер и название. В тексте на них обязательно должны быть ссылки. Несмотря на наличие графической части в ПЗ должны содержаться все необходимые для понимания изложенного эскизы, рисунки, графики и т.п.

К оформлению графической части курсовой работы следует приступать после написания пояснительной записки и составления плана доклада по защите работы, что позволит вынести на монитор

8

компьютера наиболее интересные иллюстрации, которые помогут рационально построить доклад при защите КР.

Графическая часть выполняется на компьютере в виде слайдов (неподвижного изображения в формате .pcx) и анимации заданного технологического процесса. Это осуществляется в оболочке программного обеспечения Proof Animation (см. п.6) в режиме презентации. Презентация должна последовательно воспроизводить слайды, показывающие задание, необходимые схемы, таблицы, графики, сравнительные характеристики, выводы и т.д. и варианты анимаций моделируемого производственного процесса. Анимация должна состоять из простых объектов. Перемещаемые объекты лучше заполнять цветом, вместо того, чтобы использовать только контуры. На экране должны уместиться мнемосхема процесса, необходимые текст и сообщения, табличные и графические статистические данные, результаты моделирования и т.д. Промежуточные результаты моделирования должны выводиться на экран в виде изменяющихся цифр и графиков.

Графическая часть заносится на дискету. Дискета подписывается и вставляется в карман, приклеенный на последнем листе ПЗ.

Законченная пояснительная записка подписывается студентом и руководителем.

6. ТЕХНИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Для выполнения КР требуется IBM - совместимый персональный компьютер класса 486 и выше, имеющий не менее 2МБ свободной постоянной и 4КБ оперативной памяти, видеопамяти не менее 512КБ. Может использоваться компьютер класса 386, снабженный математическим сопроцессором.

В качестве программного обеспечения используется лицензионный комплекс компьютерной имитации и анимации, созданный фирмой

Wolverine Software Corporation (США) в 1996 г. Комплекс имеет студенческую (Student GPSS/H - Student Proof Animation) и профессиональную (GPSS/H Professional - Proof Professional) версии.

Студенческая версия отличается ограничениями на время моделирования (2 мин.) и объемом файлов (до 1250 байт).

9

Комплекс может работать в операционной среде DOS 5.0 и выше, Windows 3.1 и выше, Windows NT и Windows 95 или OS/2 и выше.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Денисов А.А. Теория больших систем управления: Учеб. пособие

/А.А. Денисов, Д.Н. Колесников. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 288 с.

2.Шрайбер Т.Д. Моделирование на GPSS. - М.: Машиностроение, 1980. – 593 с.

3.Норенков И.П. Разработка САПР. - М.: МГТУ им. Баумана, 1994.- 67 с.

4.Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука. - М.: Мир, 1978. – 420 с.

5.Советов Б.Я. Моделирование систем: Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов по спец. АСУ / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. -

М.: Высш. шк., 1988. – 135 с.

6.Третьяков Э.А. Современное состояние моделирования структур ГПС / Э.А. Третьяков, С.Н. Гринева, Ю.А. Еленева. - М.: ВНИИТЭМР, 1988. – 68 с.