Материал: Разработка программного обеспечения для автоматизации проектирования процесса синтеза аммиака

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах - недостатком^{[2] <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%B1%D0%B0%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D0%B8_%D0%B4%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D1%85>}.

Примеры: Microsoft Access <https://ru.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Access>, Paradox <https://ru.wikipedia.org/wiki/Paradox>, dBase <https://ru.wikipedia.org/wiki/DBase>, FoxPro <https://ru.wikipedia.org/wiki/FoxPro>, Visual FoxPro <https://ru.wikipedia.org/wiki/Visual_FoxPro>.

·              Клиент-серверные <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82-%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%A1%D0%A3%D0%91%D0%94>

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу.

Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle <https://ru.wikipedia.org/wiki/Oracle_(%D0%A1%D0%A3%D0%91%D0%94)>, Firebird <https://ru.wikipedia.org/wiki/Firebird>, Interbase <https://ru.wikipedia.org/wiki/Interbase>, IBM DB2 <https://ru.wikipedia.org/wiki/IBM_DB2>, Informix <https://ru.wikipedia.org/wiki/Informix>, MS SQL Server <https://ru.wikipedia.org/wiki/MS_SQL_Server>, Sybase Adaptive Server Enterprise <https://ru.wikipedia.org/wiki/Sybase>, PostgreSQL <https://ru.wikipedia.org/wiki/PostgreSQL>, MySQL <https://ru.wikipedia.org/wiki/MySQL>, Caché <https://ru.wikipedia.org/wiki/Cach%C3%A9>, ЛИНТЕР <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%98%D0%9D%D0%A2%D0%95%D0%A0>.

·              Встраиваемые <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%8F_%D0%A1%D0%A3%D0%91%D0%94>

Встраиваемая СУБД - СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F_(%D0%9F%D0%9E)>. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%B0_(%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5)>. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL <https://ru.wikipedia.org/wiki/SQL> либо через специальные программные интерфейсы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%84%D0%B5%D0%B9%D1%81>.

Примеры: OpenEdge <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=OpenEdge&action=edit&redlink=1>, SQLite <https://ru.wikipedia.org/wiki/SQLite>, BerkeleyDB <https://ru.wikipedia.org/wiki/BerkeleyDB>, Firebird <https://ru.wikipedia.org/wiki/Firebird> Embedded, Microsoft SQL Server Compact <https://ru.wikipedia.org/wiki/Microsoft_SQL_Server_Compact>, ЛИНТЕР <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%98%D0%9D%D0%A2%D0%95%D0%A0>.

Поскольку в формате данной курсовой работы все операции проводятся на персональном компьютере и не требуют серьезной безопасности для создания базы данных была выбрана СУДБ Microsoft Access <https://ru.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Access>.

Была создана база данных, содержащая 4 связанных таблицы, 4 формы на их основе и 4 запроса по интересующим критериям.

В таблицу ”Аппараты” внесены все аппараты и их необходимые характеристики (рисунки 3,4):

Рисунок 2 - Таблица “Аппараты”, часть первая

Рисунок 3 - Таблица “Аппараты”, часть вторая

В таблице “ГОСТ” размещены соответствующие ГОСТы по эксплуатации аппаратов (рисунок 5):

Рисунок 4 - Таблица “ГОСТ”

В таблицe “Марки стали” указан тип стали, из которой изготовлен корпус аппарата (рисунок 6):

Рисунок 5 - Таблица “Марки стали”

В таблице “Сырье” указан перечень расходов сырья для каждого аппарата (рисунок 6):

Создана связь таблиц между собой (рисунок 7):

Рисунок 7 - Схема данных

Создаём формы для всех таблиц (рисунки 8 - 11):

Рисунок 8- Форма для таблицы “Аппараты”

Рисунок 9- Форма для таблицы “ГОСТ

Рисунок 10 - Форма для таблицы “Марки стали”

Рисунок 11 - Форма для таблицы “Сырье”

Создаем запросы на повторяющиеся поля по внешнему диаметру и максимальному давлению с помощью мастера запросов (рисунки 12, 13):

Рисунок 12 - Создание запроса по повторяющимся записям для таблицы “Аппараты”

Рисунок 13 - Результаты запроса по совпадениям длины и диаметра

С помощью конструктора запросов создаём запрос на выявление марок стали, используемых в создании аппаратов (рисунки 14,15):

Рисунок 14 - Создание запроса на связь аппаратов и марки стали

Рисунок 15 - Результат запроса

Создаём запрос на все аппараты с наличием охлаждающих труб (рисунки 16, 17):

Рисунок 16 - Создание запроса на аппараты с наличием охлаждающих труб

Рисунок 17 - Итоговый вид таблицы

Создаем запрос на поиск аппаратов, имеющих охлаждающие трубы, и одинаковый ГОСТ (рисунки 18 - 20):

Рисунок 18 - Создание запроса

Рисунок 19 - Ввод требуемого госта

Рисунок 20 - Итоговый вид таблицы, сформированной в результате запроса

.2 Расчёт химических параметров реакции образования аммиака

Mathcad - система компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82>, ориентированная на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, отличается лёгкостью использования и применения для коллективной работы.был задуман и первоначально написан Алленом Раздовом <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%A0%D0%B0%D0%B7%D0%B4%D0%BE%D0%B2,_%D0%90%D0%BB%D0%BB%D0%B5%D0%BD&action=edit&redlink=1> из Массачусетского технологического института <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B0%D1%87%D1%83%D1%81%D0%B5%D1%82%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B8%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%82%D1%83%D1%82> (MIT), соучредителем компанииMathsoft <https://ru.wikipedia.org/wiki/Mathsoft>, которая с 2006 года <https://ru.wikipedia.org/wiki/2006_%D0%B3%D0%BE%D0%B4> является частью корпорации PTC <https://ru.wikipedia.org/wiki/Parametric_Technology_Corporation> (Parametric Technology Corporation).имеет интуитивный и простой для использования интерфейс пользователя. Для ввода формул и данных можно использовать как клавиатуру, так и специальные панели инструментов.

Некоторые из математических возможностей Mathcad (версии до 13.1 включительно) основаны на подмножестве системы компьютерной алгебры Maple <https://ru.wikipedia.org/wiki/Maple> (MKM, Maple Kernel Mathsoft). Начиная с 14 версии - использует символьное ядро MuPAD <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=MuPAD&action=edit&redlink=1>.

Работа осуществляется в пределах рабочего листа, на котором уравнения и выражения отображаются графически, в противовес текстовой записи в языках программирования. При создании документов-приложений используется принцип WYSIWYG <https://ru.wikipedia.org/wiki/WYSIWYG> (What You See Is What You Get - «что видишь, то и получаешь»). Mathcad относится к системам компьютерной алгебры <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%B5%D0%B1%D1%80%D1%8B>, то есть средств автоматизации <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F> математических расчетов. В этом классе программного обеспечения <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5> существует много аналогов различной направленности и принципа построения. Наиболее часто Mathcad сравнивают с такими программными комплексами, как Maple <https://ru.wikipedia.org/wiki/Maple>, Mathematica <https://ru.wikipedia.org/wiki/Mathematica>, MATLAB <https://ru.wikipedia.org/wiki/MATLAB>, а также с их аналогами MuPAD <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=MuPAD&action=edit&redlink=1>, Scilab <https://ru.wikipedia.org/wiki/Scilab>,Maxima <https://ru.wikipedia.org/wiki/Maxima> и др. Впрочем, объективное сравнение осложняется в связи с разным назначением программ и идеологией их использования.

Система Maple, например, предназначена главным образом для выполнения аналитических (символьных) вычислений и имеет для этого один из самых мощных в своем классе арсенал специализированных процедур и функций (более 3000). Такая комплектация для большинства пользователей, которые сталкиваются с необходимостью выполнения математических расчетов среднего уровня сложности, является избыточной. Возможности Maple <https://ru.wikipedia.org/wiki/Maple> ориентированы на пользователей - профессиональных математиков <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BA>; решения задач в среде Maple требуют не только умения оперировать какой-либо функции, но и знания методов решения, в неё заложенных: во многих встроенных функциях Maple фигурирует аргумент, задающий метод решения.

То же самое можно сказать и о Mathematica <https://ru.wikipedia.org/wiki/Mathematica>. Это одна из самых мощных систем, имеет чрезвычайно большую функциональную наполненность (есть даже синтезирование звука <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B2%D1%83%D0%BA>). Mathematica <https://ru.wikipedia.org/wiki/Mathematica> обладает высокой скоростью вычислений, но требует изучения довольно необычного языка программирования <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%B7%D1%8B%D0%BA_%D1%84%D1%83%D0%BD%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F>.

Разработчики Mathcad сделали ставку на расширение системы в соответствии с потребностями пользователя. Для этого назначены дополнительные библиотеки и пакеты расширения, которые можно приобрести отдельно и которые имеют дополнительные функции, встраиваемые в систему при установке, а также электронные книги с описанием методов решения специфических задач, с примерами действующих алгоритмов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC> и документов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%BE%D0%BA%D1%83%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82>, которые можно использовать непосредственно в собственных расчетах. Кроме того, в случае необходимости и при условии наличия навыков программирования в <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8_(%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F)>, есть возможность создания собственных функций и их прикрепления к ядру системы через механизм DLL <https://ru.wikipedia.org/wiki/DLL>., в отличие от Maple <https://ru.wikipedia.org/wiki/Maple>, изначально создавался для численного решения математических задач, он ориентирован на решение задач именно прикладной <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0>, а не теоретической математики, когда нужно получить результат без углубления в математическую суть задачи. Впрочем, для тех, кому нужны символьные вычисления и предназначено интегрированное ядро Maple <https://ru.wikipedia.org/wiki/Maple> (с версии 14 - MuPAD <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=MuPAD&action=edit&redlink=1>). Особенно это полезно, когда речь идет о создании документов образовательного назначения, когда необходимо продемонстрировать построение математической модели, исходя из физической картины процесса или явления. Символьное ядро Mathcad, в отличие от оригинального Maple (MuPAD), искусственно ограничено (доступно около 300 функций), но этого в большинстве случаев вполне достаточно для решения задач инженерного <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BD%D0%B0%D1%83%D0%BA%D0%B8> характера.

Более того, опытные пользователи Mathcad обнаружили, что в версиях до 13 включительно есть возможность не слишком сложным способом задействовать почти весь функциональный арсенал ядра Maple <https://ru.wikipedia.org/wiki/Maple> (так называемые «недокументированные возможности»), что приближает вычислительную мощность Mathcad к Maple <https://ru.wikipedia.org/wiki/Maple>.

Основное отличие Mathcad от аналогичных программ - это графический, а не текстовый режим ввода выражений. Для набора команд, функций, формул можно использовать как клавиатуру <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0>, так и кнопки на многочисленных специальных панелях инструментов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%D0%B8%D0%BD%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2>. В любом случае - формулы будут иметь привычный, аналогичный книжному, вид. То есть особой подготовки для набора формул не нужно. Вычисления с введенными формулами осуществляются по желанию пользователя: или мгновенно, одновременно с набором, либо по команде. Обычные формулы вычисляются слева направо и сверху вниз (подобно чтению текста). Любые переменные, формулы, параметры можно изменять, наблюдая воочию соответствующие изменения результата. Это дает возможность организации действительности интерактивных вычислительных документов.

На фоне остальных систем компьютерной алгебры Mathcad выгодно выделяется интуитивно понятным интерфейсом, графическим режимом ввода выражений, нацеленностью на пользователя-непрограммиста.

Ниже приведен расчёт необходимых для синтеза параметров реакции синтеза аммиака, при взаимодействии водорода и азота, а именно - материальный баланс реакции, Анализ изменения суммарной скорости реакции от температуры(при нескольких значениях Р), давления (при нескольких значениях Т) для заданной степени превращения. (Рисунки 21-23).

Рисунок 21 - данные для расчёта

Рисунок 22 - Расчёт материального баланса, часть 1

Рисунок 23 - Расчёт материального баланса реакции, часть 2

Рисунок 24 - Анализ зависимости скорости реакции

Рисунок 25 - Анализ зависимости скорости реакции, построение графиков.

.3 Создание модели теплообменной установки

КОМПАС-3D - система трёхмерного моделирования, ставшая стандартом для тысяч предприятий, благодаря удачному сочетанию простоты освоения и легкости работы с мощными функциональными возможностями твердотельного и поверхностного моделирования. Система КОМПАС-3D предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей от-дельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа [6]. Ключевой особенностью КОМПАС-3D является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН.

Основные компоненты КОМПАС-3D - собственно система трёхмерного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования КОМПАС-График, модуль проектирования спецификаций и текстовый редактор. Все они легки в освоении, имеют русскоязычные интерфейс, справочную систему и библиотеки стандартных изделий.

Система AutoCAD, созданная фирмой Autodesk, является на сегодняшний день наиболее распространенной программной графической системой автоматизированного проектирования (САПР) в мире. Она наиболее гибкая из существующих графическая программная система для ПК, способная эффективно работать в самых различных областях технического проектирования. С помощью AutoCAD можно выполнять практически все виды чертежных работ, необходимых в разнообразных областях технического проектирования, можно создавать двухмерные чертежи и трехмерные модели. Система AutoCAD включают средства проектирования, моделирования и визуализации пространственных конструкций, доступа к внешним базам данных, интеллектуальные средства нанесения размеров на чертежи, работы с файлами самых разнообразных форматов и многое другое.