82637

Разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации

Дипломная

Информатика, кибернетика и программирование

Целью данной дипломной работы является разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации. Метод исследования и аппаратура - персональный компьютер с операционной системой Windows XP, среда разработки Delphi 7.

Русский

2015-03-01

1.91 MB

2 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

                                Факультет автоматики и электромеханики                               .

(факультет)   

Кафедра автоматизированных и вычислительных систем                                       .

Специальность 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема дипломной работы: «Разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации» 

Пояснительная записка

Разработал                                                                                           Д.В. Михайлова                                                             

                                                                  Подпись, дата                                                                 Инициалы, фамилия

Зав. кафедрой                                                                                   С.Л. Подвальный 

                                                                  Подпись, дата                                                                Инициалы, фамилия

Руководитель                                                                                        М.Ю. Сергеев

                                                                   Подпись, дата                                                               Инициалы, фамилия

Консультанты                                                                                       Т.С. Наролина                                                                    

                                                                  Подпись, дата                                                                 Инициалы, фамилия

                                                                                                              Н.В. Мозговой

                                                                  Подпись, дата                                                                 Инициалы, фамилия

____________________________________________________________________                                                                                        

                                                                  Подпись, дата                                                                 Инициалы, фамилия

____________________________________________________________________                                                                    

                                                                  Подпись, дата                                                                 Инициалы, фамилия

____________________________________________________________________                                                                    

                                                                  Подпись, дата                                                                 Инициалы, фамилия

Нормоконтроль провел                                                                          Т.И. Сергеева

                                                                  Подпись, дата                                                                 Инициалы, фамилия

Воронеж 2012

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

                                Факультет автоматики и электромеханики                               .

(факультет)   

Кафедра    автоматизированных и вычислительных систем,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,                               Специальность 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

Студент группы                                  ВМ-083ииииииииииииииииииииииииииии  

(индекс группы)

                                           Михайлова Дарья Васильевна,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

(фамилия, имя, отчество)

ЗАДАНИЕ

  1.  Тема дипломной работы: «Разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации»

утверждена распоряжением по факультету №_____от________________2011 г.

2. Технические условия: аппаратное обеспечение: класс компьютера не ниже

Pentium IV; требуемая операционная система не ниже MS Windows XP, установленная на компьютере СУБД MS Access 2003 и выше.

3. Содержание (разделы, графические работы, расчеты и проч.)

1) Проблемы разработки информационной системы по методам многомерной оптимизации

2) Выбор инструментария разработки автоматизированной справочной системы

3) Информационное и программное обеспечение автоматизированной справочной системы

4) Руководство пользователя

5) Организационно-экономическая часть

6) Безопасность и экологичность

7) 8 демонстрационных плакатов


4. План выполнения  дипломной работы

с   «01»    сентября    2011 г.    по  «28»    декабря     2011 г.

Название элементов проектной работы

%

Сроки

%

выполн.

Подпись рук.,

консульт.

Постановка задачи, поиск и сбор информации

10

7.09.11

10

Сергеев М.Ю.

Проектирование программной системы

15

6.10.11

25

Сергеев М.Ю.

Программирование

25

7.11.11

50

Сергеев М.Ю.

Отладка и тестирование

20

20.11.11

70

Сергеев М.Ю.

Организационно-экономическая часть

10

10.12.11

80

Наролина Т.С.

Безопасность и экологичность

10

20.12.11

90

Мозговой Н.В.

Разработка графической части

10

28.12.11

100

Сергеев М.Ю.

Руководитель дипломной работы

                                                                     Сергеев Михаил Юрьевич…...

             (подпись)                                                                                      (фамилия, имя, отчество)

5. Дипломная работа закончен (а)

«28»  декабря  2011 г._________________________________________________

                                                                                                                    (подпись дипломника)

6. Пояснительная записка и все материалы просмотрены

Оценка руководителя__________________________________________________

Консультанты:                                             Наролина Татьяна Станиславовна

                                        (подпись)                                                            (фамилия, имя, отчество)

                                                                      Мозговой Николай Васильевич………

                                        (подпись)                                                            (фамилия, имя, отчество)

____________________________________________________________________

                                        (подпись)                                                            (фамилия, имя, отчество)

____________________________________________________________________

                                        (подпись)                                                            (фамилия, имя, отчество)

____________________________________________________________________

                                        (подпись)                                                            (фамилия, имя, отчество)

7. Допустить дипломника                                            Д.В. Михайлову

                                                                                                                    (инициалы, фамилия)

к защите дипломного проекта, дипломной работы в Государственной аттестационной комиссии (протокол заседания кафедры №       от «_____»_______________________г.)

8. Назначить защиту на   «     »    января     2012 г.

Заведующий кафедрой                                                                   С.Л. Подвальный                                                                  

                                                            (подпись)                                                                           (инициалы, фамилия)

Декан факультета                                                                             В.Л. Бурковский

                                                            (подпись)                                                                           (инициалы, фамилия)


Реферат

Пояснительная записка – 108 страниц, 32 таблиц, 27 рисунков, 18 источников.

Ключевые слова – многомерная оптимизация, база данных, справочная система, методическое обеспечение.

Объект исследования и разработки – программа, предназначенная для формирования информационного обеспечения по методам многомерной оптимизации для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Методы оптимизации» и «Нелинейное программирование».

Целью данной дипломной работы является разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации.

Метод исследования и аппаратура - персональный компьютер с операционной системой Windows XP, среда разработки Delphi 7.

Полученные результаты и их новизна – программа «Справочная система по методам многомерной оптимизации», предназначенная для взаимодействия с базой данных и осуществляющая весь необходимый набор операций с учебно-методическим обеспечением.

Основные конструктивные, технологические и технолого-эксплуатационные характеристики  – ПК (IBM-совместимый), класс компьютера – не ниже Pentium 4, ОЗУ 512 Mb, требуемая операционная система - MS Windows XP/Vista/7, СУБД MS Access 2003 и выше.

Степень внедрения – программа находится в опытной эксплуатации на кафедре АВС.

Область применения – предназначена для помощи студентам при выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Нелинейное программирование» и «Методы оптимизации».


Содержание

[1] ЗАДАНИЕ

[2]
Реферат

[3]
1 Проблемы разработки информационной системы по методам многомерной оптимизации

[3.1] 1.1 Понятие оптимизации и ее методы

[3.2] 1.2 Классификация современных информационных систем

[3.3] 1.3 Постановка задачи

[4]
2 Выбор инструментария разработки автоматизированной справочной системы

[4.1] 2.1 Современные средства разработки баз данных

[4.2] 2.2 Средства разработки программных приложений

[5]
3 Информационное и программное обеспечение автоматизированной справочной системы

[5.1] 3.1 Структура информационного обеспечения автоматизированной справочной системы

[5.2] 3.2 Программное обеспечение автоматизированной справочной системы

[6]
4 Руководство пользователя

[6.1] 4.1 Технические условия работы и запуск программы

[6.2] 4.2 Запуск программы

[6.3] 4.3 Формы для ввода данных

[6.3.1] 4.3.1 Форма «Классы»

[6.3.2] 4.3.2 Форма «Методы»

[6.3.3] 4.3.3 Форма «Алгоритм»

[6.3.4] 4.3.4 Форма «Лабораторные работы»

[6.3.5] 4.3.5 Форма «Варианты – ЛР»

[6.3.6] 4.3.6 Форма «Методы – ЛР»

[6.4] 4.4 Просмотр данных

[6.5] 4.5 Поиск данных

[6.6] 4.6 Смена пароля и просмотр справки

[6.7] 4.7 Завершение работы программы

[7]
5 Организационно-экономическая часть

[7.1] 5.1 Обоснование необходимости и актуальности разработки программного продукта «Автоматизированная справочная система по методам многомерной оптимизации»

[7.2] 5.2 Определение трудоемкости разработки программного средства

[7.3] 5.3 Определение состава исполнителей

[7.4] 5.4 Расчет стоимости разработки программного продукта

[7.5] 5.5 Расчет трудоемкости сопровождения ПС

[7.6] 5.6 Определение стоимости сопровождения ПС

[7.7] 5.7 Планирование цены ПС и прогнозирование прибыли

[7.8] 5.8 Анализ конкурентоспособности и качества разрабатываемого программного средства

[7.8.1] 5.8.1 Анализ технической прогрессивности  разрабатываемого программного продукта

[7.8.2] 5.8.2 Анализ изменения функциональных возможностей разрабатываемого программного продукта

[7.8.3] 5.8.3 Анализ соответствия разрабатываемого программного продукта нормативам

[7.8.4] 5.8.4 Анализ экономических параметров ПС

[7.8.5] 5.8.5 Оценка конкурентоспособности программного продукта

[7.9] 5.9 Анализ технико-экономических показателей разработки и эксплуатации ПС

[8]
6 Безопасность и экологичность

[8.1] 6.1 Безопасность

[8.1.1] 6.1.1 Анализ условий труда

[8.1.2] 6.1.2 Действие опасных и вредных факторов на человека.

[8.1.3] 6.1.3 Обеспечение пожарной безопасности

[8.2] 6.2 Экологичность

[9]
Заключение

[10]
Список литературы


Введение

В настоящее время в составе учебных курсов специальностей и направлений высшего образования, связанных с информатикой и вычислительной техникой, существует достаточно много дисциплин, сочетающих в себе как элементы математики, так и программирования.

Примерами таких дисциплин являются «Нелинейное программирование» в учебном плане специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и «Методы оптимизации» в учебном плане аналогичного профиля бакалавриата.

Один из наиболее сложных и важных разделов данных дисциплин посвящен описанию методов поиска экстремума (минимума или максимума) функции нескольких переменных в некоторой области – многомерной оптимизации. Особую трудность в изучении представляет собой оптимизация нелинейных функций, методы которой отличаются достаточно объемными и разветвленными алгоритмами.

В ходе учебного курса студентам следует ознакомиться с методами оптимизации на нескольких уровнях:

– словесное и математическое описание метода многомерной оптимизации;

– алгоритм метода многомерной оптимизации в виде последовательности вычислительных процедур;

– программная реализация метода.

Задачей студента, в данном случае, будет являться написание программы, на основе учебно-методической информации (описание метода оптимизации и его алгоритм), которую он получает на лекционных и практических занятиях. Данная информация характеризуется, с одной стороны, большим объемом и сложностью, но, с другой стороны – хорошей структурированностью. Таким образом, требуется создание специальной системы, позволяющей хранить учебно-методическую информацию, необходимую для изучения студентами методов многомерной оптимизации.

Целью данной дипломной работы является разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации.

Реализация поставленной цели предполагает решение следующих задач:

– проектирование структуры базы данных, содержащей всю необходимую информацию для подробного описания методов многомерной оптимизации;

– выбор СУБД и инструментария разработки приложения, взаимодействующего с базой данных;

– разработка информационного обеспечения, предназначенного для хранения в базе данных;

– разработка алгоритма работы приложения, структуры приложения и его пользовательского интерфейса;

– реализация базы данных и приложения;

– опытная эксплуатация созданного программного обеспечения.


1 Проблемы разработки информационной системы по методам многомерной оптимизации

1.1 Понятие оптимизации и ее методы

Математическая модель – это приближённое описание какого-либо класса явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики []. Математическая модель – мощный метод познания внешнего мира, а также прогнозирования и управления. Анализ математической модели позволяет проникнуть в сущность изучаемых явлений.

Для работы с математическими моделями необходимо познакомиться с терминами и определениями. В своей основе каждая математическая модель имеет целевую функцию, которая описывает функционирование реального объекта, процесса или явления. В зависимости от исследуемого (моделируемого) объекта, явления или процесса целевая функция может быть представлена одной функциональной зависимостью, системой уравнений (линейных, нелинейных, дифференциальных и т.д.), набором статистических данных и т. д. При работе с целевой функцией исследователь воздействует на нее через набор входных параметров (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Обобщенная схема математической модели

Реакция математической модели (целевой функции) на набор входных воздействий (вектор входных параметров) называется решением (вектор выходных параметров).

Так как исследователь может подавать на математическую модель множество наборов входных параметров, то в его распоряжении будет находиться множество решений. Лучшее, по заранее оговоренным признакам, решение называется оптимальным. При работе с математическими моделями необходимо построить кратчайший алгоритм по поиску оптимального решения, т. е. набор входных параметров задается по определенному плану (алгоритму).

В большинстве исследуемых математических моделей не удается указать единственное оптимальное решение по многим причинам []:

– единственное глобальное оптимальное решение может быть найдено при отсутствии ограничений на значения входных параметров, чего на практике не бывает;

– для поиска глобального оптимального решения необходимо выполнить большой объем вычислений и, следовательно, затратить много машинного времени, что тоже невозможно;

– глобальное оптимальное решение отсутствует и можно говорить о нескольких одинаковых локальных решениях;

– локальных оптимальных решений множество, в этом случае говорят об области допустимых решений, которую иногда называют областью Парето.

При работе с математическими моделями надо иметь в виду, что оптимальное решение может быть представлено как одним значением, так и набором значений (вектором).

Кроме набора входных параметров и одного (или нескольких) значения оптимального решения исследователю приходится иметь дело с ограничениями на значения входных параметров (или просто ограничениями). Ограничения могут быть заданы в виде равенств или неравенств и описаны как линейными зависимостями, так и нелинейными.

По способу реализации математические модели можно разделить следующим образом [].

1. Линейное программирование.

Математическая модель целиком (целевая функция и ограничения) описывается уравнениями первого порядка. Линейное программирование включает в себя несколько методов решения (задач):

– симплексный;

– графический;

– транспортная задача;

– целочисленное программирование.

2. Нелинейное программирование.

Целевая функция и ограничения, составляющие математическую модель, содержат хотя бы одно нелинейное уравнение (уравнение второго порядка и выше). Нелинейное программирование содержит несколько методов решения (задач):

– графический;

– методы прямого поиска;

– регулярного симплекса;

– деформируемого многогранника (Нелдера – Мида);

– градиентный.

3. Динамическое программирование.

Ориентировано на решение задач прокладки магистралей кратчайшим путем и перераспределения различных видов ресурсов.

4. Сетевое планирование.

Решает проблему построения графика выполнения работ, распределения производственных, финансовых и трудовых ресурсов.

5. Принятие решений и элементы планирования. В этом случае в качестве целевой функции выступает набор статистических данных или некоторые данные прогноза. Решением задачи являются рекомендации о способах поведения (стратегии).

Более подробно рассмотрим один из способов реализации математической модели – нелинейное программирование.

Задача нелинейного программирования формулируется аналогично задаче линейного программирования.

Общая формулировка задачи будет звучать следующим образом: определить, при каких значениях входных параметров x1, x2,.., xn  целевая функция L достигает своего экстремума (максимума или минимума), причем на значения входных параметров наложены ограничения:

                                     (1.1)

                                 (1.2)

                                  (1.3)

где: hi – ограничения на входные параметры в виде равенств;

gi – ограничения на входные параметры в виде неравенств;

xi – входные параметры (переменные);

bi – коэффициенты, задающие ограничения на значения входных параметров.

Не существует единого подхода при решении задач нелинейного программирования. Для некоторых типов задач нелинейного программирования созданы свои методы – метод множителей Лагранжа, метод деформированного многогранника, метод скользящего допуска, квадратичное и выпуклое программирование, градиентные методы и т. д.

Условно все задачи нелинейного программирования можно разделить на три типа [].

1. Задачи с нелинейной целевой функцией и линейной системой ограничений. Для этого типа задач разработано наибольшее количество методов, хотя экстремум может быть найден далеко не для всех видов целевой функции.

2. Задачи с линейной целевой функцией и системой нелинейных ограничений.

3. Задачи с нелинейной целевой функцией и системой нелинейных ограничений.

Особенностью поиска экстремума в задачах нелинейного программирования является то, что решение может находиться как в вершинах области допустимых решений (ОДР), так и на ребрах и даже внутри ОДР. Серьезную трудность при решении этих задач представляет наличие нескольких локальных экстремумов внутри или на границе ОДР. Как правило, ограничиваются поиском первого локального экстремума, и лишь некоторые методы позволяют вычислить все локальные экстремумы внутри ОДР и среди них определить глобальный экстремум. В данном случае под глобальным экстремумом понимают наилучший (в некотором смысле) среди найденных локальных экстремумов. В специальную группу выделены методы, позволяющие найти экстремум на границе (ребре) ОДР.

Задачи линейного и целочисленного программирования можно рассматривать как частный случай задачи нелинейного программирования.

При работе с нелинейными функциями надо ввести уточнения в некоторые определения, данные при описании задачи линейного программирования, и ввести новые определения.

Оптимальное решение. Под оптимальным решением следует понимать значения вектора входных параметров x=x1,x2,…,xn и соответствующее ему значение целевой функции L(x*), достигающее экстремального значения (минимума или максимума).

Под локальным оптимальным решением будем понимать значение целевой L(x*) функции, экстремальное (максимальное или минимальное) в некоторой -окрестности. Под глобальным оптимальным решением понимается экстремальное значение целевой функции L(x*) во всей области допустимых решений. При работе с методами нелинейного программирования для подтверждения нахождения глобального оптимального решения выполняют несколько вычислений при различных начальных значениях (точки старта алгоритма).

Вогнутость и выпуклость. Понятия выпуклости и вогнутости используются при доказательстве наличия глобального оптимального решения.

Выпуклость и вогнутость накладывают более жесткие требования на функцию нежели требование унимодальности. Мультимодальные функции не обладают свойствами выпуклости и вогнутости.

Поиск оптимального решения мультимодальной функции представляет большие трудности. Для выпуклых (или вогнутых) функций можно ввести несколько определений.

Множество точек n-мерного пространства, содержащее вместе с любыми двумя точками А и В и все точки отрезка АВ, называется выпуклым телом.

Если в сколь угодно малой окрестности точки А содержатся только точки данной области, то точка А называется внутренней точкой выпуклой (вогнутой) области.

Если в сколь угодно малой окрестности точки А содержится часть точек, которые принадлежат области, а часть точек не принадлежит области, то такая точка А называется граничной точкой выпуклой (вогнутой) области.

Если точка А является граничной точкой выпуклой (вогнутой) области и не лежит внутри отрезка, соединяющего две другие точки выпуклой (вогнутой) области, то такая точка А называется угловой точкой выпуклой (вогнутой) области.

Выпуклая (вогнутая) область называется замкнутой, если она включает в себя все граничные точки.

Если радиус-вектор х, соединяющий начало координат с любой точкой выпуклой (вогнутой) области, всегда меньше некоторого заданного числа Q, большего нуля, то такая выпуклая (вогнутая) область называется ограниченной. Если такое число 0 указать нельзя, то выпуклая (вогнутая) область называется неограниченной.

Если выпуклая (вогнутая) замкнутая ограниченная область имеет конечное число угловых точек, то эта выпуклая (вогнутая) область называется n-мерным многогранником.

Допустимость. Любой вектор  входных параметров, удовлетворяющий условиям ограничений, заданных в виде равенств или неравенств, называется допустимым вектором (допустимой точкой). Множество допустимых точек задает область допустимых решений. Если наилучшее решение (но не экстремальное) находится на границе ОДР, то такое решение называется условно-оптимальным.

Ограничение в виде неравенства обеспечивает нахождение вектора входных параметров внутри ОДР. Ограничение в виде равенства обеспечивает нахождение вектора входных параметров на пересечении гиперповерхностей. Допустимые (или внутренние) точки (векторы входных параметров) могут находиться внутри ОДР, внутри ОДР на пересечении гиперплоскостей, на границе ОДР. Точки, лежащие за пределами ОДР, называются недопустимыми или внешними.

Связывающим (активным) неравенством называется такое, которое для заданного х превращается в равенство. Область допустимых решений может быть односвязной и многосвязной.

В большинстве практических задач ОДР является односвязной. При поиске оптимального решения вектор входных параметров может выходить за границы ОДР. Некоторые методы снабжены процедурами по возврату вектора входных параметров на границу или внутрь ОДР (метод скользящего допуска и др.) [].

Оптимизация – процесс нахождения экстремума (глобального максимума или минимума) определённой функции или выбора наилучшего (оптимального) варианта из множества возможных. Наиболее надёжным способом нахождения наилучшего варианта является сравнительная оценка всех возможных вариантов (альтернатив). Если число альтернатив велико, при поиске наилучшей обычно используют методы математического программирования. Применить эти методы можно, если есть строгая постановка задачи: задан набор переменных, установлена область их возможного изменения (заданы ограничения) и определён вид целевой функции (функции, экстремум которой нужно найти) от этих переменных. Последняя представляет собой количественную меру (критерий) оценки степени достижения поставленной цели. В динамических задачах, когда ограничения, наложенные на переменные, зависят от времени, для нахождения наилучшего варианта действий используют методы оптимального управления и динамического программирования.

Таким образом, практическая реализация методов оптимизации является достаточно непростой задачей. Изучение данных методов рамках учебных курсов высшего образования требует разработки сравнительного объемного и сложного учебно-методического материала, который желательно организовать в виде автоматизированной информационной справочной системы.

1.2 Классификация современных информационных систем

Информационные системы могут значительно различаться по типам объектов, характером и объемом решаемых задач и рядом других признаков.

Согласно общепринятой классификации ИС – информационные системы подразделяются []:

– по масштабам применения – настольные и офисные;

– по признаку структурированности задач – структурированные (формализуемые), не структурируемые (не формализуемые), частично структурируемые. Частично-структурированные делятся на: ИС репортинга и ИС разработки альтернативных решений (модельные, экспертные). Экспертные в свою очередь делятся на централизованные, децентрализованные и коллективного использования, с интеграцией по уровням управления, по уровням планирования и т.д.

– по функциональному признаку – производственные, маркетинговые, финансовые, кадровые;

– по квалификации персонала и уровням управления – стратегические, функциональные и оперативные;

– по характеру обработки информации: системы обработки данных, системы управления, система поддержки принятия решений;

– по оперативности обработки данных – пакетной обработки и оперативные;

– по степени автоматизации – ручные, автоматические, автоматизированные

– по характеру использования информации  на информационно-поисковые, информационно-справочные, информационно-решающие, управляющие, советующие и т.п.;

– по степени централизации обработки информации  на централизованные, децентрализованные, информационные системы коллективного использования;

– по характеру использования вычислительных ресурсов – на локальные и распределенные;

– по сфере деятельности на государственные, территориальные (региональные), отраслевые, объединений, предприятий или учреждений, технологических процессов;

– по классу реализуемых технологических операций – на системы с текстовыми редакторами, системы с табличными редакторами, СУБД, СУБЗ, системы с графикой, мультимедиа, гипертекстом;

– по месту в процессе управления предприятия – на АРМ специалиста, ИС руководителя, ИС внешнего контролера, интегрированные системы, объединяющие в себе часть или все из этих функций

– по концепции построения – файловые, автоматизированные банки данных, банки знаний;

– по режиму работы – на пакетные, диалоговые и смешанные.

Параллельно с развитием аппаратной части ИС на протяжении последних лет происходит постоянный поиск новых, более удобных и универсальных, методов программно-технологической реализации информационных систем. Можно выделить три наиболее существенных новшества, оказавших влияние на развитие ИС в последние годы [].

1. Новый подход к программированию. С начала 90-х годов объектно-ориентированное программирование фактически вытеснило модульное; до настоящего времени непрерывно совершенствуются методы построения объектных моделей. Благодаря внедрению объектно-ориентированных технологий программирования существенно сокращаются сроки сложных информационных систем, упрощаются их поддержка и развитие.

2. Благодаря развитию сетевых технологий локальные ИС повсеместно вытесняются клиент-серверными и многоуровневыми реализациями.

3. Развитие Интернета расширило возможности работы с удаленными подразделениями, открыло широкие перспективы электронной коммерции, обслуживание покупателей через Интернет и многое другое. Более того, определенные преимущества дает использование Интернет-технологий во внутренних сетях предприятий.

Для групповых и корпоративных систем существенно повышаются требования к надежности функционирования и сохранности данных.

Особый интерес в рамках дипломного проекта представляет применение инофрмационных систем в образовательной деятельности, в частности, при разработке электронных изданий и электронных учебных курсов.

Электронное издание (ЭИ) представляет собой совокупность графической, текстовой, цифровой, речевой, музыкальной, видео-, фото- и другой информации. В одном электронном издании могут быть выделены информационные (или информационно-справочные) источники, инструменты создания и обработки информации, управляющие структуры. Электронное издание может быть исполнено на любом электронном носителе, а также опубликовано в электронной компьютерной сети [].

Основными видами компьютерных средств учебного назначения, которые могут рассматриваться как компоненты ЭСО или ОЭИ, являются []:

– сервисные программные средства общего назначения,

– программные средства для контроля и измерения уровня знаний, умений и навыков обучающихся,

– электронные тренажеры,

– программные средства для математического и имитационного моделирования,

– программные средства лабораторий удаленного доступа и виртуальных лабораторий,

– информационно-поисковые справочные системы,

– автоматизированные обучающие системы (АОС),

– электронные учебники (ЭУ),

– экспертные обучающие системы (ЭОС),

– интеллектуальные обучающие системы (ИОС),

– средства автоматизации профессиональной деятельности (промышленные системы или их учебные аналоги).

Разрабатываемая автоматизированная система относится к классу информационно-поисковых.

Информационно-поисковые справочные программные системы предназначены для ввода, хранения и предъявления педагогам и обучаемым разнообразной информации. К числу подобных систем могут быть отнесены различные гипертекстовые и гипермедиа программы, обеспечивающие иерархическую организацию материала и быстрый поиск информации по тем или иным признакам. Большое распространение получили также всевозможные базы данных. Системы управления базами данных обеспечивают возможность поиска и сортировки информации. Базы данных могут использоваться в учебном процессе для организации предъявления содержания учебного материала и его анализа. Учебные базы данных рекомендуются для самостоятельной работы учащихся с целью поиска и анализа необходимой информации.

Использование ЭСО в образовательном процессе дает педагогам дополнительные дидактические возможности []:

– обратную связь между пользователем и ЭСО, что позволяет обеспечить интерактивный диалог;

– компьютерную визуализацию учебной информации, предполагающую реализацию возможностей современных средств визуализации объектов, процессов, явлений (как реальных, так и виртуальных), а также их моделей, представление их в динамике;

– компьютерное моделирование изучаемых объектов, явлений, процессов;

– автоматизацию процессов вычислительной и информационно-поисковой деятельности;

– автоматизацию процессов управления учебной деятельностью и контроля за результатами усвоения материала.

1.3 Постановка задачи

Целью данной дипломной работы – разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации. Данная система будет состоять из двух частей: реляционной базы данных и приложения для работы с ней.

База данных должна хранить в себе следующую информацию:

– теоретическое описание различных методов оптимизации;

– представление алгоритмов методов оптимизации в текстовом и графическом виде;

– примеры программ, реализующие различные методы оптимизации;

– варианты заданий на лабораторные работы.

Разрабатываемое приложение должно обеспечить:

– ввод и коррекцию данных о методах многомерной оптимизации;

– просмотр данных в удобной для пользователя форме;

– поиск данных;

– запуск и выполнение тестовых примеров программ.


2 Выбор инструментария разработки автоматизированной справочной системы

2.1 Современные средства разработки баз данных

База данных (БД) в строгом смысле слова представляет собой совокупность взаимосвязанных файлов данных определенной организации. БД, как правило, включает целый ряд файлов, но может состоять и из единственного файла. Данные, составляющие БД, отражают характеристики объектов и их отношений в соответствующей прикладной области. Каждый файл, входящий в БД, содержит определенное число записей (изменяемое в процессе функционирования БД), отражающих ту или иную сторону (это определение таблицы, а не файла БД) предметной области, на которую ориентирована БД.

Основные функции СУБД []:

– управление данными во внешней памяти (на дисках);

– управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;

журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

– поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

– ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти, и журнализацию;

– процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода;

– подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД;

– сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

Существует следующая классификация СУБД [].

По степени распределённости:

– локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)

– распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД:

– файл-серверные;

– клиент-серверные;

– встраиваемые.

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость централизованного управления; затруднённость обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД.

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

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, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

Встраиваемая СУБД – СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. 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. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы [].

Рассмотрим ряд популярных СУБД, использующихся для создания реляционных баз данных.

Interbase

База данных Borland Interbase построена на версионной архитектуре хранения данных. Этот подход обладает рядом преимуществ перед блокировочными СУБД:

– для восстановления баз данных Interbase после системного сбоя, нет необходимости поддержки лога транзакций.

– клиенты, читающие данные никогда не блокируют клиентов, осуществляющих запись данных.

Преимущества сервера Interbase

Сервер Interbase – это кроссплатформенная СУБД, поддерживающая большинство операционных систем: Windows, Linux, Unix, Solaris, Mac OS и т.д.

Interbase обладает целым рядом преимуществ, выгодно отличающих его от остальных СУБД:

– обновляемые представления View;

– двухфазное подтверждение транзакций;

– эффективный механизм триггеров;

– серверная обработка BLOB-полей (BLOB-filters);

– события (уведомления);

 Шифрование сетевого трафика, базы данных, файлов резервной копии базы и отдельных столбцов БД.

Сервер InterBase реализует архитектуру множественных поколений записей (MGA – Multi-Generational Architecture). MGA обеспечивает уникальные возможности использования версий, что ведет к высокой степени доступности данных как для пользователей, работающих с транзакциями, так и для пользователей, использующих приложения поддержки принятия решений. Механизм MGA в InterBase хорошо работает при оперативной обработке коротких транзакций (OLTP – On-Line Transaction Processing) и является уникальным для крупномасштабных реальных приложений, превосходя другие базы данных в области параллельного исполнения длительных транзакций для поддержки принятия решений. Механизм версий устраняет необходимость блокировки записей, к которым осуществляется доступ по чтению во время транзакции, делая их свободными от конфликтов доступа – доступ по чтению никогда не блокирует доступ по записи. В отличие от других баз данных, InterBase обеспечивает своевременные, устойчиво воспроизводимые результаты для каждого запроса без специального программирования. В результате достигается максимальная пропускная способность для всех пользовательских транзакций [].

Access

Приложение Miсrоsоft Ассеss – это настольная система управления реляционными базами данных (СУБД), предназначенная для работы на автономном персональном компьютере (ПК) или локальной вычислительной сети.

СУБД Access входит в состав широко распространенного семейства офисных приложений Microsoft Office. Microsoft Access на сегодняшний день является одним из самых распространенных настольных приложений для работы с базами данных. Это связано с тем, что Access обладает очень широким диапазоном средств для ввода, анализа и представления данных. Эти средства являются не только простыми и удобными, но и высокопродуктивными, что обеспечивает высокую скорость разработки приложений. Изначально Access имела ряд уникальных возможностей, таких как умение сводить воедино информацию из самых разных источников (электронных таблиц, текстовых файлов, других баз данных), представление данных в удобном для пользователя виде с помощью таблиц, диаграмм, отчетов, интеграция с другими компонентами Microsoft Office[] .

СУБД Miсrоsоft Ассеss обладает мощными, удобными и гибкими средствами визуального проектирования объектов с помощью Мастеров, что позволяет пользователю при минимальной предварительной подготовке довольно быстро создать полноценную информационную систему на уровне таблиц, запросов, форм и отчетов.

К основным возможностям СУБД Miсrоsоft Ассеss можно отнести следующие:

– проектирование базовых объектов – двумерные таблицы с полями разных типов данных.

– создание связей между таблицами, с поддержкой целостности данных, каскадного обновления полей и каскадного удаления записей.

– ввод, хранение, просмотр, сортировка, изменение и выборка данных из таблиц с использованием различных средств контроля информации, индексирования таблиц и аппарата алгебры логики.

– создание, модификация и использование производных объектов (запросов, форм и отчетов).

В отличие от других настольных СУБД, Access хранит все данные в одном файле, хотя и распределяет их по разным таблицам. Самым важным правилом, которое необходимо соблюдать, является то, что в базе данных нужно хранить только необходимую информацию, и при этом все данные должны храниться только в одном месте [].

Microsoft SQL Server

Microsoft SQL Server – система управления реляционными базами данных (СУБД), разработанная корпорацией Microsoft. Основной используемый язык запросов – Transact-SQL, создан совместно Microsoft и Sybase. Transact-SQL является реализацией стандарта ANSI/ISO по структурированному языку запросов (SQL) с расширениями. Используется для работы с базами данных размером от персональных до крупных баз данных масштаба предприятия; конкурирует с другими СУБД в этом сегменте рынка.

Сервер баз данных Microsoft SQL Server в качестве языка запросов использует версию языка SQL, получившую название Transact-SQL (сокращённо T-SQL). Язык T-SQL является реализацией SQL-92 (стандарт ISO для языка SQL) с множественными расширениями. T-SQL позволяет использовать дополнительный синтаксис для хранимых процедур и обеспечивает поддержку транзакций (взаимодействие базы данных с управляющим приложением).

При взаимодействии с сетью Microsoft SQL Server и Sybase ASE используют протокол уровня приложения под названием Tabular Data Stream (TDS, протокол передачи табличных данных). Протокол TDS также был реализован в проекте FreeTDS с целью обеспечить различным приложениям возможность взаимодействия с базами данных Microsoft SQL Server и Sybase.

Для обеспечения доступа к данным Microsoft SQL Server поддерживает Open Database Connectivity (ODBC) – интерфейс взаимодействия приложений с СУБД.

Также SQL Server поддерживает зеркалирование и кластеризацию баз данных. Кластер сервера SQL – это совокупность одинаково конфигурированных серверов; такая схема помогает распределить рабочую нагрузку между несколькими серверами. Все сервера имеют одно виртуальное имя, и данные распределяются по IP-адресам машин кластера в течение рабочего цикла. Также в случае отказа или сбоя на одном из серверов кластера доступен автоматический перенос нагрузки на другой сервер.

SQL Server поддерживает избыточное дублирование данных по трем сценариям []:

– снимок: производится «снимок» базы данных, который сервер отправляет получателям;

– история изменений: все изменения базы данных непрерывно передаются пользователям;

– синхронизация с другими серверами: Базы данных нескольких серверов синхронизируются между собой. Изменения всех баз данных происходят независимо друг от друга на каждом сервере, а при синхронизации происходит сверка данных. Данный тип дублирования предусматривает возможность разрешения противоречий между БД.

Для разработки базы данных информационной системы была выбрана СУБД MS Access. Выбор, исходя из следующих соображений:

– данная СУБД легко и быстро позволяет создать реляционную базу данных с требуемой для реализации информационной системы структурой таблиц;

– в многих средах программирования есть отлаженные и эффективные механизмы взаимодействия с данной СУБД;

– информационную систему, ядром которой является база данных, созданная средствами Access, можно легко установить и настроить практически в любой учебной лаборатории целевого вуза.

2.2 Средства разработки программных приложений

На сегодняшний день в мире существует огромное количество различных инструментальных средств для создания ПО.

В перегруженном информацией обществе сложно найти область деятельности человека, в которой бы не использовались средства вычислительной техники. За несколько десятилетий эволюции аппаратное обеспечение достигло небывалого прогресса – та вычислительная мощь, которую десять-пятнадцать лет назад могли позволить себе приобрести лишь немногие научные учреждения, и обслуживание которой требовало целого штата специалистов, сегодня доступна практически каждому инженеру. Однако невозможно использовать эти вычислительные мощности без программного обеспечения.

В рамках данного дипломного проекта требуется разработать приложение, взаимодействующее с реляционной базой данных. Рассмотрим несколько программных средств, которые можно использовать для создания подобного приложения [].

Visual Basic for Applications (VBA, Visual Basic для приложений) – немного упрощённая реализация языка программирования Visual Basic, встроенная в линейку продуктов Microsoft Office (включая версии для Mac OS), а также во многие другие программные пакеты, такие как AutoCAD, SolidWorks, CorelDRAW, WordPerfect и ESRI ArcGIS. VBA покрывает и расширяет функциональность ранее использовавшихся специализированных макро-языков, таких как WordBasic.

VBA является интерпретируемым языком. Как и следует из его названия, VBA близок к Visual Basic. VBA, будучи языком, построенным на COM, позволяет использовать все доступные в операционной системе COM объекты и компоненты ActiveX.

К достоинствам языка можно отнести сравнительную лёгкость освоения, благодаря которой приложения могут создавать даже пользователи, не программирующие профессионально. К особенностям VBA можно отнести выполнение скрипта именно в среде офисных приложений.

Недостатком являются проблемы с обратной совместимостью разных версий. Эти проблемы в основном связаны только с тем, что код программы обращается к функциональным возможностям, появившимся в новый версии программного продукта, которые отсутствуют в старой. Также к недостаткам часто относят и слишком высокую открытость кода для случайного изменения, тем не менее, многие программные продукты позволяют пользователю использовать шифрование исходного кода и установку пароля на его просмотр [].

Microsoft Visual Studio – это интегрированная среда разработки, в которой разработчики могут создавать программы для .NET Framework на одном из нескольких языков, включая Visual C# [].

Visual C# – это типизированный, объектно-ориентированный, простой и в то же время мощный язык программирования, который позволяет разработчикам создавать многофункциональные приложения. При использовании возможностей .NET Framework Visual C# 2008 позволяет создавать приложения Windows, веб-службы, инструменты, компоненты и элементы управления баз данных.

Основные достоинства интегрированной среды разработки Visual Studio [].

1. Средства Visual Studio поддерживают компонентную объектную модель (COM), компонент, разработанный на одном из языков программирования, становится доступным из всех средств, включенных в состав Visual Studio.

2. Создание Windows DNA-приложений, включая средства для многопользовательского дизайна приложений, разработки пользовательских интерфейсов, компонентов для среднего звена (middle-tier), программирования и дизайна баз данных, анализа производительности, поддержки коллективной разработки.

3. Средства разработки баз данных и инструментов проектирования на основе технологии универсального доступа к данным (Universal Data Access) корпорации Майкрософт.

Delphi – среда программирования, в которой используется язык Object Pascal. Начиная со среды разработки Delphi 7.0, в официальных документах Borland стала использовать название Delphi для обозначения языка Object Pascal. Начиная с 2007 года уже язык Delphi (производный от Object Pascal) начал жить своей самостоятельной жизнью и претерпевал различные изменения связанные с современными тенденциями (например, с развитием платформы .net) развития языков программирования: появились class helpers, перегрузки операторов.

Borland Delphi представляет собой средство разработки приложений для Microsoft Windows. Delphi является мощным и простым в использовании инструментом для создания автономных программ, обладающих графическим интерфейсом, или 32-битных консольных приложений (программ, которые не имеют графического интерфейса).

Delphi является первым языком программирования, обладающим простой в использовании средой для быстрой разработки приложений, разрушающей барьеры между языками высокого уровня, и языками, на низком уровне разговаривающими с системой на языке битов и байтов.

Delphi поставляется в различных конфигурациях, настроенных на потребности различных предприятий. Delphi дает возможность писать программы для Windows быстрее и легче, чем это было возможно раньше [].

Одним из самых важных достоинств Delphi является наличие большого количества инструментов для работы с базами данных. Delphi позволяет организовать взаимодействие с базами данных с помощью трех основных технологий: BDE, Interbase и ADO. Особое внимание следует уделить последней из них.

Технология ADO и интерфейсы OLE DB обеспечивают для приложений единый способ доступа к источникам данных различных типов (рисунок 2.1). Например, приложение, использующее ADO, может применять одинаково сложные операции и к данным, хранящимся на корпоративном сервере SQL, и к электронным таблицам, и локальным СУБД. Запрос SQL, направленный любому источнику данных через ADO, будет выполнен.

Рисунок 2.1 – Схема доступа к данным через ADO

Обработка запросов SQL – это основная обязанность серверов БД. Файловые последовательности, электронные таблицы, файлы электронной почты обрабатывают с помощью механизмов ADO и интерфейсов OLE DB.

OLE DB представляет собой набор специализированных объектов СОМ, инкапсулирующих стандартные функции обработки данных, и специализированные функции конкретных источников данных и интерфейсов, обеспечивающих передачу данных между объектами.

Согласно терминологии ADO, любой источник данных (база данных, электронная таблица, файл) называется хранилищем данных, с которым при помощи провайдера данных взаимодействует приложение. Минимальный набор компонентов приложения может включать объект соединения, объект набора данных, объект процессора запросов.

Объекты OLE DB создаются и функционируют так же, как и другие объекты СОМ. Каждому объекту соответствует идентификатор класса CLSID, хранящийся в системном реестре. Для создания объекта используется метод CoCreateinstance и соответствующая фабрика класса. Объекту соответствует набор интерфейсов, к методам которых можно обращаться после создания объекта.

В результате приложение обращается не прямо к источнику данных, а к объекту OLE DB, который «умеет» представить данные (например, из файла электронной почты) в виде таблицы БД или результата выполнения запроса SQL.

Технология ADO в целом включает в себя не только сами объекты OLE DB, но и механизмы, обеспечивающие взаимодействие объектов с данными и приложениями. На этом уровне важнейшую роль играют провайдеры ADO, координирующие работу приложений с хранилищами данных различных типов.

Такая архитектура позволяет сделать набор объектов и интерфейсов открытым и расширяемым. Набор объектов и соответствующий провайдер может быть создан для любого хранилища данных без внесения изменений в исходную структуру ADO. При этом существенно расширяется само понятие данных – ведь можно разработать набор объектов и интерфейсов и для нетрадиционных табличных данных. Например, это могут быть графические данные геоинформационных систем, древовидные структуры из системных реестров, данные CASE-инструментов и т. д.

Так как технология ADO основана на стандартных интерфейсах СОМ, которые являются системным механизмом Windows, это сокращает общий объем работающего программного кода и позволяет распространять приложения БД без вспомогательных программ и библиотек [].

Учитывая все вышеизложенное, выбор среды программирования Delphi является наилучшим решением. При разработке программного приложения следует воспользоваться технологий ADO, позволяющей легко организовать взаимодействие с базой данных как с точки зрения программиста, так и с точки зрения пользователя.


3 Информационное и программное обеспечение автоматизированной справочной системы

3.1 Структура информационного обеспечения автоматизированной справочной системы

Главная задача данной дипломной работы – разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации. Основой этой системы является реляционная база данных, в качестве средства разработки которой выбрана СУБД Microsoft Access. Для работы с базой данных будет разработано специальное приложение в среде Borland Delphi.

Предварительная структура базы данных включает следующие таблицы:

– «Классы»;

– «Методы»;

– «Алгоритмы»;

– «Лабораторные работы»;

– «Варианты лабораторной работы»;

– «Методы лабораторной работы».

Таблица Class («Классы») содержит общую информацию о классах оптимизации. Ее структура представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Структура таблицы Class («Классы»)

Имя поля

Тип данных

Размер поля

Примечание

Kod_classa

Числовой

Код класса, ключ

Name_classa

Текстовый

30

Название класса

Short_opisanie_classa

Текстовый

50

Краткое описание класса

Таблица Metod («Методы») содержит общую информацию о методах оптимизации. Ее структура представлена в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Структура таблицы Metod («Методы»)

Имя поля

Тип данных

Размер поля

Примечание

Kod_metoda

Числовой

Целое

Код метода, ключ

Name_metoda

Текстовый

30

Название метода

Kod_classa

Числовой

Целое

Код класса

Short_opisanie_metoda

Текстовый

30

Краткое описание класса

Full_opisanie_metoda

Текстовый

50

Ссылка на файл с полным описанием метода

Algoritm

Текстовый

30

Ссылка на файл с алгоритмом программы

Primer_program

Текстовый

30

Ссылка на файл с примером программы

Таблица Algoritm («Алгоритмы») содержит информацию об алгоритмах решения задач оптимизации. Ее структура представлена в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Структура таблицы Algoritm («Алгоритмы»)

Имя поля

Тип данных

Размер поля

Примечание

Kod_image

Счетчик

Код метода, ключ

Name_image

Текстовый

30

Название рисунка

Number

Числовой

Целое

Порядковый номер рисунка

Продолжение таблицы 3.3

Kod_metoda

Числовой

Целое

Код метода

Image

Текстовый

30

Ссылка на рисунок

Таблица LR («Лабораторные работы») содержит информацию о лабораторных работах (структура таблицы «Лабораторные работы» представлена в таблице 3.4).

Таблица 3.4 – Структура таблицы LR («Лабораторные работы»)

Имя поля

Тип данных

Размер поля

Примечание

Kod_LR

Числовой

Целое

Код лабораторной работы, ключ

Name_LR

Текстовый

30

Название лабораторной работы

Short_opisanie_LR

Числовой

Целое

Краткое описание

Full_opisanie_LR

Текстовый

50

Ссылка на полное описание лабораторной работы

Таблица Variant_LR («Варианты лабораторной работы») содержит информацию о вариантах лабораторных работ. Ее структура представлена в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Структура  таблицы   Variant_LR   («Варианты  лабораторных  работ»)

Имя поля

Тип данных

Размер поля

Примечание

Kod_varianta

Счетчик

Код варианта, ключ

Number_varianta

Числовой

Целое

Номер варианта

Продолжение таблицы 3.5

Kod_LR

Числовой

Целое

Код лабораторной работы

Short_opisanie_varianta

Текстовый

30

Ссылка на описание варианта

Таблица Metod_LR («Методы – Лабораторные работы») связывает между собой методы оптимизации и отдельные лабораторные работы. Ее структура представлена в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Структура   таблицы Metod_LR   («Методы  – Лабораторные  

работы»)

Имя поля

Тип данных

Размер поля

Примечание

Kod_metoda

Числовой

Целое

Код метода, ключ

Kod_LR

Числовой

Целое

Код лабораторной работы, ключ

Между таблицами существуют следующие взаимосвязи:

– таблица Class («Классы») связана с таблицей Metod («Методы») по полю kod_classa («Код класса»);

– таблица Metod («Методы») связана с таблицей Algoritm («Алгоритм») по полю kod_metoda («Код метода»);

– таблица Metod («Методы») связана с таблицей Metod_LR («Методы-Лабораторные работы») по полю kod_metoda («Код метода»);

– таблица LR («Лабораторные работы») связана с таблицей Metod_LR («Методы-Лабораторные работы») по полю kod_LR («Код лабораторной работы»);

– таблица LR («Лабораторные работы») связана с таблицей VariantLR («Методы-Лабораторные работы») по полю kod_LR («Код лабораторной работы»).

Взаимосвязи таблиц между собой приведены на Рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема данных базы информационной системы

3.2 Программное обеспечение автоматизированной справочной системы

Как уже указывалось ранее, для работы с базой данных требуется создание программного приложения. Оно будет состоять из ряда модулей, которые можно объединить в ряд функциональных групп, приведенных на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Структурная схема приложения на уровне модулей

В приложении модули разделены на следующие функциональные группы:

– ввод данных;

– просмотр данных;

– поиск данных;

– авторизация пользователя;

– справка.

Особо следует указать модуль главного окна программы, из которого загружаются все остальные формы, и модуль связи с базой данных, в котором размещены компоненты приложения, позволяющие взаимодействовать с базой данных.

Подсистема ввода данных состоит из следующих модулей:

– модуль ввода данных в таблицу «Классы»;

– модуль ввода данных в таблицу «Методы»;

– модуль ввода данных в таблицу «Алгоритмы»;

– модуль ввода данных в таблицу «Лабораторные работы»;

– модуль ввода данных в таблицу «Варианты лабораторных работ»;

– модуль ввод данных в таблицу «Методы – Лабораторные работы».

Подсистема просмотра данных состоит из следующих модулей:

– модуль просмотра информации о методах оптимизации (информация объединена в виде древовидной иерархической структуры для удобства ее просмотра);

– модуль просмотра информации о лабораторных работах (информация построена аналогичным образом).

Подсистема поиска данных состоит из следующих модулей:

– модуль поиска методов;

– модуль поиска лабораторных работ.

Подсистема авторизации пользователя состоит из следующих модулей:

– модуль ввода пароля;

– модуль смены пароля.

Подсистема справки состоит из одного модуля справки.

Общий порядок работы пользователя в приложении представлен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Порядок работы пользователя в приложении

После запуска программы пользователь должен ввести пароль администратора, позволяющий получить доступ к формам ввода и коррекции данных, а также к форме смены пароля. Пользователь вправе отказаться от ввода пароля и зайти как обычный пользователь-студент.

После ввода пароля (или отказа от его ввода) на экран выводится главное окно программы. Через его элементы можно получить доступ к основным формам программы.

Операции, доступные только пользователю-администратору, выделены блоками с пунктирной границей. Операции, доступные всем пользователям, выделены блоками с границей в виде сплошной линии.

Пользователь, зашедший под паролем, может ввести (или скорректировать) следующие данные:

–сведения о классах методов;

– сведения о методах оптимизации;

– сведения об алгоритмах методов;

– сведения о лабораторных работах и их вариантах;

– сведения о привязке методов к лабораторным работам.

Пользователь-студент может просмотреть данные о методах и лабораторных работах, оформленные в виде иерархических деревьев, созданных в соответствии со структурой информационного обеспечения.

Также пользователь может осуществить поиск данных по различным критериям.

Поиск методов осуществляется:

– по имени класса;

– по имени метода;

– по названию лабораторной работы.

Поиск лабораторных работ осуществляется:

– по названию лабораторной работы;

– по имени метода.

Если пользователь является администратором, то он может сменить свой пароль, введя его в соответствующей форме.

Также пользователь может посмотреть справку по программе.

Более подробно рассмотрим алгоритм работы модуля поиска методов по различным критериям.

На рисунке 3.4 представлен алгоритм выбора критерия поиска метода и формирования списка относящихся к нему значений.

В самом начале пользователь может выбрать критерий поиска. Он может выбрать:

– имя класса, к которому относится метод;

– имя метода;

– имя лабораторной работы, где используется один или несколько методов оптимизации.

Также пользователь может отказаться от выбора критерия и завершить работу.

После выбора критерия пользователь может ввести значение нужного критерия (или выбрать его из списка имеющихся вариантов).

Заданное значение критерия подставляется в заранее сформированную заготовку SQL-запроса, после чего запрос запускается на выполнение. В зависимости от выбранного критерия поиск производится в различных таблицах базы данных: «Классы» и «Методы» в случае поиска метода по имени класса; «Методы» в случае поиска метода по его имени; «Лабораторные работы», «Методы» и «Методы – ЛР» в случае поиска метода по названию лабораторной работы.

После выполнения запроса в форму поиска выводятся сведения о найденных методах. Пользователь может просмотреть их и вернуться к выбору критерия, чтобы начать новый поиск.

Рисунок 3.4 – Алгоритм процедуры поиска метода

Поиск лабораторных работ производится по аналогичному алгоритму.


4 Руководство пользователя

4.1 Технические условия работы и запуск программы

Программа «Справочная система по методам многомерной оптимизации» предназначена для создания, просмотра и хранения в реляционной базе данных учебно-методической информации, предназначенной для организации лабораторного практикума по дисциплине «Методы оптимизации».

Одним из вариантов решения проблемы организации информационной поддержки проведения лабораторных занятий по дисциплине «Методы оптимизации» является создание программного средства «Справочная система по методам многомерной оптимизации».

Разработка такого программного средства вызвана необходимостью формирования информационного обеспечения по методам многомерной оптимизации для выполнения лабораторных работ. Авторская методика заключается в создании приложения, предназначенного для взаимодействия с базой данных и осуществляющего весь необходимый набор операций с учебно-методическим обеспечением.

Программа обеспечивает пользователю следующие возможности:

– ввод и корректировка данных по методам многомерной оптимизации;

– ввод и корректировка данных по лабораторным работам;

– просмотр введенных данных в виде иерархического дерева;

– поиск требуемой информации по различным критериям;

– просмотр алгоритмов оптимизации в текстовом и графическом виде.

Программа написана на языке Delphi 7, база данных создана средствами MS Access 2003, для их функционирования необходимо не менее 22000 Кб свободного места на жестком диске и оперативная память не менее 13500 Кб (желательно 16000 Кб и более).

Для работы программы «Справочная система по методам многомерной оптимизации» необходимо располагать IBM-совместимой ПЭВМ с установленной операционной системой Windows XP/Vista/7. Для полноценного функционирования программы необходимо наличие на компьютере программы MS Access версии 2003 и выше из состава пакета MS Office.

По результатам опытной эксплуатации программы можно считать целесообразным и установить следующий порядок работы пользователя со справочной системой.

1. Ввод пароля для получения доступа к формам ввода и коррекции информации.

2. Ввод и корректировка информации о методах оптимизации и лабораторных работах.

3. Просмотр информации о методах их алгоритмах и лабораторных работах.

4. Поиск информации о методах оптимизации и лабораторных работах по различным критериям.

4.2 Запуск программы

Для того чтобы начать работу с программой необходимо запустить из каталога программы Project1.exe, дважды щелкнув по нему левой клавишей мыши.

Работа с программой начинается с авторизации. Форма ввода пароля представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Авторизация пользователя

Если пользователь введет неверный пароль на экране пароль на экране появиться форма главного окна, представленная на рисунке 4.2. В ней отсутствуют пункты меню «Ввод данных» в главном меню и в меню рабочей области окна, что лишает неавторизованного пользователя возможности изменить информацию в базе данных (это опция должна быть доступна только администратору).

Рисунок 4.2 – Главное окно программы после неверной авторизации

На рисунке 4.3 представлена форма после верного введения пароля, а также нажатия на кнопку «Ввод данных».

Главное окно программы имеет выпадающее меню, которое находится в верхней части окна. Данное меню дублируется кнопками на форме с соответствующими названиями. Главное окно программы имеет следующее пункты меню:

«Просмотр данных» запускает форму, предназначенную для отображения информации из базы данных в иерархической форме;

«Поиск данных» показывает форму, предназначенную для поиска информации в базе данных по различным критериям;

«Справка» показывает форму содержащую информацию о разработчиках, программе и ее использовании;

«Ввод пароля» позволяет ввести пароль и открыть пункты меню, которые недоступны при неверной авторизации;

«Выход» предназначен для завершения работы программы.

Рисунок 4.3 – Главное окно программы после ввода верного пароля

При верной авторизации главное окно программы имеет вышеперечисленные пункты меню, к которым добавляется пункт «Ввод данных», предназначенный для занесения данных в базу данных. Данный пункт меню состоит из следующих подпунктов:

«Классы» – данный подпункт запускает форму для ввода данных в таблицу «Class»;

«Методы» – данный подпункт запускает форму для ввода данных в таблицу «Metod»;

«Алгоритм» – данный подпункт запускает форму для ввода данных в таблицу «Algoritm»;

«Лабораторные работы» – данный подпункт запускает форму для ввода данных в таблицу «LR»;

«Вариант ЛР» – данный подпункт запускает форму для ввода данных в таблицу «VariantLR»;

«Методы ЛР» – данный подпункт запускает форму для ввода данных в таблицу «Metod_LR».

4.3 Формы для ввода данных

4.3.1 Форма «Классы»

Для ввода данных в таблицу «Class» БД предназначена форма «Классы», представленная на рисунке 4.4.

Таблица «Классы» имеет следующие поля для заполнения:

– «Имя класса», текстовое поле;

– «Краткое описание класса», текстовое поле.

В нижней части формы расположены кнопки для работы с формой:

– кнопка предназначена для добавления новых записей в таблицу;

– кнопка предназначена для сохранения изменения в текущей записи;

– кнопка предназначена для очистки текстовых полей ввода информации;

– кнопка предназначена для завершения работы с данной формой.

Рисунок 4.4 – Форма для ввода данных в таблицу «Классы»

Для удобства работы с таблицей используется панель навигации. Описание кнопок панели навигации представлено в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Кнопки панели навигации

Изображение кнопки

Функция

Переход на первую запись таблицы

Переход на предыдущую запись таблицы

Продолжение таблицы 4.1

Переход на след запись таблицы

Переход на последнюю запись таблицы

Добавить запись

Удалить запись

Перевести запись в режим редактирования

Запомнить запись

Отменить изменения в записи

Обновить запись

Вводить данные можно «напрямую» в ячейки таблицы или использовать дополнительную панель для ввода информации в центральной части формы.

4.3.2 Форма «Методы»

Для ввода данных в таблицу «Metod» БД предназначена форма «Методы», представленная на рисунке 4.5.

Данная форма содержит панель навигации, описанную в таблице 4.1. Также, аналогично форме «Классы», имеются кнопки для работы с таблицей: «Добавить», «Сохранить», «Очистить», «Выход».

Данные можно вводить в таблицу или использовать дополнительную панель ввода. Таблица Классы содержит следующие поля:

– «Код метода», числовое поле;

– «Наименование метода», текстовое поле;

– «Код класса», числовое поле;

– «Краткое описание метода», текстовое поле;

– «Полное описание метода», текстовое поле;

– «Алгоритм», текстовое поле;

– «Пример программы», текстовое поле.

Рисунок 4.5 – Форма «Методы»

В данной таблице поля «Полное описание метода», «Алгоритм» и «Пример программы» являются ссылками на файл, для заполнения данных полей следует воспользоваться кнопкой , размещенной справа от них. При щелчке по данной кнопке открывается диалоговое окно, приведенное на рисунке 4.6.

В данном окне следует выбрать подсоединяемый к системе файл (обычно это документ MS Word), и щелкнуть мышью по кнопке «Открыть». Выбранный файл будет скопирован в специальный подкаталог корневой директории программы, а в соответствующем поле базы данных будет записано его имя.

Рисунок 4.6 – Диалоговое окно выбора файла

4.3.3 Форма «Алгоритм»

Форма «Алгоритм» предназначена для ввода и коррекции данных в таблицу «Algoritm».

Внешний вид формы представлен на рисунке 4.7.

На панели расположена панель управления записями, компоненты панели описаны в таблице 4.1. Также, аналогично форме «Классы», имеются кнопки для работы с таблицей: «Добавить», «Сохранить», «Очистить», «Выход».

Таблица «Algoritm» состоит из нескольких полей. Поле «Код рисунка» имеет числовой тип данных, формируется автоматически при создании новой записи.

Рисунок 4.7 – Форма «Алгоритм»

Данные в таблицу можно вносить как в компонент таблицы на форме, так и с помощью панели ввода данных. Панель ввода данных позволяет вводить данные в следующие поля:

– «Имя рисунка», текстовое поле;

– «Номер рисунка», текстовое поле;

– «Код метода», является раскрывающимся списком, который формируется из одноименного поля таблицы «Методы»;

– «Рисунок», текстовое поле, которое сопровождается кнопкой для загрузки файла в БД (аналогично методу, описанному в 4.3.2).

4.3.4 Форма «Лабораторные работы»

Форма «Лабораторные работы» позволяет заполнять таблицу «LR». Внешний вид данной формы представлен на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 – Форма «Лабораторные работы»

Данная форма содержит панель навигации, компоненты которой описаны в таблице 4.1. Также, в соответствии с формой «Классы», имеет аналогичные кнопки для работы с таблицей: «Добавить», «Сохранить», «Очистить», «Выход».

Данная форма позволяет вводить информацию как в таблицу формы, так и через поля на панели ввода данных.

Таблица «LR» состоит из нескольких полей. Поле «Код ЛР» является числовым полем, формируется автоматически при создании новой записи. Поля «Наименование ЛР» и «Краткое описание ЛР» являются текстовыми полями. Поле «Полное описание ЛР» является текстовым полем, содержащим ссылку на документ, доступ которой открывает кнопка (ссылка добавляется по методу, описанному в 4.3.2).

4.3.5 Форма «Варианты – ЛР»

Данная форма позволяет заполнять поля таблицы «VariantLR». Окно формы представлено на рисунке 4.9.

Данная форма содержит панель навигации, компоненты которой описаны в таблице 4.1. Также в соответствии с формой «Классы» имеет аналогичные кнопки для работы с таблицей: «Добавить», «Сохранить», «Очистить», «Выход».

Форме «Вариант – ЛР» доступны функции ввода информации «напрямую» в компонент таблицы на форме. Также ввод можно осуществлять через панель ввода информации, на которой расположены поля для ввода данных и кнопки управления.

Таблица «VariantLR» состоит из нескольких полей. Поле «Код варианта» является числовым полем, формируется автоматически при создании новой записи. Поле «Номер варианта» является текстовым полем. Поле «Код ЛР» является списком, значения которого хранятся в таблице «ЛР». Поле «Описание ЛР» является текстовым полем, содержащим ссылку на документ, доступ которой открывает кнопка (ссылка добавляется по методу, описанному в 4.3.2).

Рисунок 4.9 – Форма Вариант – ЛР

4.3.6 Форма «Методы – ЛР»

Форма «Методы- ЛР» позволяет хранить комбинацию цифр, состоящую из «Кода метода» (берется из таблицы «Методы», и «Кода ЛР» (берется из таблицы ЛР).

Окно формы представлено на рисунке 4.10.

В верхней части окна расположена таблица для занесения данных в БД, ее поля являются списками, из которых можно выбрать значения полей «Код ЛР» и «Код метода». В центре формы расположены панель навигации, данная панель описана в таблице 4.1.

В нижней части окна находиться панель ввода информации, на ней расположены поля «Код метода» и «Код ЛР» в виде списка, соответственно, как и в таблице в верхней части окна. Так же на форме расположены управляющие кнопки «Добавить» – добавление новой записи, «Сохранить» – сохранение изменений текущей записи и «Выход» – завершение работы с данной формой.

Рисунок 4.10 – Форма «Методы – ЛР»

4.4 Просмотр данных

Данная программа позволяет просматривать данные из БД по методам и лабораторным работам.

Форма «Просмотр данных» состоит из двух вкладок. На первой вкладке располагается информация о методах оптимизации. Окно программы при запуске представлено на рисунке 4.11.

На форме для удобства работы с деревом данных расположены кнопки «Развернуть» и «Свернуть» для открытия и сворачивания дерева соответственно. Во время активации окна кнопки «Просмотр информации» заблокированы до момента пока пользователь выберет метод.

Рисунок 4.11 – Окно «Просмотр данных – Методы» (вид после запуска)

При переходе по дереву в узлах меняется изображение, которое показывает что в данный момент открыто в дереве окна. Узлы дерева имеют следующие обозначения (иконки):

– классы методов;

– методы;

– выделенный узел дерева.

В правой части окна находится описание класса и соответствующих ему методов. При выборе наименования класса в дереве в правой части окна отображается наименование класса и его краткое описание. Данный вид окна просмотра представлен на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12 – Окно «Просмотр данных – Методы» с выведенной

информацией о выбранном классе

При выборе метода в правой части окна к полям «Наименование класса» и «Краткое описание класса» добавляются параметры метода. К параметрам метода относятся «Наименование метода», «Краткое описание метода», а также «Полное описание метода», «Алгоритм», «Рисунки алгоритма» и «Пример программы», которые имеют соответствующие кнопки для просмотра . Данные кнопки становятся активными при выборе метода в дереве окна.

Окно для просмотра информации о методах, с выведенной информацией о выбранном классе, представлено на рисунке 4.13.

Рисунок 4.13 – Форма «Просмотр данных (вкладка «Методы») с выведенной информацией о выбранном методе.

Для просмотра полного описания метода следует воспользоваться кнопкой «Просмотр». В результате откроется окно просмотра документа описывающего выбранный пользователем метод. Данная форма представлена на рисунке 4.14.

Данное окно с помощью панелей инструментов Word позволяет настраивать файл для удобства работы с ним, например, увеличивать масштаб, шрифт, положение текста и так далее.

Для просмотра алгоритма в графическом виде используется форма, представленная на рисунке 4.15.

Рисунок 4.14 – Форма просмотра документа

Рисунок 4.15 – Форма просмотра рисунка алгоритма

Данная форма содержит меню, которое состоит из следующих пунктов: «Перемещение», «Масштаб» и «Выход». Пункт меню «Перемещение» состоит из подпунктов «Предыдущий» и «Следующий», которые позволяют просматривать изображения перед текущим и после текущего соответственно. Пункт «Масштаб» позволяет уменьшать, увеличивать и приводить с исходное состояние размер изображения с помощью подпунктов «Уменьшить», «Увеличить» и «Сброс масштаба» соответственно. Также на форме расположены кнопки, представленные в таблице 4.2, которые дублируют работу меню.

Таблица 4.2 – Описание управляющих кнопок

Изображение кнопки

Описание кнопки

«Горячие»

клавиши

Просмотр предыдущего изображения

F3

Просмотр следующего изображения

F4

Уменьшить масштаб рисунка

Ctrl+F1

Увеличить масштаб рисунка

Ctrl+F2

Сброс масштаба

Ctrl+F5

Закрытие формы

Пункт меню «Выход» позволяет завершить работу с данной формой.

Кнопка просмотра примера программы запускает exe-файл для наглядности реализации данного метода.

Для завершения работы с данной формой используется кнопка «Выход».

Форма «Просмотр данных» также позволяет просмотреть лабораторные работы и их варианты. Принцип работы данной вкладки не отличается от работы со вкладкой «Методы». Форма просмотра с активной вкладкой «Лабораторные работы» представлена на рисунке 4.16.

Узлы дерева лабораторных работ имеют следующие обозначения (кнопки):

– лабораторные работы;

– варианты лабораторных работ;

– выделенный узел дерева.

Рисунок 4.16 – Форма просмотра с активной вкладкой «Лабораторные

работы»

При выборе в дереве окна лабораторной работы в правой части формы становиться доступными для просмотра поля «Имя ЛР» и «Краткое описание ЛР». При выборе варианта ЛР пользователю доступны остальные параметры: «Полное Описание ЛР», «Номер варианта» и Описание варианта.

При нажатии кнопки для просмотра полного описания ЛР или описания варианта загрузится окно с соответствующим файлом, представленное на рисунке 4.14.

Для завершения работы с формой используется кнопка Выход.

4.5 Поиск данных 

Данный раздел описывает поиск данных в БД по критериям. На форме расположены две вкладки, позволяющие выбирать данные по методам и по лабораторным работам.

Первая вкладка позволяет выбирать данные по следующим критериям: имя класса, имя метода и имя лабораторной работы. Данная вкладка на форме поиска представлена на рисунке 4.17.

Рисунок 4.17 – Форма поиска данных (вкладка «Методы»)

При выборе критерия формируется список параметров критерия, при выборе которых в таблице выводятся соответствующие данные. Форма с выбранными параметрами и результатами поиска представлена на рисунке 4.18.

Также параметры можно вводить через текстовое окно, которое расположено в верхнем правом углу формы. Поиск осуществляется при нажатии кнопки «Искать», данные выводятся в таблицу на форме.

В нижней части окна расположена информация о выбранном методе, такая как: «Краткое описание метода», «Полное описание метода», «Пример программы». При активации данной формы просмотр параметров «Полное описание метода», «Алгоритм» и «Пример программы» заблокирован до момента выбора параметров поиска. После разблокировки при нажатии на кнопку «Просмотр» полное описание метода и алгоритм можно просмотреть в окне, представленном на рисунке 4.14.

Рисунок 4.18 – Форма поиска (вкладка «Методы») с результатами поиска по имени класса

По завершении работы с данной формой используется кнопка «Выход».

На данной форме расположена вкладка «Лабораторные работы» для осуществления поиска по следующим критериям: название лабораторной работы; метод, изучаемый в лабораторной работе. Структура поиска данной вкладки похожа на структуру вкладки «Методы». Данная вкладка представлена на рисунке 4.19.

В нижней части окна расположена информация о параметрах: «Название ЛР», «Краткое описание ЛР», «Полное описание ЛР», «Количество вариантов». Для просмотра полного описания ЛР на форме расположена кнопка , при ее использовании открывается окно просмотра, представленное на рисунке 4.14.

Для завершения работы с данной формой используется кнопка «Выход».

Рисунок 4.19 – Форма просмотра -  Лабораторные работы

4.6 Смена пароля и просмотр справки

Данная программа позволяет менять пароль, задаваемый при входе в систему. Для смены пароля используется форма, представленная на рисунке 4.20.

Данная форма имеет несколько полей для ввода и управляющие кнопки.

В поле Старый пароль вводиться текущий пароль. В поле Новый пароль – пароль на который меняют текущий. В последнее поле вводиться новый пароль для подтверждения. Кнопка «Сохранить» позволяет изменить пароль на новый. Для завершения работы используется кнопка «Выход».

Рисунок 4.20 – Окно смены пароля

Для работы с приложением используется форма Справка, представленная на рисунке 4.21.

Рисунок 4.21 – Форма «Справка»

На данной форме находиться информация о разработчиках данной программы, а так же кнопка «Помощь», которая содержит руководство к данной ПС. Для завершения работы со справкой используется кнопка «Выход».

4.7 Завершение работы программы

Для завершения работы программы следует воспользоваться кнопкой «Выход» на главной форме программы или пунктом меню «Выход».


5 Организационно-экономическая часть

5.1 Обоснование необходимости и актуальности разработки программного продукта «Автоматизированная справочная система по методам многомерной оптимизации»

Разработка автоматизированной справочной системы по методам многомерной оптимизации необходима для организации лабораторных работ по дисциплинам «Нелинейное программирование» «Методы оптимизации». Данная система обеспечит студентов теоретическими материалами, позволяющими освоить методы безусловной многомерной оптимизации, реализуемые стратегии поиска оптимальных решений, алгоритмы программной реализации данной группы методов. Комплекс также будет содержать программы реализации методов на языке Delphi и задания на выполнение лабораторных работ. Разработка учебно-исследовательского комплекса обеспечит студентов материалами для организации самостоятельной работы, повысит уровень усвоения знаний и получения навыков алгоритмизации и программирования в достаточно сложной области – методы оптимизации в нелинейных задачах.

Разрабатываемое приложение должно обеспечить:

– ввод и коррекцию данных о методах многомерной оптимизации;

– просмотр данных в удобной для пользователя форме;

– поиск данных;

– запуск и выполнение тестовых примеров программ.

5.2 Определение трудоемкости разработки программного средства

Для определения трудоемкости разработки программного продукта воспользуемся «Укрупненными нормами времени на изготовление и сопровождение программных средств вычислительной техники» (далее – «Нормы») [].

Параметры разрабатываемого ПС приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Параметры разрабатываемого ПС

Параметр

Значение

Стадии разработки ПС

1) техническое задание

2) технический проект

3) рабочий проект

4) внедрение

Сложность ПС

Обеспечение хранения и поиска данных в сложных структурах

Степень новизны ПС

ПС, являющееся развитием определенного параметрического ряда ПС на прежнем типе ЭВМ/ОС

Новый тип ЭВМ

-

Новый тип ОС

-

Степень охвата реализуемых функций стандартными ПС

Процедурные языки высокого уровня

Средства разработки ПС

Delphi 7

Характер среды разработки

Персональные IBM PC-совместимые ЭВМ c ОС Windows

Характеристики ПС

Группа сложности

Группа 3 (минимальная сложность)

Функции ПС

1) вывод данных в табличной форме на экран

2) формирование базы данных

3) обработка записей базы данных

4) организация поиска и поиск в базе данных

Таблица 5.2 – Численные величины, характеризующие ПС

Величина

Обозначение

Значение

Удельный вес трудоемкости стадий разработки ПС: предварительного проектирования,  технического проекта, рабочего проекта и внедрения соответственно

LПрПр

0,06

LТП

0,5

LРП

0,34

LВн

0,1

Поправочный коэффициент, учитывающий степень новизны ПС и использование при разработке ПС новых типов ЭВМ и ОС

KН

0,4

Поправочный коэффициент, учитывающий степень использования в разработке стандартного ПС

KТ

0,8

Используя данные таблицы 5.2, произведем расчеты, необходимые для определения трудоемкости ПС, в соответствии с «Нормами». Значения рассчитанных величин приведем в таблице 5.3. При определении общей трудоемкости программного продукта нужно учитывать функции, доступные данному программному продукту, такие как – «Заполнение данными БД», «Организация поиска и поиск в базе данных». Общий объем разрабатываемого ПС оценен в 23580 условных машинных команд.

Таблица 5.3 – Расчет трудоемкости ПС

Величина

Обозначение и

порядок расчета

Значение

Коэффициент сложности ПС

1,15

Базовая трудоемкость разработки ПС, чел.-дни

TБ

897

Продолжение таблицы 5.3

Поправочный коэффициент, учитывающий характер среды разработки и средства разработки ПС

KУР

0,34

Трудоемкость разработки ПС с учетом конкретных условий разработки, чел.-дни

304,98

Общий объем разрабатываемого ПС

23580

Общая трудоемкость разработки ПС, чел.-дни

350,7

Общую трудоемкость разработки ПС определяем по формуле:

  = 112,2 чел.-дней.

Таким образом, общая трудоемкость разработки ПС равняется 112,2 чел.-дней.

5.3 Определение состава исполнителей

Произведем расчет числа исполнителей, которое нужно для разработки ПС при известной трудоемкости и сроках разработки. Значения рассчитанных величин приведем в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Расчет необходимого количества исполнителей

Величина

Обозначение и

порядок расчета

Значение

Общее число дней в году

DK

365

Число выходных дней в году

DВ

104

Число праздничных дней в году

DП

9

Продолжение таблицы 5.4

Фонд рабочего времени одного работающего в месяц, дни

21

Директивный срок выполнения разработки, мес.

Д

4

Среднее число исполнителей, участвующих в разработке ПС, определяем по формуле:

В состав исполнителей для реализации рассматриваемого ПС входит один сотрудник - это программист. Данные об окладе персонала приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5 – Состав исполнителей разработки ПС

Профессия исполнителя

Количество, чел.

Месячный оклад, р.

1. Программист

1

5200

Всего

1

5200

5.4 Расчет стоимости разработки программного продукта

На момент написания работы:

  •  ставка ЕСН составляет 30%
  •  ставка НДС составляет 18%; 
  •  ставка рефинансирования составляет 8,25%

Сметную стоимость и договорную цену ПС рассчитаем в таблице 5.12, выполнив предварительно расчеты составляющих сметной стоимости в таблицах 5.6-5.11.  

Показатели, используемые при расчете затрат на оплату труда работников, обеспечивающих функционирование ПЭВМ, административного и вспомогательного персонала, укажем в таблице 5.7.

Таблица 5.6 – Расчет затрат на материалы и покупные  изделия

Наименование

материала

Цена за

единицу, р.

Норма

Расхода, шт

Стоимость, р.

1 Бумага для принтера

150

2

300

2 Ручка

10

5

50

3 Диск DVD-RW

50

2

100

Итого

450

Транспортно-заготовительные расходы (15%)

67,5

Всего

517,5

Таблица 5.7 – Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

Показатель

Обозначение

Норматив минимальной заработной платы в РФ на дату планового расчета, р.

ЗMIN

Повышающий коэффициент

KП

Количество ПЭВМ, обслуживаемых одним работником

НОБСЛ

Процент премии

П

Расчет затрат на оплату труда работников, обеспечивающих функционирование ПЭВМ, административного и вспомогательного персонала, проведем в таблице 4.8. При расчете исходим из того, что в информационно-вычислительном центре, где проходит разработка ПС, всего 30 машин.

Таблица 5.8 – Затраты на оплату труда работников, обеспечивающих функционирование ПЭВМ, административного и вспомогательного персонала

Персонал, обеспечивающий функционирование ПЭВМ

Должность работника

Показатель

Значение

Порядок расчета РОСН

Значение РОСН

Инженер - электронщик

ЗMIN

5200

5760

KП

1

НОБСЛ

13

П

20

Системный программист

ЗMIN

5200

2 880

KП

1

НОБСЛ

26

П

20

Оператор

ЗMIN

4700

7 520

KП

1

НОБСЛ

9

П

20

Административный персонал

Начальник ИВЦ

ЗMIN

7000

KП

1

НОБСЛ

30

П

20

Вспомогательный персонал

Уборщица

ЗMIN

4330

2 079,8

KП

1

НОБСЛ

30

П

20

Расчет затрат на электроэнергию произведен в таблице 5.9.

Таблица 5.9 – Расчет затрат на электроэнергию

Величина

Обозначение и

порядок расчета

Значение

Длительность рабочей смены, час

tСМ

8

Количество рабочих дней в плановом периоде

DР

236

Продолжительность нерабочего времени в предпраздничные дни, час

tП

1

Количество предпраздничных дней в плановом периоде

DП

7

Номинальный фонд времени работы оборудования за рассчитываемый период, час

1 881

Число рабочих смен в сутки

KСМ

1

Процент плановых потерь рабочего времени, %

α

20

Эффективный годовой фонд времени работы ПЭВМ, час

1504,8

Стоимость электроэнергии на момент выполнения плановых расчетов, р./кВт-час

ЦЭ

1,79

Суммарная мощность ПЭВМ с периферией, кВт

PЭВМ

1,2

Затраты на силовую электроэнергию, р.

3 232,3

Суммарная мощность, которая идет на освещение, кВт

PОСВ

0,2

Затраты на осветительную электроэнергию, р.

538,7

В таблице 5.10 произведен расчет затрат на эксплуатацию специального оборудования.

Таблица 5.10 – Расчет затрат на эксплуатацию специального оборудования

Показатель

Значение

Основная заработная плата работников, обеспечивающих функционирование ПЭВМ, в том числе:

  •  инженера-электронщика;
  •  системного программиста;
  •  оператора.

5760

2 880

7 520

Основная заработная плата административного персонала

3 360

Основная заработная плата вспомогательного персонала

2079,8

Общая основная заработная плата работников, обеспечивающих функционирование ПЭВМ, административного и вспомогательного персонала за расчетный период

23039,8

Дополнительная заработная работников, обеспечивающих функционирование ПЭВМ, административного и вспомогательного персонала

4607,96

Отчисления единого социального налога работников, обеспечивающих функционирование ПЭВМ, административного и вспомогательного персонала

2995,17

Амортизационные отчисления с оборудования

6 000

Затраты на электроэнергию, в том числе:

  •  затраты на силовую электроэнергию;
  •  затраты на электроэнергию, идущую на освещение.

3 232,3

538,7



Общие затраты на электроэнергию

3 771

Расходы на профилактику оборудования

600

Прочие производственные расходы

6911,94

Продолжение таблицы 5.10

Годовые расходы на содержание и эксплуатацию одной ПЭВМ

47925,87

Стоимость одного машино-часа работы ПЭВМ

31,8

Сумма расходов на содержание и эксплуатацию ПЭВМ, относящихся к данному программному продукту, составит 4620,54 р.

Расчет затрат на оплату труда и социальные отчисления осуществляется в таблице 5.11.

Таблица 5.11 – Расчет затрат на оплату труда и социальные отчисления

Профессия исполнителя

Количество исполнителей, чел.

Месячный оклад, р.

Заработная плата за период разработки ПС, р. (4 месяца)

Ведущий программист

1

5 200

20 800

Итого

1

5200

20 800

Дополнительная заработная плата (15%)

-

-

3120

Единый социальный налог (34%)

-

-

7072

Расчет сметной стоимости и договорной цены разработки ПС произведен в таблице 5.12.

Таблица 5.12 – Расчет сметной стоимости и договорной цены разработки ПС

Наименование статьи затрат

Сумма, р.

  1.  Материалы и покупные изделия

517,5

  1.  Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

4 620,54

Продолжение таблицы 5.12

  1.  Основная заработная плата исполнителей

20 800

  1.  Дополнительная заработная плата исполнителей

3120

  1.  Единый социальный налог

7072

  1.  Научные и производственные командировки

-

  1.  Контрагентские расходы

-

  1.  Накладные расходы (ННАК=130)

27040

  1.  Сметная стоимость разработки ПС

56098,04

  1.  Прибыль (20 %)

11219,608

  1.  Договорная цена разработки

67317,65

5.5 Расчет трудоемкости сопровождения ПС

Параметрами, влияющими на расчет трудоемкости сопровождения, являются:

  •  характер поставки;
  •  характеристика средств разработки ПС;
  •  характеристика полноты тестирования;
  •  степень участия службы сопровождения в разработке ПС;
  •  характер внедрения;
  •  функции ПС;
  •  объем документации;
  •  функции, подлежащие доработке;
  •  разработка дополнительных функций;
  •  показатели повышения сложности ПС.

Параметры, влияющие на расчет трудоемкости сопровождения ПС, представлены в таблице 5.13.

Таблица 5.13 – Параметры, влияющие на расчет трудоемкости сопровождения ПС

Параметр

Значение

Характер внедрения

Локальное внедрение ПС

Функции ПС

Вывод данных в табличной форме на экран и на печать

Формирование базы данных

Объем документации

1,5 тыс строк

Показатели повышения сложности ПС

обеспечение хранения, ведения и поиска данных в сложных структурах

В соответствии с параметрами, влияющими на трудоемкость сопровождения ПС, указанными в таблице 5.13, необходимо определить численные величины, характеризующие сопровождение ПС. Проведены расчеты, необходимые для определения трудоемкости сопровождения ПС. Результаты приведены в таблице 5.14.

Таблица 5.14 – Расчет трудоемкости сопровождения ПС

Величина

Обозначение и

порядок расчета

Значение

Коэффициент, учитывающий уровень повышения сложности ПС

KСЛ

0,15

Коэффициент, учитывающий наличие в фонде аналогов ПС

KАН

1,12

Норма времени на проверку функционирования поставленных ПС на контрольных задачах пользователя

НВР.ОС.

12

Продолжение таблицы 5.14

Трудоемкость приемки и освоения опытного образца ПС

1,882

Коэффициент, учитывающий степень участия службы сопровождения в разработке ПС

KУЧ

1,2

Норма времени на настройку поставленных ПС на параметры задач пользователей

НВР.ПР.

6,5

Трудоемкость проверки и оценки опытного образца ПС

1,092

Норма времени на анализ ОПС

НВР АН

5,1

Трудоемкость разработки документации по доработке ПС

0,857

Норма времени на обучение специалистов организации-заказчика работе с ПС

НВР.ОБ.

16,9

Трудоемкость обучения специалистов организации заказчика работе с ПС

2,366

Трудоемкость сопровождения ПС

ТСОПРОСПРРРОБ

6,573

Трудоемкость сопровождения ПС определяем по формуле:

ТСОПРОСПРРРОБ =6,573 чел.-дней.

Таким образом, трудоемкость сопровождения ПС равняется 6,573 чел.-дней.

5.6 Определение стоимости сопровождения ПС

Расчет стоимости сопровождения произведен в таблице 5.15, предполагая, что сопровождение проводит специалист с месячным окладом 5200 р.

Таблица 5.15 – Расчет стоимости сопровождения ПС

Величина

Обозначение и порядок расчета

Значение

Фонд рабочего времени одного работающего в месяц (рассчитан в пункте 4.3)

FМ

21

Месячный оклад исполнителя, осуществляющего сопровождение ПС

ЗП МЕС

5200

Дневной оклад исполнителя, осуществляющего сопровождение ПС

247,62

Стоимость сопровождения программного продукта

1627,61

Таким образом, стоимость сопровождения программного продукта равняется 1627,61 рублей.

5.7 Планирование цены ПС и прогнозирование прибыли

Автоматизация создания документов задача, необходимая во многих областях, но так как разрабатываемое ПС предназначено для применения в институте, из этого можно сделать вывод, что данное ПС будет рентабельно только для обучения. Поэтому запланируем реализацию 10 копий разработанного программного продукта.

Определим цену программного продукта, используя формулу

, где  - стоимость проекта.

,

где С – часть стоимости разработки, приходящаяся на одну копию программы;

Расчет цены программного продукта произведен в таблице 5.16.

Таблица 5.16 – Расчет цены ПС

Величина

Обозначение

Значение

Планируемое число копий ПС

N

10

Часть стоимости разработки, приходящаяся на одну копию программы

5609,8

Стоимость проекта

7237,4

5.8 Анализ конкурентоспособности и качества разрабатываемого программного средства 

Анализ конкурентоспособности и качества программного средства должен учитывать специфику программного средства, как товара и может включать в себя:

  •  оценку функциональной пригодности;
  •  оценку способности к взаимодействию;
  •  оценку защищенности;
  •  оценку надежности;
  •  оценку потребности в ресурсах памяти и производительности компьютера.

5.8.1 Анализ технической прогрессивности  разрабатываемого программного продукта

В качестве базового ПС рассмотрим автоматизированный учебно-исследовательский комплекс «Методы безусловной одномерной оптимизации», предназначенный проведения лабораторных работ по дисциплине «Нелинейное программирование». Данное приложение выполняет следующие функции:

–ввод и редактирование данных о дисциплине, лабораторных работах, методах безусловной одномерной оптимизации;

– возможность получать информацию о методе оптимизации, стратегии поиска оптимального решения, структурной схеме алгоритма, тексте программы на алгоритмическом языке высокого уровня;

– возможность получить задание к выбранной лабораторной работе.

Для расчета коэффициента технической прогрессивности разрабатываемого ПС использованы параметры: время выполнения запроса, объем оперативной памяти, объем памяти на жестком диске. Расчет коэффициента технической прогрессивности разрабатываемого ПС приведен в таблице 5.17

Таблица 5.17 – Расчет коэффициента технической прогрессивности разрабатываемого ПС

Наименование

параметра

Вес,

Значение

параметра

ПЭ

ПБ

ПН

Время выполнения запроса, сек

0,5

1

2

1,5

0,5

0,7

0,25

0,35

Объем оперативной памяти, МБ

0,3

12

33

20

0,36

0,6

0,108

0,18

Объем памяти на жестком диске, МБ

0,2

21

34

27

0,6

0,8

0,12

0,16

Итого

1,0

-

-

-

1,46

2,1

0,478

0,69

Расчет коэффициента технической прогрессивности был производен по формуле

Можно сделать вывод, что анализируемая ПС технически прогрессивна, так как КТП > 1.

5.8.2 Анализ изменения функциональных возможностей разрабатываемого программного продукта

В этом разделе анализируются эстетические, эргономические, экологические параметры, характеризующие функциональные возможности ПС, не имеющие количественного выражения, трудно поддающиеся непосредственной количественной оценке. Однако именно эти параметры, вызывающие у потребителя положительные и отрицательные эмоции и играют порой главную роль при покупательской оценке. Перечень таких параметров для каждой ПС является индивидуальным и определяется экспертами. Оценка каждого параметра ведется в баллах. Для оценки параметров используется пятибалльная шкала Общая сумма баллов базового ПС (товара-конкурента) принимается равной количеству оцениваемых функциональных возможностей ПС. Сравнение произведено в таблице 5.18.

Таблица 5.18 – Расчет коэффициента изменения функциональных возможностей разрабатываемого ПС

Не измеряемые параметры

Наличие параметра

Балльные оценки

базовый

новый

базовый

новый

1. Удобство системы поиска данных

Сложная система поиска, осуществляемая по средствам использования руководства по эксплуатации

Простая система поиска, осуществляется по средствам понятного интерфейса

3

4

Продолжение таблицы 5.18

2. Полнота учебно-методического материала

Ограниченный выбор учебно-методического материала

Большой выбор учебно-методического материала

2

3

3 Защищенность данных

Данные не защищены

Данные защищены от изменений пользователем

2

4

Итого

-

-

7

11

Коэффициент изменения функциональных возможностей рассчитывается по формуле

Можно сделать вывод о том, что функциональные возможности новой ПС лучше чем у базовой, так как kФВ > 1.

5.8.3 Анализ соответствия разрабатываемого программного продукта нормативам

Нормативные или, так называемые, регламентируемые параметры характеризуют соответствие разрабатываемого ПС международным и национальным стандартам, нормативам, законодательным актам и др. В данной разработке kНОРМ=1.

5.8.4 Анализ экономических параметров ПС

На данном этапе осуществляется анализ экономических (стоимостных) параметров ПС, характеризующих его основные экономические свойства или, иными словами, затраты покупателя на приобретение и использование ПС на протяжении всего срока эксплуатации.

Цена потребления (ЦП) представляет собой затраты покупателя на приобретение, доработку, а также эксплуатацию анализируемого ПС на протяжении периода эксплуатации

Тогда эксплуатационные издержки за год можно оценить как сумму расходов на эксплуатационные принадлежности, накладных расходов и прочих расходов

р.,

В ходе анализа рассчитывается коэффициент цены потребления как отношение цены потребления нового и базового ПС. Период эксплуатации примем равным трём годам.

Таблица 5.19 – Расчет цены потребления ПС

Наименование расходов

Сумма, р.

Базовый ПС

Новый ПС

Продажная цена ПС

6340

7237,4

Стоимость сопровождения ПС

1940

1627,61

Эксплуатационные издержки потребителя за весь период эксплуатации ПС

124410

103407

Цена потребления

132690

112272,01

Значение коэффициента цены потребления kЦП =, а следовательно эксплуатация ПС «Автоматизированная справочная система по методам многомерной оптимизации» требует больших затрат.

Экономические параметры разрабатываемого ПС лучше чем у базового, так как КЦП < 1.

5.8.5 Оценка конкурентоспособности программного продукта

В целом конкурентоспособность нового ПС по отношению к базовому можно оценить с помощью интегрального коэффициента конкурентоспособности, учитывающего все ранее рассчитанные параметры.

Можно сделать вывод о том, что анализируемый ПС конкурентоспособен, так как kИ  > 1.

5.9 Анализ технико-экономических показателей разработки и эксплуатации ПС

В результате выполнения организационно-экономических расчетов получены показатели разработки и эксплуатации ПС, которые сравним с базовым ПС. Показатели сведем в таблицу 5.20.

Таблица 5.20 – Технико-экономические показатели разработки и эксплуатации ПС «Справочная система по методам многомерной оптимизации»

Показатели

Базовый ПС

Новый ПС

1. Затраты на разработку, р.

-

56098,04

2. Продажная цена, р.

6340

7237,4

3.Годовые эксплуатационные издержки потребителя, р.

52630

47925,87

4. Цена потребления, р.

132690

112227,01

Продолжение таблицы 5.20

5. Интегральный коэффициент конкурентоспособности ПС

1

2,48

6. Коэффициент изменения функциональных возможностей

1

1,6

7. Коэффициент технической прогрессивности

1

1,44

8. Коэффициент цены потребления

1

0,85

Из результата проведенных расчетов можно сделать вывод, о том что данное программное средство имеет ряд преимуществ по сравнению с базовым ПС, такие как: высокие интегральный коэффициент конкурентоспособности и коэффициент технической прогрессивности, меньшие затраты на сопровождение и эксплуатацию. Данное ПС позволит быстрее и удобнее производить работу.


6 Безопасность и экологичность

6.1 Безопасность

6.1.1 Анализ условий труда

Безопасность жизнедеятельности человека необходимо контролировать на всех стадиях жизненного цикла программного обеспечения.

Безопасность жизнедеятельности человека в значительной степени зависит от корректной оценки опасных и вредных факторов. Всевозможные причины могут повлечь различные изменения в организме человека: факторы производственной среды, физическая и умственная нагрузка, нервно-эмоциональное напряжение, а также сочетание этих причин.

Опасные и вредные факторы, которые могут оказывать влияние при разработке программного обеспечения, по природе возникновения подразделяются на следующие группы:

  •  физические;
  •  химические;
  •  психофизиологические;
  •  биологические.

На разработчика программного обеспечения могут отрицательно воздействовать следующие физические факторы:

  •  повышенная и пониженная температура воздуха;
  •  чрезмерная запыленность и загазованность воздуха;
  •  повышенная и пониженная влажность воздуха;
  •  недостаточная освещенность рабочего места;
  •  превышающий допустимые нормы шум;
  •  повышенный уровень ионизирующего излучения;
  •  повышенный уровень электромагнитных полей;
  •  повышенный уровень статического электричества;
  •  опасность поражения электрическим током;
  •  блеклость экрана дисплея.

Среди химически опасных факторов, устойчиво воздействующих на разработчика, выделяется влияние, возникающих в результате ионизации воздуха при работе компьютера, активные частицы.

Психофизиологические вредные факторы:

  •  нервно-эмоциональные перегрузки;
  •  умственное напряжение;
  •  перенапряжение зрительного анализатора.

Биологические факторы, влияющие на разработчика, в помещении отсутствуют и поэтому здесь не будут рассмотрены.

Наиболее вредными является следующие факторы.

  1.  Несоответствующий нормам микроклимат.
  2.  Недостаточная освещенность.
  3.  Возможность поражения электрическим током.
  4.  Воздействие шума и вибрации.

Рассмотрим более подробно эти факторы.

6.1.2 Действие опасных и вредных факторов на человека.

6.1.2.1 Несоответствие нормам параметров микроклимата

В настоящее время для обеспечения комфортных условий используются как организационные методы, так и технические средства. К числу организационных мероприятий относятся, рациональная организация проведения работ в зависимости от времени года и суток, а также организация правильного чередования труда и отдыха. Технические средства включают вентиляцию, кондиционирование воздуха, отопительную систему.

Основной принцип нормирования микроклимата - создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающей средой. В санитарных нормах СН-245/71 установлены величины параметров микроклимата, создающие комфортные условия. Эти нормы устанавливаются в зависимости от времени года, характера трудового процесса и характера производственного помещения (значительные или незначительные тепловыделения). Для определения параметров микроклимата необходимо определить категорию работ. В данном случае необходимо выбрать категорию, к которой относятся работы, производимые сидя и не требующие физического напряжения, при которых расход энергии составляет до 120 ккал/ч. Для рассматриваемой компьютерной лаборатории, в которой проводилась разработка, допустимые и оптимальные значения параметров микроклимата приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Допустимые и оптимальные значения параметров микроклимата

Время года

Зона

Температура воздуха, C

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с

Холодный период

Оптимальная

18 – 21

60 - 40

< 0.2

Допустимая

17 – 21

< 75

< 0.3

Теплый период года (t > 100 C)

Оптимальная

20 – 25

60 - 40

< 0.3

Допустимая

< 28 в 13 часов самого жаркого мес.

< 75

< 0.5

Источник света в помещении – люминесцентные лампы, высота подвески светильников 3,5м, расстояние между светильниками 1м. В рассматриваемом помещении качество освещения соответствует нормативным данным, приведенным в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Оптимальные параметры освещенности помещений с ЭВМ

Характеристика зрительной работы

Разряд и подразряд

Контрст объекта с фоном

Характеристика фона

Искусственное освещение, лк

Комбини-рованное

Общее

Средней точности 0,5-1,0

IV в)

большой

светлый

400

200

Учитывая, что объем помещения не соответствует нормативам, в нем необходимо наличие кондиционера, при помощи которого будет осуществляться вентиляция помещения, тем самым излишнее тепло будет отводиться в атмосферную среду. Для определения параметров кондиционера необходимо рассчитать объем приточного воздуха, подаваемого кондиционером за час работы.

Для расчета объема необходимого приточного воздуха воспользуемся формулой:

                                                    (6.1)

где Qизб – количество избыточной теплоты;

с – удельная теплоемкость воздуха;

пр – плотность приточного воздуха;

tвыт – температура вытяжного воздуха;

tпр – температура приточного воздуха.

Определим количество избыточной теплоты:

                                                 (6.2)

где Qч – количество теплоты, излучаемой человеком;

Qоб – количество теплоты, излучаемой оборудованием;

Qосв – количество теплоты, излучаемой осветительными приборами.

                                                        (6.3)

где n – количество человек;

qч – удельная теплота, выделяемая человеком (явное тепло при t = 20 С) ;

    (6.4)

где n – количество компьютеров;

kп – коэффициент тепловых потерь;

P – потребляемая мощность компьютера.

     (6.5)

где n – количество источников освещения;

P – потребляемая мощность каждого источника освещения.

Определим температуру вытяжного воздуха:

                                            (6.6)

где  – нарастание температуры воздуха на каждый 1 м высоты;

H – высота помещения.

Произведем расчеты:

,

Люминесцентные лампы типа ЛБ-20 имеют установленную мощность в 20 Вт.

,

,

При температуре равной 20 С, удельная теплота, выделяемая человеком принимается равной 80 Вт

,

,

.

По результатам расчетов получили, что объем приточного воздуха должен быть не менее 2266,6 м3 в час, что соответствует следующим сплит системам.

1. Одной канальной сплит-системе LG UB60/UU60 с параметрами:

– мощность охлаждения 16.4 кВт;

– параметры питающей сети 380-415/3/50 В/Гц;

– потребляемая мощность охлаждения 6 кВт;

– уровень шума внешнего блока 60 дБ;

– уровень шума внутреннего блока 49/47/45 дБ;

– производительность внутреннего блока 2700 м3/час;

– потребляемый ток в режиме охлаждения 10.5 A.

2.Двум кассетным сплит-системам LG UT36/UU37 с параметрами:

– мощность обогрева 11.2кВт;

– мощность охлаждения 10.5кВт;

– потребляемая мощность обогрева 4кВт;

– потребляемая мощность охлаждения 4кВт;

– уровень шума внутреннего блока 41/38/35дБ;

– производительность внутреннего блока 1440м3/час.

6.1.2.2 Недостаточная освещенность

Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомляемость, способствует повышению производительности труда, благотворно влияет на производственную среду, оказывая положительное психологическое воздействие на работающего, повышает безопасность труда и  снижает травматизм.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Существует три вида освещения - естественное, искусственное и совмещенное (естественное и искусственное вместе) [17].

Естественное освещение - освещение помещений дневным светом, проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях помещений. Естественное освещение характеризуется тем, что меняется в широких пределах в зависимости от времени дня, времени года, характера области и ряда других факторов.

Искусственное освещение применяется при работе в темное время суток и днем, когда не удается обеспечить нормированные значения коэффициента естественного освещения (пасмурная погода, короткий световой день). Освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным, называется совмещенным освещением.

Искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное. Рабочее освещение, в свою очередь, может быть общим или комбинированным. Общее - освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно или применительно к расположению оборудования. Комбинированное - освещение, при котором к общему добавляется местное освещение.

Согласно СНиП II-4-79 в помещений вычислительных центров необходимо применить систему комбинированного освещения.

При выполнении работ категории высокой зрительной точности (наименьший размер объекта различения 0,3…0,5мм) величина коэффициента естественного освещения (КЕО) должна быть не ниже 1,5%, а при зрительной работе средней точности (наименьший размер объекта различения 0,5…1,0мм)КЕО должен быть не ниже 1,0%. В качестве источников искусственного освещения обычно используются люминесцентные лампы типа ЛБ или ДРЛ, которые попарно объединяются в светильники, которые должны располагаться над рабочими поверхностями равномерно [17].

Требования к освещенности в помещениях, где установлены компьютеры, следующие: при выполнении зрительных работ высокой точности общая освещенность должна составлять 300лк, а комбинированная - 750лк; аналогичные требования при выполнении работ средней точности - 200 и 300лк соответственно.

Кроме того все поле зрения должно быть освещено достаточно равномерно – это основное гигиеническое требование. Иными словами, степень освещения помещения и яркость экрана компьютера должны быть примерно одинаковыми, т.к. яркий свет в районе периферийного зрения значительно увеличивает напряженность глаз и, как следствие, приводит к их быстрой утомляемости.

6.1.2.3. Возможность поражения электрическим током

При эксплуатации ЭВМ возникает следующий опасный фактор: опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через человека. Поражение электрическим током может возникнуть в результате прикосновения к оголенным проводам, находящимся под напряжением или к корпусам приборов, на которых вследствие пробоя возникло напряжение.

Различают четыре степени электротравм:

1 степень – у пострадавшего отмечается судорожное сокращение мышц без потери сознания;

2 степень – судорожное сокращение мышц у больного сопровождается потерей сознания;

3 степень – у пострадавшего наблюдается не только потеря сознания, но и нарушение сердечной деятельности и дыхания;

4 степень – больной находится в состоянии клинической смерти.

Электропитание ЭВМ осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

Перед подключением ЭВМ к сети обеспечивается либо наличие провода защитного заземления в розетке подключения ЭВМ, либо наличие заземляющего контура для внешнего заземления ЭВМ через заземляющий болт на задней крышке кожуха. Максимальное сопротивление цепи заземления 4 Ом.

Кроме того, токопроводящие части (провода, кабели) изолируются, приборы заземляются.

При работе аппаратуры запрещается:

– проверять на ощупь наличие напряжения токоведущих частей аппаратуры;

– применять для соединения блоков и приборов провода с поврежденной изоляцией;

– производить работу и монтаж в аппаратуре, находящейся под напряжением;

– подключать блоки и приборы к работающей аппаратуре.

Специфическая опасность электроустановок – токоведущие проводники, корпуса стоек ЭВМ и прочего оборудования, оказавшегося под напряжением в результате повреждения (пробоя) изоляции.

Согласно классификации правил эксплуатации электроустановок, помещение должно соответствовать первому классу: сухое, беспыльное помещение с нормальной температурой воздуха и изолированными полами.

Безопасность при работе с электроустановками регламентирует ГОСТ 12.1.038-82. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 – Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов (ГОСТ 12.1.038-82*)

Род тока

U, В, не более

I, mA

Переменный, 50Гц

2.0

0.3

Переменный, 400Гц

3.0

0.4.

Постоянный

8.0

1.0

Примечания.

1. Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействий не более 10 мин в сутки и установлены, исходя из реакции ощущения.

2. Напряжения прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25°С) и влажности (относительная влажность более 75%), должны быть уменьшены в три раза.

6.1.2.4. Воздействие шума и вибрации

Шум ухудшает условия труда, оказывая вредное действие на организм человека. Работающие в условиях длительного шумового воздействия испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т. д. Такие нарушения в работе ряда органов и систем организма человека могут вызвать негативные изменения в эмоциональном состоянии человека вплоть до стрессовых. Под воздействием шума снижается концентрация внимания, нарушаются физиологические функции, появляется усталость в связи с повышенными энергетическими затратами и нервно-психическим напряжением, ухудшается речевая коммутация. Все это снижает работоспособность человека и его производительность, качество и безопасность труда. Длительное воздействие интенсивного шума [выше 80 дБ(А)] на слух человека приводит к его частичной или полной потере[18].

В таблице 6.4 указаны предельные уровни звука в зависимости от категории тяжести и напряженности труда, являющиеся безопасными в отношении сохранения здоровья и работоспособности.

Таблица 6.4 - Предельные уровни звука, дБ, на рабочих местах

Категория напряженности труда

Категория тяжести труда

I. Легкая

II. Средняя

III. Тяжелая

IV. Очень тяжелая

I. Мало напряженный

80

80

75

75

II. Умеренно напряженный

70

70

65

65

III. Напряженный

60

60

-

-

IV. Очень напряженный

50

50

-

-

Уровень шума на рабочем месте математиков-программистов и операторов видеоматериалов не должен превышать 50дБА, а в залах обработки информации на вычислительных машинах - 65дБА. Для снижения уровня шума стены и потолок помещений, где установлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающими материалами. Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может быть снижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы.

6.1.3 Обеспечение пожарной безопасности

Мероприятия, устраняющие причины возникновения пожаров на предприятии, разделяются на строительно-технические и организационные.

Под пожарной безопасностью понимают – состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей.

В аудитории в которой производилась разработка ПО пожарная безопасность в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 обеспечивается системой предотвращения пожара и системой пожарной защиты. В компьютерной лаборатории вывешен «План эвакуации людей при пожаре», регламентирующие действия персонала в случае возникновения очага возгорания и указывающий места расположения пожарной техники. В необходимых местах размещены ручные огнетушители (углекислотные ОУ-8 в количестве 2шт).

Рассмотрим меры не допускающие возникновение пожара:

- контроль за исправностью электрооборудования и электропроводки;

- запрет с курения в неустановленных местах;

- техническое обслуживание и проверка исправности средств пожаротушения и пожарной сигнализации;

- уборка пыли в помещении и на всех периферийных устройствах.

Средствами обнаружения и оповещения о пожаре являются автоматические датчики-сигнализаторы о пожаре типа ДТП, реагирующие на повышение температуры. Средством оповещения сотрудников о пожаре служит специальная система звукового оповещения.

6.2 Экологичность

Стандарты требуют, чтобы оборудование в процессе эксплуатации не загрязняло среду обитания ни физическими, ни химическими и ни биологическими факторами выше нормативов безопасности и экологичности.

Влияние ПЭВМ на окружающую среду можно выделить по аспектам. Наличие звукоизоляции, ограждающих конструкций, присутствующих в рассматриваемом помещении шумы, вибрация, излучения и статические заряды не выходят за пределы ПЭВМ, значит, не влияют на состояние окружающей среды. Теплоизбытки от ПЭВМ, людей и искусственного освещения, которые посредством приточно-вытяжной вентиляции выходят за пределы ЭВМ; но их воздействие на окружающую среду невелико.

Отработанные расходные материалы не представляют повышенной опасности для окружающей среды, поэтому их утилизация за исключением бумаги и картона производится вместе с другими твердыми бытовыми отходами (ТБО). Образующаяся в процессе работы с системой ненужная бумажная документация (устаревшая, содержащая ошибки) подлежит сдаче на вторичную переработку и не наносит ущерба окружающей среде.

Разрабатываемое программное средство выполняет функции вспомогательного характера, которые применяются в производственном процессе и соответствуют нормам охраны окружающей среды, поэтому данный программный продукт не может отрицательно повлиять на экологичность основного производства.


Заключение

В результате выполнения дипломной работы была разработана программа «Справочная система по методам многомерной оптимизации», которая предназначается для формирования информационного обеспечения по методам многомерной оптимизации для выполнения лабораторных работ.

Для достижения результата были пройдены следующие задачи:

– спроектирована структура базы данных, содержащая всю необходимую информацию для подробного описания методов многомерной оптимизации;

– осуществлен выбор инструментария разработки: для программы – среда Delphi 7, для БД – СУБД MS Access 2003;

– создано информационное обеспечение, предназначенное для хранения в базе данных;

– разработан алгоритм работы приложения, структуры приложения и его пользовательского интерфейса;

– реализованы база данных и приложение;

– осуществлена опытная эксплуатация созданного программного обеспечения.

Составлено руководство пользователя по работе с ПС, указаны технические условия, порядок запуск программы, последовательность работы с экранными формами.

Рассчитаны затраты на разработку и затраты на сопровождение программного средства, продажная цена (7237,4 р.), годовые эксплуатационные издержки потребления (47925,87 р.), коэффициент конкурентоспособности (2,48) и коэффициент технической прогрессивности (1,44).

Произведен анализ условий труда разработчиков системы, описаны действия вредных факторов на человека, произведен анализ микроклимата помещения. Рассмотренные факторы экологичности не нанесут вреда здоровью человека при выполнении им правил работы за компьютером.


Список литературы

  1.  Агальцов В.П. Математические методы в программировании: учебник / В.П. Агальцов.  – 2-е изд., перераб. и доп.  – М.: ИД «ФОРУМ», 2010. – 240 с.
  2.  Кузнецов С. Д. Основы баз данных / С.Д. Кузнецов. – 2-е изд. – М.:  БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 484 с.
  3.  Классификация информационных систем – ИС http://www.itstan.ru/ it-i-is/klassifikacija-informacionnyh-sistem-is.html-0.
  4.  Классификация информационных систем  http://mimika87.narod2.ru/ klassifikatsiya_informatsionnih_sistem/.
  5.  Классификация электронных средств учебного назначения http://ido.tsu.ru/ss/?unit=223&page=650.
  6.  База данных Borland Interbase http://www.ibprovider.com/ rus/documentation/interbase.html.
  7.  Базы данных http://www.lessons-tva.info/edu/e-inf2/m2t4_2.html.
  8.  Microsoft Access http://allprogramm.com/microsoft-access-2010.html.
  9.  MS SQL http://www.xserver.ru/computer/database/mysql/10/.
  10.  Средства разработки программ http://www.infosoftcom.ru/ article/sredstva-razrabotki-programm.
  11.  Слепцова Л. Д. Программирование на VBA в Microsoft Office 2010 / Л.Д. Слепцова. –  М.: «Диалектика», 2010.  – 432 с.
  12.  Delphi 2007 http://www.delphimaster.ru/.
  13.  Хоменко А. Д. Delphi 7 / А.Д. Хоменко.  – СПб.: БХВ-Петербург, 2005.  – 1216 с.
  14.   Нейгел У. Visual C# 2008: базовый курс / У. Нейгел.  – М.: Диалектика, 2009. – 1205 с.
  15.  Наролина Т.С. Технико-экономические обоснование дипломных проектов: учеб. пособие. – Воронеж: ВГТУ, 2009. – 123 с.
  16.  СанПин 2.2.1./2.1.1.1278-03 Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещении. Жилых и общественных зданий.
  17.  СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение.
  18.  Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов / С.В. Белов,  В.А. Девисилов, А.В. Ильницкая и др; под. общ.  ред. С.В. Белова. 4-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая Школа, 2004. – 235 с.


Модель системы

(объекта или

процесса)

Входной параметр 1

Входной параметр 2

Входной параметр 3

ходной параметр n

Выходной параметр 1

Выходной параметр 2

Выходной параметр 3

Выходной параметр m-1

Выходной параметр m

Входной параметр n-1

Модуль главного окна программы

Классы

Методы

Алгоритмы

Лабораторные работы (ЛР)

Варианты ЛР

Методы - ЛР

Ввод данных в таблицы

Просмотр

методов

Просмотр

ЛР

Просмотр данных

Помощь

Справка

Ввод пароля

Смена пароля

Авторизация

пользователя

Поиск методов

Поиск ЛР

Поиск данных

База данных

Модуль связи

с базой данных

Ввод пароля

Загрузка

главного окна

Ввод

и коррекция

данных

Просмотр

данных

Поиск

данных

Просмотр справки

Смена

пароля

Ввод

данных о

классах

Ввод

данных о

методах

Ввод

данных об

алгоритмах

Ввод

данных

о ЛР

Ввод

данных о

вариантах ЛР

Привязка

методов к ЛР

Просмотр

методов

Просмотр

лабораторных работ

Поиск методов по классу

Поиск методов по названию

Поиск методов по имени ЛР

Поиск ЛР по названию

Поиск ЛР по названию

метода

Пуск

Выбор

критерия

поиска

Запрос

к таблице «Методы»

Запрос к таблицам «Классы» и «Методы»

Запрос к таблицам «ЛР», «Методы» и «Методы - ЛР»

Имя класса?

Имя метода?

Имя ЛР?

Останов

Ввод значения критерия

Ввод значения критерия

Ввод значения критерия

Формирование SQL-запроса

Формирование SQL-запроса

Формирование SQL-запроса

Вывод результатов

запроса

.

.

Да

Нет

Да

Да

Нет

Нет

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50893. Разработка простых компонентов. Внедрение компонента в сборку 35.5 KB
  Вывести массив объектов на экран с помощью цикла forech. Вывести список товаров хранящихся больше месяца и стоимость которых превышает 1 000 000 р. Вывести информацию о студентах у которых доход на члена семьи менее двух минимальных зарплат. Вывести информацию о рейсах которыми можно воспользоваться для прибытия в пункт назначения раньше заданного времени.
50896. Определение удельного сопротивления проводника 3.65 MB
  При этом нить с грузами зажимаются электромагнитом. 5 Порядок выполнения работы Подготовить машину Атвуда к работе: надеть на блок нить с двумя закреплёнными на ней грузами и проверить находятся ли они в равновесии....
50899. Распределение Больцмана, определение постоянной Больцмана 46.5 KB
  Проведение измерений и обработка результатов. Включили измерительные приборы. Подождали 5 минут до проведения измерений. Установили напряжение накала, равное 4,5 В. Прогрели лампу и зафиксировали ток накала лампы (Iн).