Связь между уровнями. Связь осуществляется при помощи

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»
(ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
Кавминводский институт сервиса (филиал)
(КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
Иванов Е.С.
Прикладные программные пакеты предприятий
Учебно-справочное пособие
Пятигорск
2013 г.
УДК 681.3
ББК 32.18
И 20
Кафедра «Информационные системы, технологии и связь»
Составители:
к.т.н., доцент кафедры Иванов Е.С.
Рецензент:
к.т.н., доцент Л.М. Осмоловский
И 20 Иванов Е.С. Прикладные программные пакеты предприятий. Учебно-справочное пособие - Пятигорск:
КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2013-98с.
Настоящее учебно-справочное пособие «Прикладные программные пакеты предприятий» предназначено для
студентов специальностей «Информационные системы и технологии» и «Инфокоммуникационные технологии».
Оно может быть рекомендовано также для студентов специальностей «Менеджмент организации» и «Сервис (по
отраслям)» по дисциплине «Информационные технологии в управлении» и может быть полезно для
специалистов – инженеров и менеджеров предприятий.
Учебно-справочное пособие печататается по решению Научно-методического совета КМВИС ФГБОУ ВПО
«ЮРГУЭС» для внутривузовского издания (протокол №4 от 08.02.2013 г.)
© КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»
© Иванов Е.С.
2
Содержание
Введение
Классификация информационных систем
Информационные системы управления предприятиями
Классификация программного обеспечения
● Программные текстовые пакеты
● Программные графические пакеты
● Программные звуковые пакеты
Прикладные математические пакеты
● Программные вычислительные пакеты
• MathCAD
• Mathematica
● Системы компьютерной алгебры
• Macsyma & PDEase
• Maple
● Программные моделирующие пакеты
• MatLab + Simulink
Статистика в информационных системах управления
Прикладные статистические пакеты
• Statistica
• SPSS
Системы автоматизированного проектирования
• AutoCAD
• nanoCAD
Пакеты схемотехнического проектирования
• P-CAD
• Proteus
Пакеты системотехнического проектирования
Пакет технологического управления станками с ЧПУ
Заключение
Рекомендуемая литература
Источники Интернет
Контрольные вопросы и тест
3
Введение
Основной деятельностью Человечества, обеспечивающей его выживание – сохранение и развитие, попрежнему является производство товаров и оказание услуг. Эта деятельность организуется в виде предприятий
разного рода. Создание машин и компьютеров, усиливших соответственно физиологические и интеллектуальные
возможности и способности человека, было непосредственно связано с этой деятельностью. Машины (machines)
появились раньше компьютеров (computers), поэтому последние вначале, «по инерции» тоже называли электронными
цифровыми вычислительными машинами. Основную деятельность обеспечивают и различные виды объединяющих
коммуникаций. Так Человек сначала «усилился» физически, а затем и интеллектуально, распространив эту «силу» в
пространстве. Об этом следует напомнить потому, что с началом эры персональных компьютеров (с 1980-х) их
интеллектуальная поддержка человека сместилась в сторону пропагандистской (через Интернет), бюрократической и
развлекательно-игровой деятельности. Первые ЭВМ создавались для фундаментальных и прикладных вычислений в
науке и технологиях. В переводе с английского computer – это вычислитель. В настоящее время по оптимистическим
оценкам только 30% компьютеров заняты вычислительными операциями. В России, представляется, этот процент ещё
ниже.
Если
представить жизненный цикл любого произведённого продукта – материального или
интеллектуального, то цикл разделяется на два созидательных периода: проектный и производственный (см. рис.1).
На всех этапах жизненного цикла продукта осуществляется компьютерная поддержка (CASE–средства): для
НИОКР – CAD и CAE, для ТПП и освоения производства – CAM, для серийного производства и модификаций –
PDM и PLM, интегрирующие процессы на этапах (См. разд. САПР). Следует отметить, что постоянное, регулярное
производство услуг в отличие от случайного их оказания, также требует автоматизации и компьютеризации, как и
производство товаров. В развитых странах ВВП от услуг превышает ВВП производства товаров. Деловой процесс
здесь нередко осложняется тем, что объектом производства услуги является человек, с его характерными
особенностями. Компьютеризация этого процесса должна соответствовать сервисологии – науке о человеческих
потребностях и их удовлетворении, которая сама опирается на естественно-научные основы сервиса и сервисную
деятельность, включая уже и психологию клиента.
эконом. эффект
+
PDM
САПР: CASE
CAD – CAE -CAM
п р о и з в о д с т в о PLM
освоение
серия
окупаемость
прибыль
модифик.
доп.
прибыль
Время
0
идея
за т р а т ы
_
НИР ОКР ТПП ОКР – опытно-конструкторская работа (D – design & development)
R&D
НИР – научно-исследовательская работа (R- research)
ТПП - технологическая подготовка производства
Рис.1. Жизненный цикл продукта.
В настоящее время процессы на обоих периодах автоматизированы: поддерживаются компьютерами с
прикладными программными пакетами. С позиции системологии программные пакеты представляют собой либо
комплекты, либо комплексы, либо системы. Усиление связи между отдельными программами наблюдается в
перечисленном порядке. Поэтому прикладные программные системы предпочтительнее (удобнее в работе) для
применения в информационных системах управления предприятиями (ИСУП). Они соответствуют и тенденции
создания компьютерных сетей. Суперпозиция программной системы и аппаратной системы создаёт архитектуру
информационно-вычислительной системы - базы ИСУП. Ну, а словосочетание «прикладной программный пакет»,
как говорится, «прижилось».
В данном Учебно-справочном пособии рассмотрены некоторые актуальные вопросы создания ИСУП и
приведены (даны комментарии на них) наиболее распространённые в России прикладные программные пакеты для
проектирования продуктов и управления производственными предприятиями. Выделены пакеты для проектирования
(моделирования) аппаратных и программных средств – основных видов обеспечений информационных систем. Сами
информационные системы не только встраиваются (хотелось бы избежать: внедряются) и интегрируются с
предприятиями, но и становятся основой организационно-управленческой архитектуры новых предприятий. Отсюда
следует, что ознакомление и изучение прикладных программных пакетов с учётом специфики предприятия вновь
представляется целесообразным и перспективным.
Классификация информационных систем
Информационные системы (ИС) преимущественно встраиваются в системы управления (СУ) объектами или
процессами. По отношению к ним они считаются подсистемами и обозначаются ИСУ. Классифицировать ИС можно
по различным признакам и принципам. В отечественной литературе ИСУ (ранее называли «автоматизированной» АСУ) классифицируют обычно по следующим признакам:
4
- по уровню иерархии управления (ИС управления отраслью, ИС корпорацией, ИС предприятием);
- по степени интеграции (локально-дифференцированные, интегрированные);
- по типу объекта управления (ИСУ предприятием, ИСУ производством, ИСУ технологическим процессом);
- по уровню автоматизации и информатизации управления (информационно-справочные системы, системы
обработки данных, информационно-советующие системы, системы принятия решений, экспертные системы);
- по характеру
технологических процессов на объекте управления (система управления дискретным
производством, система управления непрерывным производством).
В зарубежной литературе приводятся свои, несколько иные, классификации информационных систем. На
рис. 2 представлены следующие иерархические субординационные уровни «пирамиды» организации управления:
- стратегический,
- тактический,
- интеллектуальный (знаний),
- оперативный (эксплуатационный).
Рис. 2. Виды информационных систем
Каждый уровень в ИС подразделяют на координационно- функциональные подсистемы: маркетинга и
сбыта, производства, финансов, бухгалтерского учёта, администрации (управления персоналом). В производственную
- включают инновационную (иногда выделяют в особую подсистему), а в финансовую - страховую.
Различные организационные уровни обслуживаются четырьмя основными видами информационных систем:
системами стратегического уровня, системами тактического уровня, системами интеллектуального уровня знаний и
системами оперативного, эксплуатационного уровня.
Системы стратегического уровня представляют собой инструмент для руководителей высшего уровня (top
management) при подготовке стратегических исследований и длительных прогнозов для предприятия в различных
внешнеэкономических ситуациях. Эти системы должны отвечать, например, на следующие вопросы. Какие изделия
потребуется производить через пять лет и что для этого нужно? Какие специалисты потребуются для этого, и каков
будет уровень занятости? Каковы промышленные, финансово-экономические прогнозы на перспективу, и когда
можно ожидать подъём или спад? К этому уровню относятся экспертные системы с банками знаний, системы
принятия решений.
Системы тактического уровня предназначены, для обеспечения анализа, управления, контроля, принятия
решений и административных действий средних менеджеров (middle management). К данному уровню относятся
системы, направленные на решение задач, для которых информационные требования не всегда определённы и ясны.
Эти системы поддержки принятия решений часто должны отвечать на вопросы “что если?”. Какие коррективы
необходимо внести в календарный производственный план, если конъюнктура рынка позволит увеличить продажи в
пиковый период? Как изменятся дивиденды, если оплата продукции будет отсрочена на полгода? Ответы на эти
вопросы часто требуют новых данных, как внешних, так и внутренних, которые не могут быть получены от
существующих систем эксплуатационного уровня.
Системы интеллектуального уровня знаний обеспечивают инновационный процесс (R&D), автоматизацию
разработки новых видов продукции, создание и поддержку электронных архивов информации, представление и
извлечение новых знаний в/из электронных хранилищ, поддержку автоматизированного проектирования (CAD, Data
Warehousing, OLAP, Data Mining).
Системы операционного, эксплуатационного уровня обеспечивают операции учёта и контроля низового
менеджмента (low management). Например, учёт продаж, учёт кадров, бухгалтерский учёт, логистика (управление и
контроль движения материалов). Системы данного уровня представляют собой относительно простые системы
обработки данных.
В соответствии с зарубежной классификацией выделяют шесть основных типов информационных систем.
Организация имеет исполнительные системы поддержки руководства – Executive Support Systems (ESS) на
стратегическом уровне; управляющие информационные системы - Management Information Systems (MIS) и
системы поддержки принятия решений - Decision Support Systems (DSS) на тактическом, управленческом уровне;
системы управления знаниями Knowledge Work System (KWS) и системы автоматизации делопроизводства - Office
Automation System (ОАS) на уровне знаний; и системы обработки транзакций - Transaction Processing Systems
(TPS) на эксплуатационном уровне.
Таким образом, информационные системы в организациях различного назначения разработаны для
поддержки эффективности деятельности менеджеров и служащих на каждом уровне. Каждая из различных видов
систем может иметь компоненты, которые используются различными уровнями управления, одновременно. Следует
5
отметить также, что наиболее эффективны интегрированные ИС, объединяющие функции различных уровней
управления и всех функциональных подсистем.
Применение ИС для получения конкурентных преимуществ. Информационные технологии (ИТ),
представляемые ИС, в настоящее время играют стратегическую роль, поскольку помогают организации получить
конкурентные преимущества. Однако сами по себе ИТ и ИС не дают конкурентных преимуществ, для этого их нужно
целесообразно использовать для поддержки стратегии конкуренции. Стратегическими ИС называют такие ИС,
которые могут изменять цели деятельности корпорации (предприятия), его изделия и сопутствующие услуги для
получения конкурентных преимуществ.
Корпорация использует ИТ на трёх различных уровнях конкурентной стратегии: уровень отрасли, уровень
корпорации (фирмы), уровень предприятия. Вообще не существует одной стратегической ИС, охватывающей все
уровни стратегии. Для различных уровней используются различные системы: для каждого уровня бизнес-стратегии
предприятия существует стратегия использования ИС, и модель для анализа и оценки использования ИС. В табл.1
отражены стратегии, модели и информационные технологии для каждого уровня конкуренции.
Таблица 1. Уровни стратегии, модели и информационные технологии
Уровень
Стратегия
Модель
Информационные
сети,
информационные
технологии
Отрасль
Кооперация,
стандарт
Фирма
Синергетика,
компетенции,
Предприятие
Снижение
дифференциация,
конкуренции
лицензия,
Модель конкурентных сил,
сетевая экономика
центр
Центр компетенции (core
competition)
затрат,
анализ
Цепочка
добавления
потребительской стоимости
(value chain)
Телекоммуникации,
информационное
партнерство
Системы знаний, системы
организационного
управления
Custom
Relationship
Management (CRM), Supply
Chain
Management
(SCM),Datamininq
Более подробно остановимся на стратегии уровня предприятия и цепочке добавления потребительской
стоимости. Ключевой вопрос стратегии этого уровня «Как можно эффективно конкурировать на отдельном рынке?»
Это может быть рынок кабельного телевидения, автомобильных пассажирских перевозок, туризма и т.д. Основными
конкурентными стратегиями этого уровня являются:
1. Стратегия приоритета по издержкам производства;
2. Стратегия дифференциации изделий (диверсификации);
3. Стратегия изменения сферы конкуренции.
В настоящее время положение с использованием персонального компьютера для математических расчётов на
предприятиях изменяется. Это связано с появлением мощных универсальных и простых в применении
интегрированных систем - пакетов прикладных программ, которые являются основной формой специализированного
программного обеспечения вычислительных машин в настоящее время. Под пакетом прикладных программ следует
понимать комплекс взаимосвязанных прикладных программ и системных средств, позволяющих решать некоторый
класс задач. Такое понимание пакета позволяет охватить достаточно широкий круг программных разработок,
имеющих своей целью повышение уровня прикладного использования вычислительной машины путем совмещения
прикладных и системных программ. По мере развития программного обеспечения, умение применять пакеты
прикладных программ становится ведущей компонентой компьютерной грамотности человека. Велика роль пакетов
прикладных программ в образовании. Облегчая решение сложных задач, они снимают психологический барьер в
изучении математики и делают этот процесс более интересным и простым. При правильном применении пакетов
прикладных программ в учебном процессе пакеты обеспечивают повышение уровня фундаментального
математического образования.
Информационные системы управления предприятиями
Концепция MRP (Material Resource Planning). К 1990-м идея создания единой модели данных в рамках
предприятия (организации) стала привлекать внимание международных промышленных компаний, которые
стремились упростить управление производственными процессами. Первым шагом в данном направлении стала
концепция MRP (Materials Resource Planning) - планирование материальных ресурсов, включавшее планирование
только материалов для производства. Когда ряд американских специалистов в области управления разработали
концепцию MRP, было замечено, что существует два типа материалов - с зависимым спросом (для выпуска десяти
автомобилей нужно пятьдесят колес, включая запасные - не больше и не меньше - к определенному сроку) и с
независимым спросом (типичная ситуация с запасами для торговых предприятий).
Основная концепция MRP в том, чтобы минимизировать издержки, связанные со складскими запасами (в том
числе и на различных участках в производстве). В основе этой концепции лежит следующее понятие - Bill Of Material
(BOM) - спецификация изделия, за которую отвечает конструкторский отдел, которая показывает зависимость спроса
на сырьё, полуфабрикаты и другие комплектующие от плана выпуска (бюджета реализации) готовой продукции.
6
При этом очень важную роль играет время. Для того чтобы учитывать время, системе необходимо знать технологию
изготовления продукции, последовательность операций и их продолжительность («технологическую цепочку»). На
основании плана выпуска продукции, BOM- спецификации и технологической цепочки осуществляется расчёт
потребностей в материалах, привязанный к конкретным срокам.
Концепция MRP II. Концепция MRP имеет серьёзный недостаток, заключающийся в том, что при расчёте
потребности в материалах не учитываются (как минимум) производственные мощности, их загрузка, стоимость труда
и другие показатели. Вследствие этого возникла концепция MRP II (Manufacturing Resource Planning),
предполагающая планирование производственных ресурсов. Концепция MRP II позволяла планировать все
производственные ресурсы предприятия: сырье, материалы, оборудование, персонал. Впоследствии концепция MRP II
развивалась, и к ней постепенно добавлялись возможности по учёту остальных затрат предприятия - появилась
концепция ERP (Enterprise Resource Planning - Планирование ресурсов предприятия), называемая иногда также
планированием ресурсов в масштабе предприятия (Enterprise-wide Resource Planning). Концепция ERP была
развитием MRP II.
Краткая характеристика функциональных модулей MRP II
Связь между уровнями. Связь осуществляется при помощи универсальной формулы: задача планирования на каждом
уровне реализуется как ответ на три вопроса:
1. Что необходимо выполнить?
2. Что необходимо для этого?
3. Что имеется в настоящее время?
В качестве ответа на первый вопрос всегда выступает план более высокого порядка. Этим и обеспечивается
связь между уровнями.
1. Бизнес-планирование (BP - Busines Planning). Процесс формирования плана предприятия наиболее
высокого уровня. Планирование долгосрочное, план составляется в стоимостном выражении. Наименее
формализованный процесс выработки решений.
2. Планирование продаж и деятельности предприятия в целом (S&OP- Sales and Operations Planning).
Бизнес-план преобразуется в планы продаж основных видов продукции (как правило, от 5 до 10) . При этом
производственные мощности могут не учитываться или учитываться укрупнённо. План носит среднесрочный
характер.
3. Планирование производства (PP- Production Planning). План продаж по видам продукции преобразуется в
объёмный или объёмно-календарный план производства видов продукции. В качестве плановых единиц
выступают изделия, но представления о них носят усреднённый характер (например, все автомобили с передним
приводом, но без уточнения модели).
4. Формирование графика выпуска продукции (MPS - Master Production Scheduling). План производства
преобразуется в график выпуска продукции. Как правило, это среднесрочный объемно-календарный план,
задающий количества конкретных изделий (или партий) со сроками их изготовления.
5. Планирование потребностей в материальных ресурсах (MRP - Material Requirements Planning). В ходе
планирования на этом уровне определяются, в количественном выражении и по срокам, потребности в
материальных ресурсах, необходимых для обеспечения графика выпуска продукции.
6. Планирование производственных мощностей (CRP - Capacity Requirements Planning). В этом модуле,
как правило, выполняются расчёты по определению и сравнению располагаемых и потребных производственных
мощностей. С небольшими изменениями модуль может применяться не только для производственных мощностей, но
и для других видов производственных ресурсов, способных повлиять на пропускную способность предприятия.
7. Оперативное управление производством (несколько видов, например, Just-in-Time – «точно-в-срок»). Здесь
формируются оперативные планы-графики. В качестве планово-учётных единиц могут выступать детали (партии),
сборочные единицы глубокого уровня, детале-операции, партие-операции. Период, охватываемый планированием,
невелик (от дней до месяца).
Основные недостатки систем класса MRP II
 Ориентация системы управления предприятием исключительно на имеющиеся заказы, что
затрудняет принятие решений на длительную, среднесрочную, а в ряде случаев и на кратковременную перспективу;
 Слабая интеграция с системами проектирования и конструирования продукции, что особенно
важно для предприятий, производящих сложную продукцию;
 Слабая интеграция с системами проектирования технологических процессов и автоматизации
производства;
 Недостаточное насыщение системы управления функциями управления затратами;
 Отсутствие интеграции с процессами управления финансами и кадрами.
Концепция ERP (Enterprise Resource Planning) – это планирование
ресурсов предприятия. В основе ERP
лежит принцип создания единого хранилища данных (repository), содержащего всю деловую информацию,
накопленную организацией в процессе ведения деловых операций, включая финансовую информацию, данные,
связанные с производством, управлением персоналом, или любые другие сведения. Это устраняет необходимость в
передаче данных от системы к системе. Кроме того, любая часть информации, которой располагает данная
организация, становится одновременно доступной для всех работников, обладающих соответствующими
полномочиями.
Концепция ERP стала очень известной в производственном секторе, поскольку планирование ресурсов
позволило сократить время выпуска продукции, снизить уровень товарно-материальных запасов, а также улучшить
7
обратную связь с потребителем при одновременном сокращении административного аппарата. Стандарт ERP
позволил объединить все ресурсы предприятия, таким образом, добавляя управление заказами, финансами и т.д.
Сейчас практически все современные западные производственные системы и основные системы управления
производством базируются на концепции ERP и отвечают её рекомендациям, которые вырабатываются американской
общественной организацией APICS, объединяющей производителей, консультантов в области управления
производством, разработчиков ПО (табл. 2).
К сожалению, большинство из российских систем управления
производством не удовлетворяет даже требованиям MRP, не говоря уже обо всех остальных более продвинутых
концепциях.
Концепция ERP II (Enterprise Resource & Relationship Processing) - это управление ресурсами и внешними связями
предприятия.
Концепция CSRP (Customer Synchronized Resource Planning). Основная суть концепции CSRP в том, чтобы
интегрировать Заказчика (Клиента, Покупателя ) в систему управления предприятием. CSRP включил в себя полный
цикл от проектирования будущего изделия, с учётом требований заказчика, до гарантийного и сервисного
обслуживания после продажи.
Таблица 2. Переход от концепции ERP к концепции ERP II.
Самый последний по времени стандарт CSRP (Customer Synchronized Resource Planning) охватывает также и
взаимодействие с клиентами: оформление наряд-заказа, техническое задание, поддержка заказчика на местах. Таким
образом, если MRP, MRP-II, ERP ориентировались на внутреннюю организацию предприятия, то CSRP включил в
себя полный цикл от проектирования будущего изделия, с учетом требований заказчика, до гарантийного и
сервисного обслуживания после продажи. Основная суть концепции CSRP в том, чтобы интегрировать заказчика
(клиента, покупателя) в систему управления предприятием. Другими словами, не отдел сбыта, а сам покупатель
непосредственно размещает заказ на изготовление продукции, соответственно сам несёт ответственность за его
правильность, сам может отслеживать сроки производства и поставки. При этом предприятие может чётко
отслеживать тенденции спроса и другие конъюнктурные показатели.
Концепция CRM (Customer Relationship Management). В основе – идея максимального приближения к клиенту.
Прежде всего – стратегия, ориентированная на то, чтобы:
 Идентифицировать клиентов;
 Привлечь новых клиентов;
 Удержать существующих клиентов;
 Оптимизировать бизнес-процессы;
 Повысить уровень удовлетворённости;
 Извлечь максимальную финансовую выгоду.
Концепция CRM оптимально вписалась в требования, предъявляемые к системам класса ERP II/ CSRP. Так,
что иногда её перестали отождествлять с отдельной системой, и просто говорят о ней как об одном из модулей. Но
при этом необходимо постоянно помнить, что данная система прежде всего – стратегия. Стратегия, очень часто
заставляющая предприятия, решившие её внедрить, практически полностью пересматривать все устоявшиеся бизнеспроцессы и способы взаимодействия с клиентами. Присоединив к CRM модуль «Сервисный центр», можно создать
предприятие, в котором каждый клиент почувствует внимание к нему и свою значимость для данного предприятия.
И «приручив» клиента, можно сделать его своим, если не другом, то преданным сторонником.
Практические рекомендации по внедрению ИСУП. Для крупных корпораций широкие функциональные
возможности, но длительное и трудное внедрение обеспечивают лидеры: SAP, Oracle, J.D.Edwards. Для средних
предприятий приемлемую стоимость, гибкость в настройке, возможность доработки по требования заказчика
предоставляют: Microsoft Navision, Microsoft Axapta, Scala, Platinum. Российские системы: БОСС-Корпорация,
Галактика, Парус 8.x, БЭСТ-ПРО, 1С: Предприятие 8.
Есть несколько классов систем. Первый – системы большой функциональности, рассчитанные на крупные
корпоративные структуры. Такие системы отличают очень широкие функциональные возможности (как в учёте, так и
в анализе хозяйственной деятельности), а также длительное и трудоёмкое внедрение. Однако системы помогают
навести полный порядок в управлении финансами. Лидерами в этом классе являются SAP, Oracle, J.D.Edwards.
8
Так называемые middle-ERP ориентированы на средний рынок (MBS-Navision, MBS-Axapta, Scala, Platinum).
Стоимость их приемлемая, они гибки в настройке и доработке под специфические требования заказчика. Однако у
этих систем возможности для планирования и составления бюджета всё же ограничены. Для более глубокого анализа
к ним можно добавлять «надстройки», это могут быть специальные продукты Adaytum Planning или Oracle Financial
Analyzer. Задачи малого бизнеса почти всегда могут решаться простейшими средствами: учёт в «1С:» и аналитика в
Excel».
Вообще, все нынешние ERP-системы были первоначально системами бухгалтерскими или финансовыми.
Потом к ним приписывались модули «Производство», «Логистика», «Склад», «Кадры», «Клиент» и т.д., но
финансовый модуль всё равно был и остаётся в любой системе самым главным, потому что сюда стекается вся
информация обо всех транзакциях, проводимых предприятием. В нём есть обычно так называемая «главная книга»,
есть модули «Управление отношениями с кредиторами», «Кэш-фло» (движение денежных средств) и т.д. Другими
словами, финансовый модуль выполняет в ERP-системе функцию оперативного учёта.
Таблица 3. Виды ИСУП на Российском рынке.
Название тиражируемой ИСУП
Класс
ИСУП для крупных предприятий
R/3
ERP
Вааn
ERP
2
ERP
Oracle Applications
OneWorld J.D. Edwards
ERP
ИСУП для средних предприятий
2
CSRP
SyteLine (разработчик Symix)
iRenaissance.ERP (разработчик Ross Systems)
ERP
Mfg/Pro (разработчик ОАD)
ERP
MAX (разработчик МАХ International)
ERP
IFS (Industrial & Financial Systems)
ERP
PRMS (разработчик Computer Associates)
ERP
Navision Axapta (Microsoft Business Solutions
ERP
ИСУП для малых и средних предприятий
2
ERP
Navision Attain (ранее Concorde XAL)
Exact
ERP
Platinum ERA22
ERP
Scala
ERP
2
MRP
БОСС-Корпорация (с модулем "Производство")
Галактика2
Парус 8.x
MRP
1С: Предприятие 8
БЭСТ-ПРО 3.02
MRP II
Флагман
Монополия
Эталон
Альфа
1С: Предприятие 7.7 (с модулем "Производство")
Использованы данные аналитического отчета "Выбор тиражируемой интегрированной системы управления
предприятием", раз в полгода выпускаемого независимой исследовательской компанией RC Group и корпорацией
"МетаСинтез" (подробнее см. www.RussianEnterpriseSolutions.com). Они не претендуют на абсолютную полноту, но
отражают некое усреднённое состояние исследований.
2
Системы подробно представлены в аналитическом отчете и за их правильную квалификацию эксперты RC Group и
"МетаСинтез" несут ответственность. Остальные системы квалифицированы так, как это представляют их
разработчики.
1
Теория и практика внедрения. Главный вопрос, который беспокоит руководителя в первую очередь – что лучше:
российская система, учитывающая всю специфику отечественного бизнеса, или западная система, построенная на
«западных» принципах учета? Можно сказать одно: вопрос не корректен. Более логично спросить, что нужно
предприятию в первую очередь: отечественный бухгалтерский учёт или планирование и учёт товарно-материальных
потоков всего предприятия. Заслуживает внимания то обстоятельство, что все серьёзные КИС, активно внедряемые
на Российском рынке, в первую очередь, стараются «локализировать» свои версии, приводя их в полное соответствие
с российскими реалиями.
Реалии эти таковы: свои версии информационных систем управления предприятиями типа «1С: Бухгалтерия»
или «1С: Предприятие» дополняются отдельными программными пакетами типа «Кадры» или «Персонал»,
никоим образом не интегрируемыми с другими пакетами. В этом направлении они «не дотягивают» даже до системы
9
MRPII. Поэтому, если позволяет финансирование, следует выстраивать стратегию практики внедрения ИСУП по
следующей управленческой цепочке: MRPII - ERP - ERPII - CSRP.
Стоимость систем возрастает слева направо и снизу вверх в таблице «Виды ИСУП». Безусловно, выбор ИСУП
зависит не только от финансовой состоятельности предприятия или корпорации, но и от специфики
их
деятельности: производства продукции, персонала и клиентуры. Последней в условиях рыночной конкуренции
нужно особенно дорожить. Для этого требуется особенно тщательный отбор (не просто подбор!) кадров и персонала,
а для осуществления его необходимо привлекать и методические разработки такого отбора и соответствующий
инструментарий, прежде всего информационные системы управления персоналом как составляющую компоненту
корпоративных ИСУП. При обсуждении и предложении тех или иных корпоративных ИСУП имелись в виду
прежде всего информационное и программное обеспечения этих систем. Что касается технического (аппаратурного)
обеспечения, то оно типовое: персональные компьютеры, периферийное оборудование и телекоммуникационные
средства. В настоящее время чаще всего организуются корпоративные информационные сети: для малых
предприятий - LAN (ЛВС), для крупных и средних - WAN. Эти сети, как правило, имеют выход в глобальную сеть
INTERNET через технологию Intranet.
Классификация программного обеспечения ИС
Программное обеспечение (ПО) — комплекс или система (пакет) программ, обеспечивающих обработку или
передачу данных в вычислительной системе, предназначенных для многократного
применения разными
пользователями. В настоящее время для обозначения программного обеспечения (программных средств) часто
используют жаргонизм soft ware (или даже soft), буквально означающий «мягкий товар», в отличие от жаргонизма
hard ware («жёсткий товар»), представляющего аппаратное обеспечение информационных систем. Правда,
инженеры ещё «не сподобились» называть свою аппаратуру hard –ом, а программисты, «высокомерные
компьютерные гении», обзывают её «железом», хотя самого Ferrum-a в ней немного.
Программа - это упорядоченные последовательности команд. Цель создания любой компьютерной
программы - управление аппаратными средствами (аппаратным обеспечением). Программное и аппаратное
обеспечения в компьютере обеспечивают функционирование системы совместно: нет основного и второстепенного,
ведущего и ведомого. Состав программного обеспечения вычислительной системы, являющейся, в свою очередь,
подсистемой ИС, называют программной конфигурацией.
Между программами, как и между аппаратными узлами и устройствами (блоками, модулями), существует
иерархическая взаимосвязь - многие программы функционируют, опираясь на другие программы более низкого
уровня («межпрограммный интерфейс»). Реализация такого «интерфейса» тоже основана на существовании
технических условий и протоколов взаимодействия.
Практически он обеспечивает распределение ПО по
взаимодействующим
уровням. Уровни ПО представляют собой «пирамидальную» иерархическую структуру:
каждый последующий уровень опирается на ПО предшествующих уровней. Такое распределение удобно для
взаимодействия с вычислительной системой, начиная с установления программ до практической эксплуатации и
технического обслуживания. Каждый верхний уровень повышает потенциальную функциональность всей системы:
например, вычислительная система с ПО базового уровня, неспособная выполнять большинство функций, позволяет
установить системное ПО, повышающее её возможности. Базовый уровень ПО — самый низкий уровень ПО. Он
отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства
непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, содержащих
постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Английская аббревиатура ROM (Read Only Memory). Программы и
данные записываются («прошиваются») в микросхемах ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в
процессе эксплуатации. В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации
является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ).
Английская аббревиатура EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory). В этом случае изменение
содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (флэш-технология), так и
вне её, на специальных устройствах, называемых программаторами.
Система программирования (programming system) – это некоторый состав связанных между собой средств,
предназначенных для автоматизации процессов программирования, который включает в себя: язык
программирования, редактор программ, компилятор или интерпретатор программ, а также набор вспомогательных
средств (например, библиотек подпрограмм) и документации, обеспечивающих и облегчающих подготовку
программных продуктов. Примерами систем программирования могут служить Тuгbо С, Тuгbо С++ и Тuгbо Раsсаl
(разработки фирмы Вогlаnd, Microsoft С, Quick С и Microsoft Basic (фирмы Microsoft) VIP -ВА8IС v 1.5.Mainstay (для
ПК серии Macintosh).
Прикладная программа, или приложение (application program) - программа, предназначенная для решения
задач или целого класса задач, связанных с обработкой данных в определённой предметной области деятельности.
Интерфейс прикладных программ - АPI (Арр1iсаtions Ргоgram Interface) - стандартная программная среда,
включающая сервисные программы, протоколы и другое сопровождение, при помощи которого могут быть написаны
прикладные программы, совместимые с операционной системой и имеющие одинаковый пользовательский
интерфейс.
Интерфейс прикладного программирования - АРI (Application Programming Interface) - совокупность
стандартных процедур, вызовов, программных прерываний, задания форматов данных и других программных
средств, которые должны использоваться прикладными программами для реализации своих функций.
10
Языки программирования. В настоящее время в мире существует несколько сотен (хотя разрабатывались,
вероятно, тысячи) реально используемых языков программирования, для каждого из которых существует своя
область применения. В зависимости от степени детализации предписаний обычно определяется уровень языка
программирования: чем меньше детализация, тем выше уровень языка. По этому критерию представляют следующие
уровни языков программирования (слово «машинные» сохранилось с тех времён, когда компьютеры называли ещё
ЭВМ):
- машинные;
- машинно-ориентированные (ассемблеры);
- машинно-независимые (языки высокого уровня).
Машинные языки и машинно-ориентированные языки - это языки низкого уровня, требующие указания
мелких деталей процесса обработки данных. В настоящее время они даже в специализированных ИСУ практически
не используются. Языки высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного
языка и общепринятые математические символы. Эти языки более удобны для человека: легче изучать и применять.
Языки высокого уровня представлены тремя группами:
- алгоритмические (Ada, Ваsic, Pascal, C), которые предназначены для описания алгоритмов;
- логические (Lisp, Prolog), которые ориентированы не на разработку алгоритма решения задачи, а на
систематическое и формализованное описание задачи; решение должно следовать из составленного описания;
- объектно-ориентированные (Object, TurboPascal, C++, Java), в основе которых заложено понятие объекта,
сочетающего в себе данные и действия над нами. Программа на объектно-ориентированном языке при решении
задачи, по сути, описывает связи и условия, относящиеся к этой задаче, действительность как взаимодействие
объектов, а не взаимодействие процедур.
Каждый компьютер по-прежнему имеет свой машинный язык (совокупность машинных команд, или
инструкций), который отличается числом адресов в команде, назначением данных, задаваемых в адресах, составом
операций, которые может выполнять Вычислитель. При программировании на машинном языке программист может
держать под своим контролем каждую команду и каждую ячейку памяти, использовать все возможности имеющихся
машинных операций. Однако процесс написания программы на машинном языке очень трудоёмкий и утомительный.
Программа получается громоздкой, труднообозримой, её трудно отлаживать, изменять и развивать. В случае, когда
нужно иметь эффективную программу, в максимальной степени учитывающую специфику конкретного компьютера,
вместо машинных языков используют близкие к ним машинно-ориентированные языки (ассемблеры). Язык
Ассемблера - это система обозначений, используемая для представления в более удобной форме программ,
записанных в машинном коде. Он позволяет программисту пользоваться текстовыми мнемоническими, относительно
легко запоминаемыми кодами, по своему усмотрению присваивать символические имена регистрам компьютера и
памяти, а также задавать удобные для себя способы адресации. Кроме того, он позволяет использовать различные
системы счисления (например, десятичную или шестнадцатеричную) для представления числовых констант,
использовать в программе комментарии. Перевод программы с языка ассемблера на машинный язык осуществляется
специальной программой, которая также называется ассемблером и является простейшим транслятором.
Транслятор (англ. translator - переводчик) - это программа-переводчик, которая преобразует программу,
написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд. Трансляторы
реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения функций переводчика
компилятор и интерпретатор существенно различаются. Программа – компилятор сначала переводит всю программу,
написанную на каком-либо языке высокого уровня, затем эта программа выполняется с числовыми данными.
Программа – интерпретатор переводит предложенную программу по блокам с последующим выполнением
переведённых операций, постепенно продвигаясь к завершению всей программы. По блочному принципу программыинтерпретатора была построена в 1960 году первая специальная система имитационного моделирования дискретных
систем GPSS. Заложенные в неё прогрессивные принципы позволили этой системе имитации не только
сохраняться и развиваться в течение полувека, но и адаптироваться к современным компьютерам с визуализацией
процесса имитации. Нужно всегда помнить, что с помощью языка программирования создаётся не готовая
программа, а только её текст, описывающий ранее разработанный алгоритм. Чтобы получить работающую программу,
необходимо этот текст либо автоматически перевести в машинный код (для этого программы-компиляторы) и затем
использовать отдельно от исходного текста, либо сразу выполнять команды языка, указанные в тексте программы (для
этого программы-интерпретаторы).
Одна из задач автоматизации труда и повышения эффективности научных исследований - ориентация на
применение компьютеров пользователями, не владеющими языками программирования. Такой подход позволяет
преодолевать языковой барьер, отделяющий человека от компьютера. С этой целью разрабатываются прикладные
программные пакеты (ППП) и, в частности, прикладные математические пакеты (ПМП), рассчитанные на широкие
круги специалистов.1 В настоящее время разработано и продолжают разрабатываться много математических пакетов,
которые формируют, так называемую, компьютерную математику. Наиболее заметный вклад в неё вносят следующие
создатели программных математических пакетов:
- MathSoft, создатель MathCAD + МathSoft Axum (Мathsoft. com);
- MathWorks, создатель МatLab (Mathworks. Com);
Название «пакеты прикладных программ» при той же аббревиатуре ППП имеет несколько иной смысл: комплект
прикладных программ, относительно слабо связанных между собой.
1
11
- Waterloo Марlе, создатель ПМП Maple (Maplesoft.com);
- Wolfram Research, создатель ПМП Mathematica (Wolfram.com);
- Exponenta.ru - образовательный математический сайт
для преподавателей математики и студентов, изучающих
высшую математику.
- Mathem.by.ru - образовательный сайт Mаthematica on-line
со справочной информацией по математическим дисциплинам.
Системный уровень. Программы на этом уровне обеспечивают организацию взаимодействия других
программ вычислительной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением.
Системные программы - это программы общего пользования, выполняемые вместе с прикладными программами и
служащие для управления ресурсами компьютера: центральным процессором, памятью, вводом-выводом. Системные
программы предназначены также для поддержания работоспособности системы обработки информации и
повышения эффективности её использования. Различают программы: системные управляющие и системные
обслуживающие. Системное программное обеспечение разрабатывается для эффективного выполнения прикладных
программ. Среди десятков тысяч системных программ особое место занимают операционные системы, которые
обеспечивают управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования. Важным классом
системных программ являются также программы вспомогательного назначения - утилиты (латин. utilitas - польза).
Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают
самостоятельные необходимые задачи. Вот некоторые разновидности утилит:
- программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности
функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают
причину и место неисправности;
- программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению
устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и др.; с помощью драйверов возможно подключение к
компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;
- программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно,
а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;
- антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и
ликвидации последствий заражения вирусами;
- программы оптимизации и контроля качества дискового пространства; программы
восстановления
информации, форматирования, защиты данных; коммуникационные программы, организующие обмен информацией
между компьютерами;
- программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;
- программы для записи CD-ROM, CD-R и многие другие.
Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует автономно, независимо
от неё.
От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей
вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования
на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим
оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются
драйверами устройств (сканеров, принтеров) — они входят в состав программного обеспечения системного уровня.
Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно, благодаря
им, он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять её функционированием и
получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения
пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность
труда на рабочем месте.
Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы
компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к
установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое
главное, к взаимодействию с пользователем. Другими словами, наличие ядра операционной системы - непременное
условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.
Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового
уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также иногда
называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во
многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые
служебные программы изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ
являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций. В разработке и эксплуатации
служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и
автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства
системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с
системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной
настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.
12
Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс или
систему, но чаще говорят - пакет прикладных программ (ППП), с помощью которых на данном рабочем месте
выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий весьма широк: от производственных, творческих до
обучающих, игровых. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной
техники обусловлен интеллектуальной деятельностью человека во всех сферах жизни и наличием разработанных к
настоящему времени прикладных программ для этой деятельности.
Поскольку между системным и прикладным уровнями ПО существует непосредственная взаимосвязь (второе
опирается на первое), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного
программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа
используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит её ядро, как она обеспечивает
взаимодействие комплекса «человек - программа – аппарат». Но всё-таки пользователя ИС интересуют программы,
позволяющие решать конкретные, практически необходимые задачи. Собственно говоря, ради этого и создавались
первые компьютеры и вся вычислительная техника, которая вместе с современными коммуникациями образует
информационные системы в виде сетей. Программы, с помощью которых пользователь непосредственно решает
свои информационные задачи, не прибегая к программированию, называются прикладными программами.
Прикладные программы делятся на программы общего и специального назначения.
Программы общего назначения: текстовые и графические редакторы, системы управления базами данных
(СУБД), табличные процессоры, коммуникационные (сетевые) программы. К этому классу программ примыкают так
называемые офисные программы, в пакет которых входят различные органайзеры и т.п.
Программы специального назначения:
системы автоматизированного проектирования (например:
AutoCAD), экспертные системы, программы для проведения сложных математических расчётов (например:
MathCAD), программы для профессиональной деятельности (например: 1С: Предприятие 8.0). Эти программы
подразделяют на методо-ориентированные (MathCAD) и проблемно-ориентированные (1C: Предприятие). Из
специальных программных пакетов выделяют специализированные (например: COMNET).
К программному обеспечению относится также вся область деятельности по проектированию и разработке
ПО:
- технология проектирования программ
(например, восходящее и нисходящее проектирование,
структурное проектирование и модульное проектирование,
объектно-ориентированное проектирование);
- методы тестирования программ и доказательства валидности программ;
- анализ качества программ и документирование программ;
- разработка и применение программных средств, ускоряющих
процесс проектирования ПО.
В настоящее время существуют программные системы программирования для разработки прикладных
программ. Они также являются средствами информационных технологий. Однако, эти системы программирования
нужны далеко не всем пользователям ИС, тогда как системное и прикладное ПО необходимо любому пользователю.
Программное обеспечение - неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим
дополнением аппаратурных средств. Но сфера применения конкретного компьютера определяется именно созданным
для него ПО. Оно определяет программно-временную логику функционирования компьютера. Эту логику и
прикладные данные предметной области представляют программы. Компьютер не обладает этими «знаниями», пока
в него не «запишут» эти программы, созданные программистом. Хотя функции адаптации к тем или иным условиям,
приобретаемые компьютером благодаря самообучению, самопрограммированию и вообще самоорганизации, не
относятся уже к далёкой фантастике. Элементы и компоненты этих функций существуют уже в настоящее время.
Будущее за адаптивными информационными системами.
Программное обеспечение современного компьютера разнообразно соответственно многообразию задач,
решаемых пользователями с его помощью, и множеством операций, выполняемых устройствами компьютера. Все
программные модули взаимосвязаны через системные, управляющие программы. Часть модулей «взаимодействует»
с пользователем, часть - выполняется автоматически. Каждая из программ выполняет свои функции, а все вместе они
обеспечивают автоматизированное выполнение информационных процессов при решении задач пользователей. Таким
образом, программное обеспечение компьютера – это большая и сложная информационная составляющая
автоматизированной ИС. Современные программы состоят, как правило, из большого числа модулей, поэтому вместо
термина «программа» чаще используются термины «программное средство» и «пакеты программ».
Выделяют следующие виды программных средств. Прежде всего программы, необходимые для управления
функционированием самого компьютера как сложной системы. Пользователь, как правило, может не знать, что это за
программы, сколько их, и что по ним выполняется. Но большинство команд пользователя выполняется именно с их
помощью. В совокупности они называются системным ПО. К нему традиционно относят:
- программы начальной загрузки компьютера (они хранятся в ПЗУ
и обеспечивают проверку
работоспособности основных устройств компьютера после его включения и передачу управления операционной
системе); их часто называются базовым ПО;
- операционные системы (ОС), необходимые для управления согласованным функционированием всех
устройств и программ компьютера, для выполнения команд пользователя;
- файловая система;
13
- операционные оболочки, предназначенные для обеспечения удобного для пользователя способа работы с
файлами и запуска прикладных программ;
- драйверы устройств, обеспечивающие программную поддержку функционирования конкретных устройств
(в последнее время входят в состав операционной системы).
Интегрированные пакеты, как правило, содержат некоторое ядро, обеспечивающее возможность тесного
взаимодействия между составляющими. Например, интегрированный пакет для написания книг, содержащих
иллюстрации. Он может содержать: текстовый редактор; орфографический корректор на 80000 слов (программу
обнаружения орфографических ошибок); программу слияния текстов; программу формирования оглавлений и
составления указателей; автоматический поиск и замену слов и фраз; средства телекоммуникации; электронную
таблицу; систему управления базами данных; модули графического оформления; графический редактор; возможность
печати разными шрифтами (их сотни).
Редактор программ, редактор текстов программ (program editor) - разновидность текстового редактора,
предназначенного для создания и редактирования программ на определенном языке программирования. Часто такие
редакторы встроены в операционные системы или в специализированные вспомогательные программы (см. выше).
Редакторы программ позволяют производить: диалоговый просмотр текста программы; редактирование строк
программы; копирование и перенос блоков текста; копирование одной программы или её части в указанное место
другой программы; контекстный поиск и замену подстрок текста; автоматический поиск строки, содержащей ошибку.
Они позволяют также проверять синтаксическую правильность написания программ, сохранение программы в виде
файла, распечатку программы или её части.
Программные текстовые пакеты (ПТП). Это - электронные записные книжки, текстовые редакторы,
текстовые процессоры, редакционно-издательские системы, программы-переводчики, программы автореферирования
текста, программы и программные модули проверки орфографии, подбора синонимов, лингвистические корректоры,
системы, осуществляющие интеллектуальный поиск и обработку текстов, размещённых в сетях,
и
другие
программы.
Текстовый редактор - это программа, используемая специально для ввода и редактирования текстовых
данных. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются во вводе и редактировании текстовых
данных; дополнительные функции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования. Основные функции
текстового редактора:
- обеспечение ввода текста с клавиатуры или из существующего файла; редактирование текста (добавление,
изменение, удаление или копирование фрагментов текста и т.д.);
- оформление текста (выбор шрифта, выравнивания, установление межстрочного и междуабзацного
интервалов и т. п.);
- размещение текста на странице (установка размера страницы, полей, отступов; разбиение на колонки и пр.)
- сохранение текста в файле на внешнем носителе или получение твердой копии (печать текста);
- проверка орфографии, подбор синонимов, поиск и замена; система подсказок и т.д.
Наиболее распространенные текстовые редакторы: Edit, Ched, Note Pad, Write, Word Pad, Блокнот,
Лексикон, Слово и дело.
Текстовый процессор отличается от текстового редактора более широкими функциональными
возможностями, а именно:
- настраиваемое пользователем меню;
- использование контекстного меню;
- сопровождение текста таблицами с простейшими расчётами;
- вставка графических объектов или создание рисунков с помощью
встроенных инструментов;
- вставка графиков, диаграмм, формул;
- оформление текста списками, буквицами;
- использование инструмента автокоррекции текста
и его автореферирования;
- фоновая проверка орфографии, синтаксиса и др.
Возможности текстовых процессоров (как редакторов) различны: от программ, предназначенных для
подготовки небольших документов простой структуры, до программ для набора, оформления и полной подготовки к
типографскому изданию книг и журналов (издательские системы).
Современный стиль работы с документами подразумевает два подхода: работу с бумажными документами и
работу с электронными документами. Соответственно при форматировании документов средствами текстовых
процессоров нужно иметь в виду два направления: форматирование документов, предназначенных для печати, и
форматирование электронных документов, предназначенных для отображения на экране. Подходы и методы в этих
случаях существенно различаются, что привело к различию и текстовых процессоров, хотя многие их них успешно
сочетают оба подхода. Наиболее распространённые текстовые процессоры: Word (Microsoft Office), Word Pro (Lotus
SmartSuite), Word Perfect (Perfect Office), Word Express, Accent, Stratus Pad. Заметим, что это коммерческие продукты.
Существует также свободное ПО для работы с текстом: Emacs, Vim, Open Office.org, Writer, Poly Edit, Angel Writer. В
силу его большей доступности остановимся на некоторых его представителях более подробно.
14
Текстовый редактор Emacs (Editor MACroS), основу идеологии которого составляют принципы «всё в
одном», расширяемости, настраиваемости под пользователя и документированности, функционально можно
разделить на три уровня: базовый, основной и дополнительный режимы. Эти режимы позволяют выполнять
множество задач в том числе и прямо не связанных с редактированием текста, не выходя из редактора. При этом сам
редактор является интерпретатором языка ЕLisp. Пользователи сами могут создавать части Lisp от отдельных
функций до новых основных режимов, переопределяя любые ЕLisp функции, включая и те, что являются частью
самого редактора.
Текстовый редактор Vim (сокр. от Vi Improved) имеет настройки, расширения и пользовательский
интерфейс. Интерфейс Vim - в консольном (текстовом) режиме: он не «интуитивен», требует предварительного
обучения для эффективной работы с редактором. Главная особенность редактора – применение двух, вручную
переключаемых, режимов ввода: командного и текстового. К достоинствам редактора Vim можно отнести его
совместимость со многими операционными системами.
Текстовый и визуальный процессор Open Office.org Writer входит в состав офисного ППП Open Office.org.
Процессор Writer похож на Micrоsoft Word и функциональные возможности этих редакторов примерно равны, но
Writer имеет некоторые функции, отсутствующие в MS Word, например:
- сохранение документов в форматах;
- арифметические расчёты и другие формулы в таблицах;
- возможность создания составных документов;
- возможность защиты отдельных частей документов
(разделов) и отдельных ячеек таблиц от изменений;
- поддержка стилей страниц.
В отличие от таких редакторов, как Abiword, в Writer нет проверки всей грамматики, есть лишь проверка
орфографии.
Текстовый редактор Angel Writer позволяет работать как с простыми текстами, так и с текстами в формате
Rich Техt. Обладая интуитивно понятным интерфейсом, Angel Writer обеспечивает оперативную работу: он
компактен и yдобен для повседневной работы над небольшими документами. При работе с записями программа
предоставляет в распоряжение пользователя настоящий Rich Техt - редактор с возможностью чтения, записи и печати
текстовых документов в форматах *.txt и *.rtf. Кроме того, реализованы все основные возможности редактирования и
форматирования текста. Для облегчения и ускорения работы всё продублировано “горячими клавишами”. Начинать
работу в редакторе можно без предварительного обучения, поскольку он разработан в соответствии с
распространённым Microsoft Office.
Редакционно-издательские системы (верстки) должны обеспечивать все функции текстового процессора, а
также дополнительно:
- воспринимать тексты, созданные в различных текстовых редакторах;
- воспринимать сканированные или рисованные в графических редакторах иллюстрации, созданные на разных
платформах ПК, и корректировать их цвета;
- иметь больший набор шрифтов и возможность их графического преобразования (сжатие, растяжение);
- иметь возможность для различного “обтекания” рисунка текстом;
- обеспечивать автоматическое составление оглавления текста и автоматическое оптимальное размещение
текста на странице;
- обеспечивать адаптацию к различным печатающим устройствам.
Распространены следующие полнофункциональные издательские системы: Microsoft Publisher, Corel Ventura
и Adobe Page Maker, Frame Maker, Quark ХPress, Ventura Publisher. Издательские системы незаменимы для
компьютерной верстки и графики.
Программные графические пакеты (ПГП). Программные графические пакеты предназначены для
создания и/ или обработки графических изображений. Они относятся к мультимедийным средствам. Аналогично
текстовым пакетам здесь выделяют графические редакторы и графические процессоры. Дополнительно
разрабатываются программные средства для работы с 3D (трёхмерной) – графикой, для деловой графики, для
моделирования и проектирования, для создания представлений (презентаций) и анимаций (мультипликаций). По
профессиональной направленности средства компьютерной графики и анимации можно подразделить на следующие
группы:
- пакеты для научной визуализации.
- пакеты 2D и 3D моделирования, применяемые для проектирования и разработок (архитектурных,
дизайнерских и инженерных);
- пакеты компьютерной графики для полиграфии, позволяющие дополнять тексты иллюстрациями разного
происхождения, создавать художественное оформление страниц и выводить полиграфическую продукцию на печать с
высоким качеством;
- пакеты компьютерной графики для презентаций, используемые для создания разнообразных слайдов
сопровождения выступлений, докладов и рекламных акций; это 2D (двумерные) графические редакторы;
- пакеты 2D - анимации, используемые для создания динамических изображений и специальных эффектов в
кино;
- пакеты 3D - анимации, используемые для создания музыкальных и рекламных клипов и кинофильмов;
это 3D графические процессоры;
- пакеты обработки видеоизображений для наложения анимационных спецэффектов на видеозапись;
15
Графические редакторы (Corel Draw, FreeHand, Painter, Picture Man) предназначены преимущественно для
просмотра, создания и редактирования 2D (плоскостных), статичных изображений.
Графические процессоры (Аdobe Photoshop, Аdobe Illustrator) предназначены не столько для создания,
сколько для преобразования существующих изображений, полученных путем сканирования, цифровой фотографии и
т.п. Они включают в качестве инструментов для обработки изображений разнообразные эффекты.
Графический редактор - это пакет, предназначенный для автоматизации процессов построения на экране
монитора (дисплея) графических изображений. Он предоставляет возможности вычерчивания линий (кривых),
раскраски областей экрана, создания надписей различными шрифтами и др. В данном классе различают следующие
виды: растровые редакторы, векторные редакторы, 3D-редакторы.
Растровые редакторы применяют в тех случаях, когда графический объект представлен в виде комбинации
точек, образующих растр, и обладающих свойствами яркости и цвета. Такой подход эффективен в тех случаях, когда
графическое изображение имеет много полутонов, и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее,
чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Растровые
редакторы широко применяют для обработки изображений (ретуши), создания фотоэффектов и художественных
композиций (коллажей). Возможности создания новых изображений средствами растровых редакторов ограничены и
не всегда удобны. В большинстве случаев художники предпочитают пользоваться традиционными методами и
средствами, после чего вводят рисунок в компьютер с помощью специальных аппаратных средств (сканеров) и
завершают работу с помощью растрового редактора, применяя спецэффекты.
Векторные редакторы отличаются от растровых - способом представления данных об изображении.
Элементарным объектом векторного изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертёжнографических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек,
составляющих её. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как математическая кривая третьего
порядка и, соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере
хранятся числовые коэффициенты этой формулы). Такое представление намного компактнее, чем растровое: данные
занимают меньше места. Однако построение любого объекта выполняется не простым отображением точек на экране,
а сопровождается непрерывным пересчётом параметров кривой в координаты экранного или печатного изображения.
Соответственно, работа с векторной графикой требует более производительных вычислительных систем. Из
элементарных объектов (линий) создаются простейшие геометрические объекты (примитивы), из которых, в свою
очередь, составляются законченные композиции. Художественная иллюстрация, выполненная средствами векторной
графики, может содержать десятки тысяч простейших взаимосвязанных объектов. Векторные редакторы удобны для
создания изображений, но практически не используются для обработки готовых рисунков. Они нашли широкое
применение в рекламном деле, их применяют для оформления обложек полиграфических изданий – везде, где стиль
художественной работы близок к чертёжному.
Редакторы 3D - графики используют для создания трёхмерных композиций. Они имеют две характерные
особенности:
- они позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со
свойствами источников освещения;
- позволяют создавать трёхмерную анимацию, поэтому редакторы 3D-графики нередко называют также 3Dаниматорами.
Программы - аниматоры (Animator Рrо, Power Animator, Animation Works) могут создавать и обрабатывать
как 2D-, так и 3 D - изображения. В отличие от традиционной анимации, где каждый кадр рисуется вручную, в
компьютерной двумерной анимации значительную часть рутинной работы берёт на себя программа. Используя
специальные инструменты пользовательского меню таких программ, можно задать движение по определённой
траектории (автоматически будут созданы соответствующие промежуточные кадры) или плавно изменить палитру в
течение нескольких кадров (например, постепенно затемнить изображение или убрать часть цветов).
Программы 2D и 3D моделирования (AutoCAD, ArchiCAD, Sketch, Ray Dream Designer, Crystal 3D Designer,
Auto Studio) применяются для
проектирования и разработок архитекторами, инженерами-конструкторами,
технологами и дизайнерами.
Программы для научной визуализации (Surfer, Grapher, IRIS Explorer, PV-Wave, Khronos, Data Visualizer,
Map Viewer) предназначены для различных целей - от решения проблем визуализации сетевого планирования до
визуализации солнечных вспышек. Наиболее часто они применяются для создания поверхностей, описываемых
функциями типа z = f(x, у), для построения топографических карт, для построения 3D – схем геологических
разрезов, для создания моделей взаимодействия атмосферы и океана.
Программные звуковые пакеты (ПЗП). Программные звуковые пакеты, как и программные графические
пакеты (ПГП), относятся к мультимедийным средствам. В этот класс программных пакетов включают следующие:
- звуковые редакторы,
- музыкальные редакторы,
- программы улучшения качества фонограмм,
- синтезаторы звуков,
- анализаторы речи (автоматическое распознавание речи),
- синтезаторы речи,
- голосовые навигаторы для речевого интерфейса пользователя,
- программы диктовки для перевода речи в текст.
16
Иногда синтезаторы речи представляют как разновидность синтезаторов звуков. Действительно, речь
передаётся звуками, однако синтез речи значительно сложнее звукового (музыкального) синтеза. Необходимо решать
лингвистические, лексические и семантические проблемы. Это по существу проблемы кодирования информации,
знаний и пониманий. Так что синтезаторы речи заслуживают выделения их в отдельный класс.
Необходимо отметить, что
программные звуковые пакеты
в настоящее время дополняются
соответствующими аппаратными средствами, что разгружает центральный процессор компьютера и ускоряет
«звуковые» процессы. С разработкой в 1989 г. звуковых плат (программисты называют «карт») перед пользователями
открылись новые возможности. И дело не только в улучшении качества звука. Появились звуковые мультимедийные
подсистемы из программно-аппаратных средств, обеспечивающие:
- запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, (например, микрофона или магнитофона);
при этом в процессе записи входные аналоговые звуковые сигналы преобразуются в цифровые и могут быть
сохранены в компьютере;
- воспроизведение записанных ранее звуковых сигналов с помощью внешней акустической системы или
головных телефонов;
- воспроизведение звуковых CD и DVD дисков и флэш-памяти;
- обработку звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала,
фильтрацию, изменение его уровня и т.п.;
- генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов (мелодичных и ритмичных);
- наложение (микширование) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;
- управление «панорамой» стереофонического звукового сигнала (стерео, квадро, долби) и уровнем сигнала в
каждом канале при записи и воспроизведении;
- управление функционированием внешних электронных музыкальных инструментов через специальный
интерфейс MIDI (Musical Instrument Device Interface);
- управление компьютером и ввод текста с помощью микрофона;
- генерирование человеческой речи и любых других звуков.
К программным средствам ввода и обработки звуковой информации относятся в основном музыкальные
редакторы, синтезаторы звуков, редакторы оцифровок реальных звуков (samples), звуковые редакторы, генераторы
стилей звучания музыкальных инструментов, программы для улучшения качества фонограмм, программы для
распознавания речи, синтезаторы речи. Наиболее популярными программными средствами для синтеза, обработки и
воспроизведения звука являются Adagio, TiMidity, Playmidi, Tracker, Gmod, MicMod, XAudio, S3mod, Nspmod,
Yampmod. Обработка звука обычно направлена на получение новых звуков из уже существующих (например, голос
робота), либо придание им дополнительных качеств или устранение существующих (например, добавление эффекта
хора, удаление шума или щелчков). Программы обработки цифрового звука (Cool Editor, Sound Forge, Samplitude,
Software Audio Workshop) дают возможность прослушивать выбранные участки, делать вырезки и вставки,
амплитудные и частотные преобразования, звуковые эффекты (эхо, реверберацию, фленжер, дистошн), наложение
других оцифровок, изменение частоты оцифровки, генерировать различные виды шумов, синтезировать звук.
Монтаж и редактирование. Состоит в «вырезании» из записи одних участков, вставке других, замене,
размножении. Практически каждый музыкальный редактор имеет такие возможности редактирования. Все
современные звуко- и видеозаписи в той или иной мере подвергаются монтажу и редакции.
Амплитудные преобразования, например, усиление или ослабление звука. Частотные (спектральные)
преобразования, например, фильтрация - усиление или ослабление определённых полос звуковых частот. Фазовые
преобразования, например, фазовые преобразования стереозвука позволяют получить эффекты «вращающегося
звука», движущегося источника звука. Слуховой аппарат человека использует фазу для определения направления на
источник звука. Временные преобразования заключаются в добавлении к основному сигналу его копий, сдвинутых
во времени. При небольших сдвигах это даёт эффект размножения источника звука, при больших - эффект эха.
Формантные преобразования связаны с формантами - характерными полосами частот, встречающимися в звуках,
произносимых человеком. Каждому звуку соответствует свое соотношение амплитуд и частот нескольких формант,
которое определяет тембр и разборчивость голоса.
Обработка речевой информации включает в себя автоматическое распознавание речи и синтез речи. Растёт
популярность средств автоматического распознавания речи - ASR (Automated Speech Recognition). Системы ASR с
программами диктовки (Dragon Dictate, Office Talk Kolvox Communication) преобразуют речь в закодированный
“письменный” текст. Для этого производится спектральный анализ оцифрованной речи и определяются при помощи
специальных математических методов минимальные звуковые единицы языка - фонемы.
В настоящее время сфера применения синтезаторов речи непрерывно расширяется: используются различные
автоматизированные информационно-справочные системы, системы автоматизированного контроля, способные
голосом предупредить человека о состоянии контролируемого объекта (авиация, железнодорожный транспорт).
Разработаны устройства, позволяющие преобразовать письменный текст в соответствующее ему фонемное
представление, что позволяет воспроизводить в виде речи произвольный текст, хранящийся в памяти компьютера.
Немало усилий было положено на то, чтобы снабдить программы и операционные системы графическим интерфейсом
пользователя. Сейчас развивается новое направление - речевой интерфейс пользователя. Голосовые навигаторы (Pilot
Voice, Listen, Just Voice, Speech Recognizer, Quick Switch Bit Ware) управляют программами, пока слегка подменяя
клавиатуру и манипулятор «мышь».
17
Базы данных. Деятельность человека постоянно связана с накоплением информации об окружающей среде,
её отбором и хранением при решении различных задач. Информационные системы, основное назначение которых предоставление ему необходимых сведений из определённой предметной области, помогают человеку качественнее и
быстрее решать задачи.
Как отмечалось выше, информационная система обычно предназначена для решения некоторого класса задач.
Для этого она включает как накопители информации (базы данных, банки знаний), так и средства для реализации
информационных процедур. Данные, хранящиеся в запоминающих устройствах (ЗУ), должны быть структурированы
таким образом, чтобы их можно было использовать в различных программах. Такие ЗУ получили название баз
данных (БД). Средства создания и управления этими данными получили название систем управления базами данных
(СУБД). Аналогично можно представить и банки знаний (БЗ).
База данных - совокупность данных, организованных для быстрого и удобного их поиска и извлечения.
Банки знаний – совокупность представленных по определённой форме знаний, организованных для оперативного их
поиска и использования. Базы данных и банки знаний имеют соответствующие внутренние системы управления.
Система управления базами данных - это совокупность программ и языковых средств, предназначенных для
создания, ведения и использования баз данных. В состав СУБД входят:
- управляющие программы, обеспечивающие взаимосвязь с ОС, обработку команд пользователя, очерёдность
их выполнения, контроль завершения операций и др.;
- обрабатывающие программы, включая трансляторы с языков описания данных, языков запросов и языков
программирования, редакторы, отладчики;
- сервисные программы, обеспечивающие удобный для пользователя интерфейс;
- прикладные программы, выполняющие обработку найденных системой данных, вычисления, формирование
выходных документов по заданной форме и пр.
Банки знаний хранят сведения из самых разных областей человеческой деятельности: библиотечное дело,
банковское дело, военное дело, образование и медицина, технологические процессы, управление предприятием и
государством, право, экология, транспорт, туризм и др. Количество информации, содержащейся в некоторых банках
знаний, измеряется гигабайтами. В этом смысле Internet можно рассматривать как гигантский банк знаний.
База данных может входить в банк знаний после соответствующей обработки данных, а может использоваться
автономно. База данных может содержать данные практически любого типа, но данные одной базы обычно
относятся к одной предметной области. Каждая база данных имеет логическую и физическую организации.
Логическая организация БД представляет собой модель структуры всей совокупности данных. По сути, это метод
объединения данных в записи и это “взгляд” на данные при их использовании в прикладных программах. Наиболее
распространёнными методами логической организации данных в БД являются табличный, древовидный
(иерархический), сетевой. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Выбор метода представления
данных зависит от особенностей предметной области и тех задач, которые предполагается решать с применением этих
данных. Последнее можно утверждать и для организаций банков знаний. Физическая организация БД - это способ
представления, размещения и хранения данных или знаний на носителе информации.
Системы управления базами данных обычно поддерживают одну из моделей организации данных (базу
данных определённого типа). В настоящее время
распространены реляционные СУБД. Это такие известные
программные средства, как Access, dBASE, Clipper, FoxPro, Lotus, Paradox Ребус. К СУБД иерархического типа
можно отнести такие системы управления файлами, как Norton Commander, Far manager, Диспетчер файлов.
Большинство СУБД, предназначенных для создания и ведения библиотечных баз данных, относится к
иерархическому типу. А СУБД сетевого типа используются преимущественно в информационных системах
управления предприятий и системах управления корпоративными бизнес-процессами. Сетевой тип логической
организации данных логически отражает самые разнообразные связи между элементами производственного процесса
(кадровые, материально-сырьевые, информационные, финансовые).
Прикладные математические пакеты
Программные вычислительные пакеты (ПВП).
Заметим сразу, что с этих программных средств началась история программирования для электронных
компьютеров. Кстати, компьютер в переводе с английского – вычислитель, а само английское слово computer
происходит от латинского computare = считать. В настоящее время к этим программным средствам относятся:
электронные таблицы, методо-ориентированные пакеты прикладных программ (ППП) для математической (ПМП) и
статистической (ПСП) обработки данных, специализированные математические IIПП.
Табличный редактор, электронная таблица [table editor] - обобщенное наименование прикладных программ,
предназначенных для решения широкого круга вычислительных задач (экономических, бухгалтерских, инженерных,
статистических и т.д.) на больших массивах данных, представляемых в табличной форме. Наиболее широкое
распространение и мировое признание получили табличные редакторы Ехсеl фирмы Microsoft, Lotus 1,2,3 и Quattro
Pro фирмы Novel, Equate фирмы Holostost Inс., QuickFigure Рго фирмы Реlicаn Ware Inс., Лексикон ХI. 5.0 фирмы
Арсеналъ (Россия), совмещающий функции текстового и табличного редакторов.
Электронные таблицы (SuperCalc, Excel, Lotus, QuattroPro, SDSS Spreadsheet, VistaCalc, GS-Calc) относятся
к классу систем обработки числовой информации, называемых Spreadsheet. Перевод термина «spreadsheet» с
английского означает “расстеленный лист бумаги”. Области применения электронных таблиц:
-бухгалтерский и банковский учёт;
- планирование распределения ресурсов;
18
- проектно-сметные работы;
- инженерно-технические расчеты;
- статистическая обработка больших массивов информации;
- исследование динамики процессов.
Табличный процессор - это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для обработки
электронных таблиц. Электронная таблица - это компьютерный эквивалент обычной таблицы, состоящей из строк
и столбцов (граф), на пересечении которых располагаются клетки, в которых содержится числовая информация, текст
или формулы. Электронные таблицы представляют комплексные средства как для хранения типов данных, так и для
их обработки. В этом они аналогичны системам управления базами данных (СУБД). Но основной акцент сделан не на
хранение массивов данных и обеспечение доступа к ним, а на преобразование (вычисление) данных в соответствии с
их внутренним содержанием. В отличие от баз данных, которые обычно содержат широкий спектр типов данных (от
числовых до текстовых и мультимедийных),
электронные таблицы характеризуются повышенной
сосредоточенностью на числовых данных. Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении
содержания любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содержания во всех прочих ячейках.
Эти связанные изменения определяются соотношением, заданным логическими или математическими формулами.
Простота и удобство работы с электронными таблицами обусловили их широкое применение в экономике: в сфере
бухгалтерского учёта, а также в качестве универсальных инструментов для анализа сырьевых, товарных и
финансовых рынков. Используются они и как доступные средства обработки результатов технических испытаний,
мониторинга и различных видов контроля. Другими словами везде, где необходимо автоматизировать процесс
рутинных, регулярно повторяющихся вычислений достаточно больших объёмов числовых данных. Самые
популярные табличные процессоры - Microsoft Excel, Access и Lotus 1-2-3. В Microsoft Excel автоматизированы
многие рутинные операции, специальные шаблоны помогают создавать отчёты, импортировать данные и многое
другое. В качестве примера остановимся только на одном.
Профессиональный процессор электронных таблиц Lotus 1-2-3 имеет широкие графические возможности
и удобный интерфейс. Поэтому пакет позволяет быстро ориентироваться в нём. Применяя пакет, можно создать
любой финансовый документ, отчёт для бухгалтерии, составить бюджет, а затем разместить все эти документы в
базах данных.
Основные возможности электронных таблиц:
-решение расчётных задач, проведение вычислений по формулам,
заданным пользователем;
- решение оптимизационных задач;
- анализ и моделирование на основе результатов вычислений;
- оформление таблиц, отчетов;
- построение диаграмм требуемого вида;
- распространение и просмотр электронных таблиц участниками группы.
Элементами таблицы являются строки, столбцы, ячейки, блоки ячеек. Чаще всего строки пронумерованы (1,
2, 3, 4, ...), а столбцы поименованы латинскими буквами или комбинациями букв (А,В,С,...,АА, АВ,..., IV).Элемент,
находящийся на пересечении строки и столбца, называется ячейкой (клеткой). Прямоугольная область таблицы
называется блоком (диапазоном, интервалом) ячеек. Блок задается адресами верхней левой и правой нижней ячеек
блока, перечисленными чаще всего через двоеточие. Каждая ячейка таблицы имеет следующие характеристики: адрес,
содержимое, выражение (формула), формат, комментарий. Адрес ячейки - имя столбца и номер строки, на
пересечении которых находится ячейка. Используется в формулах в виде абсолютной, относительной или
смешанной ссылки и для быстрого перемещения по таблице. Содержимым ячейки может быть: число (целое со
знаком или без (-345), дробное с фиксированной точкой (253.62) или с плавающей точкой (2.5362е + 2)), текст,
формула. Формула всегда начинается со знака «=» и может содержать числовые константы, абсолютные или
относительные ссылки на адреса ячеек, встроенные функции. Аргументы функций всегда заключаются в круглые
скобки. Формат ячейки определяется форматом чисел, шрифтом, цветом символов, видом рамки, цветом фона,
выравниванием по границам ячейки, наличием защиты ячейки. Имя употребляется как замена абсолютного адреса
ячейки для использования его в формулах.
Преимущества использования электронных таблиц при решении задач следующие:
1. Решение задач с помощью электронных таблиц освобождает от составления подробного алгоритма
решения задачи и отладки соответствующей программы.
2. При использовании однотипных формул используется копирование формулы в нужные ячейки.
3. Изменение содержимого любой данной ячейки приводит к автоматическому пересчету значений всех ячеек
таблицы, в которых есть ссылки на эту ячейку.
4. Исходные данные и результаты расчётов можно анализировать как в числовом виде, так и представить их с
помощью деловой графики. Изменение данных, по которым строились графики, автоматически отразится в изменении
графического образа.
Помимо рассмотренных выше коммерческих табличных процессоров существует свободное программное
обеспечение для работы с электронными таблицами: Open Office.org . Cаlс, Gnumeric.
Табличный процессор Gnumeric является частью GNOM Office, набора офисных приложений с определённой
интеграцией. Пакет Gnumeric поддерживается ОС GNU/Linux, Mac OS, Microsoft Windows. Разработчики стараются
обеспечить поддержку полнофункциональных электронных таблиц и простой переход для индивидуальных
пользователей и организаций с коммерческих программ. Также Gnumeric поддерживает систему подключаемых
19
модулей, позволяющую расширять его функции: добавлять новые, использовать иные форматы ввода/вывода и
возможности обработки данных в реальном времени.
Табличный процессор Open Office.Cаlс имеет сходство с Microsoft Ехсеl и функциональные возможности
этих процессоров примерно равны. Если Cаlс сравнивать с Ехсеl, то в последнем работать удобнее и быстрее. При
работе с программой Cаlс следует отметить один важный момент: функции в программе названы на английском языке
в любой локализованной версии, тогда как в продукте от Microsoft - на русском в русскоязычной и на английском в
англоязычной. Отмечаются такие недостатки программы Calc. Во-первых, при работе с диаграммами, несмотря на
отличную совместимость со многими документами МS Office, Cаlс отображает графики и диаграммы, созданные в
Ехсеl, некорректно. Во-вторых, некоторые параметры для редактирования диаграмм недоступны — в частности, это
касается заливки. Для полос графика можно задавать заполнение сплошным цветом, градиентом, штриховкой и
каким-либо рисунком, хотя градиент можно выбрать только из представленных разработчиками. Для графиков можно
включать «прозрачность» и «тени», создавать «трёхмерные» диаграммы с заданием любого угла наклона и даже
рассчитывать освещение для каждой полосы графика. Недостатком программ Open Office считается и некоторая
«заторможенность» при сохранении больших документов из-за формата файлов этого пакета. Файлы сохраняются в
виде ХМL, упакованного в ZIР-архив, а преобразование и упаковка требуют времени.
Пакеты статистической обработки (Systat, Statistica, Stadia) предназначены для проведения
статистической обработки больших массивов данных. Заметим, что многие электронные таблицы позволяют
пользователю рассчитать не только простые статистические показатели, но и произвести более сложные расчеты с
использованием встроенных статистических функций: вычисление коэффициентов корреляции, характеризующих
степень сходства результатов разных измерений, ранг числа в списке чисел, коэффициенты функций распределения
данных и многое другое. Пакеты статистической обработки имеют развитые средства графического представления
исходных данных и результатов расчета. Это не только диаграммы и графики, но и многомерные изображения.
Универсальные статистические и эконометрические пакеты представляют такие разделы статистики и
эконометрики, как описательная статистика, анализ временных рядов, парные категории и корреляции, анализ
факторных эффектов, многомерные методы, методы контроля качества и др. Парные критерии корреляции
оценивают различия между двумя совокупностями данных. Например, в актуальной задаче: оценка влияния
инноваций на результаты работы. Многомерные методы (дискриминантный, кластерный, компонентный, факторный)
позволяют по экономическим показателям выделять группы
предприятий по некоторым показателям сходства.
Пакет SPSS – один из наиболее мощных по статистическому вычислительному потенциалу. Он позволяет проводить:
анализ данных, моделирование, прогнозирование, сегментацию, маркетинговое исследование (анализ спроса и
предложения), социологические исследования (обработку опроса общественного мнения), принимать аналитические
решения.
Математические пакеты (Maple, MathCAD, MathCAD Рrоfessional, MatLab, Mathematica, Eureka,
Mercury) позволяют решить практически любую математическую и многие статистические задачи и представить
результаты расчётов в табличном или графическом виде. Многие математические пакеты имеют развитые средства
построения трёхмерных поверхностей, задаваемых с помощью функций. Последние два из перечисленных в скобках
математических пакетов Eureka и Mercury – это проблемно-ориентированные программные пакеты, которые
функционировали в среде MS DOS и были широко распространены. Пакет численных методов Mercury являлся
модификацией пакета Eureka и отличался от него упрощением интерфейса пользователя. Пакет Mercury
предназначался для решения различных прикладных вычислительных задач, таких как: решение систем линейных и
нелинейных алгебраических уравнений, анализ свойств функций с применением графиков, оптимизация функций и
некоторых других. Поскольку в настоящее время эти пакеты потеряли актуальность, в дальнейшем они не
рассматриваются.
ПМП Марlе V - универсальный математический пакет (компания Waterloo MapleSoft), преимущество
которого заключается в поддержке символьных вычислений, мощных графических возможностей; характеризуется
наличием многофункционального внутреннего языка программирования. Пакет Марlе даёт возможность
пользователю сосредоточиться на решении задачи в аналитическом виде, не затрачивая времени на численные
решения частных задач. Пакет позволяет глубже понять многие математические методы и проанализировать влияние
различных параметров на найденное решение.
ПМП MathCAD - универсальный математический пакет (компания МathSoft Inc.), достоинством которого
является использование в нем общепринятых в математике символов для обозначения векторных и матричных
операций, операций дифференцирования и интегрирования, вычисления рядов и др. Предусмотрена возможность
использования латинских, греческих букв, верхних и нижних индексов, других знаков и символов, что позволяет
представлять формулы в привычном виде. MathCAD является интегрирующей совместимой системой, позволяющей
создавать проекты, в которых данные циркулируют по системе MatLab, электронным таблицам МS Ехсеl, пакету
научной графики Axum.
ПМП MATLAB (от МATrix LABoratory) – универсальный математический пакет научно-технического
назначения (компания MathWorks), преимущество которого заключается в базисном принципе расширения,
позволяющем адаптировать пакет (систему) под задачи пользователя. Сущность этого принципа заключается в том,
что пользователь может создавать практически неограниченное число собственных функций, которые хранятся на
жестком диске компьютера. ПМП MATLAB имеет средства для проектирования и расчёта аналоговых и переходных
характеристик (например, для характеристик линейных электрических цепей, для спектрального анализа и синтеза).
Для
задач моделирования (имитации) ПМП MATLAB была дополнена пакетами Simulink и Statflow с визуально-
20
ориентированным программированием и многими другими дополнениями и расширениями (Hydraulics, Aerospace и
др.). Процесс расширения и совершенствования продолжается: число версий увеличивается. ППП МАТLАВ Release
2006 b - включает в себя новый компилятор, который обеспечивает более быстрое выполнение программ и
расширения: Link for Tasking 1.0, Sim Hydraulics 1.0, System Test 1.0, Aerospace Toolbox 1.0. По мнению
разработчиков, это делает МАТIАВ мощнейшей альтернативой кодированию на языке «С» в области технических
вычислений. Одной из наиболее примечательных особенностей новой версии является повышение
производительности m-файлов. Изменения в алгоритме обработки m - функций и сценариев позволили добиться
существенного повышения производительности по сравнению с предыдущими версиями MATLAB. Новая версия
Simulink® содержит большое число дополнительных возможностей, облегчающих работу пользователя и
улучшающих технологию моделирования.
ПМП Mathematica– универсальный математический пакет (компания Wolfram Research, Inc.), позволяющий
упрощать алгебраические выражения, дифференцировать, вычислять различные суммы, произведения, интегралы,
решать алгебраические и дифференциальные уравнения и системы, раскладывать функции в ряды и находить
пределы. ПМП Mathematica предназначена для решения задач численными методами, которые не поддаются
аналитическому решению, а также задач оптимизации и математической статистики.
Наибольшее распространение в России и странах СНГ получили лишь пакеты Mathcad и Mathematica.
Остановимся на их представлении более подробно.
ПМП MathCAD. Основные достоинства системы - развитые математические возможности и относительная
простота в использовании. Всё привычно и интуитивно понятно. Первая версия ПМП MathCAD появилась в 1986г.,
вторая (2.01) - в 1987г. Первые версии математических систем MathCAD 2.0 – 2.50 поддерживались ещё MS DOS.
Пакет постоянно совершенствуется. В настоящее время существуют версии MathCAD, функционирующие под MS
Windows. В августе 2008г. вышла восьмая 32-битная версия MathCAD под Windows. Вышла она в двух вариантах:
MathCAD 6.0 (Standard Edition) и версия для профессионального пользователя – MathCAD. В версии ПМП MathCAD
PLUS 6.0.
широко используются встроенные функции. К основным встроенным функциям относятся
тригонометрические и обратные, гиперболические и обратные, экспоненциальные и логарифмические,
статистические, Фурье, Бесселя, комплексных переменных. Всего в MathCAD 6.0 имеется 222 встроенные функций.
Такой широкий набор функций позволяет решать задачи практически из любой области. При создании Mathcad 11
основное внимание было обращено на увеличение скорости и мощности работы системы. Цель состояла в том, чтобы
улучшить ядро Mathcad, расширить и улучшить удобство работы с Mathcad. Mathcad 11 предлагает более легкую
обработку данных, улучшение редактирования документов, более глубокую интеграцию с другими программными
средствами, расширение математических функциональных возможностей. В настоящее время есть ПМП MathCAD 13.
Иерархия семейства MathCAD компании MathSoft, Inc. PTC Corp. (USA): MathCAD Basic, MathCAD Standard,
MathCAD Plus.
ПМП MathCAD - универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения инженерных и
научных расчётов. Основное преимущество пакета - естественный математический язык, на котором формируются
решаемые задачи. Объединение текстового редактора с возможностью использования общепринятого
математического языка позволяет пользователю получить готовый итоговый документ. Пакет обладает широкими
графическими возможностями, расширяемыми от версии к версии. Практическое применение пакета существенно
повышает эффективность интеллектуального труда. От других продуктов аналогичного назначения, например, Марlе
& Theorist (компании Waterloo Марlе) и Mathematica (компании Wolf Research), MathCAD (компании Mathsoft)
отличает ориентация на создание высококачественных документов (докладов, отчетов, статей) в режиме WYSIWYG
(What You See Is What You Get). Это означает, что, внося изменения, пользователь немедленно видит их результаты и
в любой момент может распечатать документ во всем блеске. Работа с пакетом за экраном компьютера практически
совпадает с работой на бумаге с одной лишь разницей - она более эффективна. Преимущество MathCAD состоит в
том, что он не только позволяет провести необходимые расчёты, но и оформить работу с помощью графиков,
рисунков, таблиц и математических формул. Оформительская работа является наиболее рутинной и затратной по
времени.
Основные достоинства MathCAD, кроме упомянутых выше:
- универсальность пакета, который может быть использован для решения разнообразных научных,
инженерных, статистических и экономических задач;
- программирование на общепринятом математическом языке позволяет преодолеть языковой барьер между
компьютером и пользователем. Потенциальные пользователи пакета - от студентов до профессоров;
- совместное применение формульного транслятора, текстового редактора и графического процессора
позволяет пользователю по ходу вычислений получить готовый документ.
Поскольку MathCAD можно представить и как систему компьютерной алгебры, и как систему из класса
систем автоматизированного проектирования
(англ. аббревиатура CAD), ориентированную на подготовку
интерактивных проектных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, то его можно отнести и к
«алгебраическим», и к «вычислительным» пакетам. ПМП
MathCAD был задуман и первоначально написан
Алленом Раздовом из Массачусетского технологического института (МIТ), соучредителем компании Mathsoft,
которая с 2006 года является частью корпорации РТС (Parametric Technology Соrрогtion).
В этом классе программного обеспечения существует много аналогов различной направленности и принципа
построения. Наиболее часто MathCAD сравнивают с такими программными пакетами, как Марlе, Mathematica,
МatLab, а также с их аналогами МuРАD, Scilab, Махimа. Хотя объективное сравнение осложняется идеологией их
использования. ПМП MathCAD, в отличие от Марlе, изначально создавался для численного решения математических
21
задач. Он ориентирован на решение задач именно прикладной, а не теоретической математики, когда нужно получить
результат без углубления в математическую суть задачи.
Основное отличие MathCAD от аналогичных программ - это графический, а не текстовый режим ввода
выражений, для набора команд, функций, формул можно использовать как клавиатуру, так и кнопки на
многочисленных специальных панелях инструментов. В любом случае — формулы будут иметь привычный,
принятый в математике вид. Особой подготовки для набора формул не нужно. Вычисления с введёнными формулами
осуществляются по желанию пользователя или мгновенно, одновременно с набором, либо по команде. Обычные
формулы вычисляются слева направо и сверху вниз (подобно чтению текста). Любые переменные, формулы,
параметры можно изменять, наблюдая воочию соответствующие изменения результата. Это дает возможность
организации действительности интерактивных вычислительных документов. Разработчики MathCAD сделали ставку
на расширение системы в соответствии с потребностями пользователя. для этого назначены дополнительные
библиотеки и пакеты расширения, которые можно приобрести отдельно и которые имеют дополнительные функции,
встраиваемые в систему при установке, а также электронные книги с описанием методов решения специфических
задач, с примерами действующих алгоритмов и документов, которые можно использовать непосредственно в
собственных расчётах. Кроме того, в случае необходимости и при условии наличия навыков программирования в
среде языка «С», есть возможность создания собственных функций и их прикрепления к ядру системы через механизм
DLL. ПМП MathCAD задумывался, как средство программирования без программирования. Но, если возникает такая
потребность — MathCAD имеет довольно простые для усвоения инструменты программирования, позволяющие,
впрочем, строить весьма сложные алгоритмы, к чему прибегают, когда встроенных средств решения задачи не
хватает, а также когда необходимо выполнять серийные расчёты.
ПМП MathCAD содержит сотни операторов и встроенных функций для решения различных технических
задач. Программа позволяет выполнять численные и символьные вычисления, производить операции со скалярными
величинами, векторами и матрицами, автоматически переводить одни единицы измерения в другие.
Среди возможностей MathCAD можно выделить:
• выполнение вычислений в символьном режиме;
• символьное решение систем уравнений;
• выполнение операций с векторами и матрицами;
• поиск собственных чисел и векторов;
• поиск корней полиномов и функций;
• решение дифференциальных уравнений, в том числе
и численными методами;
• аппроксимация кривых;
• выполнение подпрограмм;
• оценка распределений вероятностей и проведение статистических
исчислений;
• вычисления с единицами измерения;
• построение двумерных и трёхмерных графиков функций
(в разных системах координат: контурные, векторные и т. д.);
• использование греческого алфавита как в тексте и в уравнениях;
• интеграция с САПР – системами: использование результатов
вычислений в качестве управляющих параметров.
С помощью MathCAD инженеры могут документировать все вычисления в процессе их проведения. Для
пользования MathCAD можно вообще не быть знакомым с программированием. ПМП Mathcad имеет простой и
интуитивно воспринимаемый
интерфейс пользователя к компьютеру. Для ввода формул и данных можно
использовать как клавиатуру, так и специальные панели инструментов. Некоторые из математических возможностей
Mathcad (версии до 13.1 включительно) основаны на подмножестве системы компьютерной алгебры Марlе: МКМ
(Марlе Kernel Mathsoft). Начиная с 14 версии — использует символьное ядро МuРАD. Работа осуществляется в
пределах рабочего листа, на котором уравнения и выражения отображаются графически, в противовес текстовой
записи в языках программирования. При создании документов- приложений используется принцип «что видишь, то
и получаешь». Несмотря на то, что эта программа в основном ориентирована на пользователей-непрограммистов,
МаthCAD также используется в сложных проектах, чтобы визуализировать результаты математического
моделирования, путем использования распределённых вычислений и традиционных языков программирования. Также
МаthCAD часто используется в крупных инженерных проектах, где большое значение имеет трассируемость и
соответствие стандартам и трассировка. ПМП МаhCAD достаточно удобно использовать для обучения: вычислений и
инженерных расчётов. Открытая архитектура приложения в сочетании с поддержкой технологий МЕТ и ХМI
позволяет легко интегрировать МаthCAD практически в любые ИТ- структуры и инженерные приложения. Есть
возможность создания электронных книг (е-Вооk). МаthCAD содержит сотни операторов и встроенных функций для
решения различных технических задач. Программа позволяет выполнять численные и символьные вычисления,
производить операции со скалярными величинами, векторами и матрицами, автоматически переводить одни единицы
измерения в другие. Последний перевод удобен для контроля инженерных расчётов. ПМП Mathcad, в отличие от
Марlе, изначально создавался для численного решения математических задач. Он ориентирован на решение задач
именно прикладной, а не теоретической математики, когда нужно получить результат без углубления в
математическую суть задачи. Количество пользователей MathCAD в мире — около 1.8 млн. Опытные пользователи
Mathcad обнаружили также, что в версиях до 13 включительно, есть возможность не слишком сложным способом
22
задействовать почти весь функциональный арсенал ядра Марlе (так называемые «недокументированные
возможности»), что приближает вычислительный потенциал Mathcad к Марlе.
Для использования ПМП МаthCAD можно вообще не знать компьютерного программирования в
общепринятом понятии. ПМП МаthCAD, как уже отмечалось, задумывался как средство математического
программирования (не только в смысле методов оптимизации) без компьютерного программирования. Однако, если
возникает такая потребность, ПМП
МаthCAD имеет довольно простые для освоения инструменты
программирования, позволяющие строить весьма сложные алгоритмы.
Отдельно следует отметить возможность использования в расчётах МаthCAD величин с размерностями.
Можно выбрать систему единиц: СИ, СГС, МКС, британскую или даже построить собственную. Результаты
вычислений также получают соответствующую размерность. Пользу от такой возможности трудно переоценить,
поскольку значительно упрощается отслеживание ошибок в физических и инженерных расчётах.
Интерфейс. Основное отличие Mathcad от аналогичных программ — это графический, а не текстовый режим
ввода выражений. Для набора команд, функций, формул можно использовать как клавиатуру, так и кнопки на
многочисленных специальных панелях инструментов. В любом случае — формулы будут иметь привычный из книг
вид. Особой подготовки для набора формул не требуется. Вычисления с введёнными формулами осуществляются по
желанию пользователя: или одновременно с набором, или по команде. Обычные формулы вычисляются слева
направо и сверху вниз подобно чтению текста. Любые переменные, формулы, параметры можно изменять, наблюдая
соответствующие изменения результата на экране монитора. Это даёт возможность визуально организовать процесс
получения интерактивных вычислительных документов.
Графика. В среде МаthCAD фактически не представлены графики функций в математическом понимании
этого термина, но есть визуализация данных, находящихся в векторах и матрицах. Другими словами, осуществляется
построение как линий, так и поверхностей по точкам с интерполяцией. Пользователь может об этом не знать,
поскольку у него есть возможность использования непосредственно функций одной или двух переменных для
построения графиков или поверхностей соответственно. В этом отношении графическая визуализация МаthCAD
значительно уступает таковой у ПМП Марlе, где достаточно иметь только вид функции, чтобы построить график или
поверхность любого уровня сложности. По сравнению с Марlе графика МаthCAD имеет ещё недостатки, такие как:
невозможность построения поверхностей, заданных параметрически, с непрямоугольной областью определения двух
параметров; создание и форматирование графиков только через меню, что ограничивает возможности программного
управления параметрами графики. Однако, напоминая об основной области применения МаthCAD — для задач
инженерного характера и создания учебных интерактивных документов - возможностей визуализации вполне
достаточно. Опытные пользователи МаthCAD опять же демонстрируют возможности визуализации сложнейших
математических конструкций, но это уже выходит за пределы назначения пакета. Собственный графический
потенциал ПМП MathCAD прекрасно дополняется графическим пакетом этой же фирмы ПГМ MathSoft Axum. ПГП
МathSoft Axum - один из лучших в мире пакетов для анализа данных и технической графики. Инженеры исследователи во всем мире применяют Axum при представлении и анализе данных. Программы позволяют
поднять качество технической графики на высокий уровень благодаря сочетанию возможностей и простоты
использования, а также встроенным функциям анализа данных. Одна из новых версий PTC MathCAD Prime 2.0
позволяет объединить инженерно-ориентированные математические записи, форматированные тексты, графики и
изображения в единый документ. Это облегчает визуализацию, проверку и документирование знаний и совместное
выполнение работы. При вводе уравнений в документ результаты рассчитываются автоматически. Данная версия
обладает всеми функциональными возможностями, необходимыми для вычислений, обработки данных, инженерных
расчётов и при этом отличается надёжностью.
ПМП Мathematica. ПМП Mathematica - это пакет, объединяющий возможности аналитических и численных
вычислений, визуализации и документирования в единой среде. ПМП Mathematica помогает эффективно работать с
момента появления идеи до получения окончательного результата. Mathematica вводит существенные расширения в
системе и расширяет возможности связи с Java, XML в Internet. Система предлагает новые средства для линейного
программирования, статистики, решения задач оптимизации, комбинаторики и теории графов. ПМП Mathematica 5
включает важные расширения системы для широкого круга численных и символьных операций Mathematica на основе
алгоритмов нового поколения.
Численные расчёты. Существенно оптимизирована численная линейная алгебра плотных матриц. Новая
оптимизированная линейная алгебра разреженных матриц. Поддержка оптимизированной линейной алгебры
произвольной точности. Команда Linear Solve Function для решения линейных систем уравнений для векторов
матриц. Поддержка крупномасштабного линейного программирования методами внутренней точки. Новые методы и
поддержка массивов переменных в командах Find Root и Find Minimum. Команда Find Fit для аппроксимации
кривыми. Команда глобальной оптимизации N minimize. Поддержка решения n-мерных уравнений с частными
производными в команде ND Solve. Поддержка решения алгебраических дифференциальных уравнений в команде
NDSolve. Поддержка векторов и массивов в команде NDSolve. Чрезвычайно широкий набор автоматически
вызываемых алгоритмов в команде NDSolve. Более высокая точность и контроль точности приближенных чисел.
Высокая эффективность арифметики больших чисел, включая оптимизацию под конкретный процессор. Усиленные
алгоритмы для операций в области теории чисел, включая
GCD и Factor integer. Прямая поддержка
высокопроизводительных основных статистических функций.
Символьные расчёты. Решение смешанных систем уравнений и неравенств командой Reduce. Полное
решение полиномиальных систем в поле действительных и комплексных чисел. Решение широкого класса
Диофантовых уравнений. ForAll и Exists - кванторы и кванторное упрощение. Представление дискетных и
23
непрерывных алгебраических и трансцендентных множеств решений. Команда Find Instance для нахождения
примеров решений для различных областей определения переменных. Точная минимизация в полях целых и
действительных чисел. Интегрированная поддержка допущений с помощью функций Assuming и Refine. RSolve для
решения рекуррентных уравнений. Поддержка нелинейных и разностных уравнений и систем. Полное решение
рациональных систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Поддержка дифференциальных и
алгебраических уравнений. Команда Соеfficient Arrays для конвертирования систем уравнений в тензоры.
Программирование и системное ядро. Интегрированная языковая поддержка разреженных массивов. Новые
методы программирования списков с использованием Sow и Reap. Evaluation Monitor и Step Monitor для наблюдения
за работой алгоритмов. Улучшенная система временных измерений, включающая функцию Absolute Timing.
Существенное увеличение производительности для Matlink. Новый модуль .NET/Link, позволяющий интегрировать
пакет Mathematica с приложениями, использующими технологическую платформу Microsoft .NET Framework.
Оптимизация под 64-битные операционные системы и архитектуры. Поддержка вычислений в 64-битных адресных
пространствах.
Интерфейс. Поддержка более 50 форматов экспорта и импорта: высокоэффективный экспорт и импорт
табличных данных, PNG, SVG и DICOM - графики и форматы изображений, импорт и экспорт форматов
разреженных матриц, MPS - формат линейного программирования, HTML- формат для экспорта рабочих документов,
браузер подсказки, поддержка слайд–шоу презентаций, поддержка инструментов опубликования (AuthorTools).
Стандартные дополнительные пакеты. В пакет Mathematica 5 помимо ранее имевшихся приложений
дополнительно включены: Statistical plots and graphics, Algebraic number fields. ПМП Mathematica имеет много
функциональных расширений: есть даже синтезирование звука. ПМП Mathematica обладает высокой скоростью
вычислений, но требует изучения довольно необычного программирования.
Общие характеристики ПМП Маthematica. Эта система компьютерной алгебры компании Wolfram
Research содержит множество функций как для аналитических преобразований, так и для численных расчётов. Кроме
того, программа поддерживает работу с графикой и звуком, включая построение двух- и трёхмерных графиков
функций, начертание произвольных геометрических фигур, «импорт» и «экспорт» изображений и звука. В силу этого
ПМП Mathematica называют иногда интегрированной компьютерной технической системой.
На всех этапах решения вплоть до окончательного результата ПМП Mathematica обладает быстрым и
интуитивно понятным управлением. ПМП Маthematica помогает быстро продвигаться к решению при использовании
её и как прямой инструмент вычислений, и как эффективную систему моделирования. Встроенные подсказки и
интегрированная помощь позволяют быстро приступить к работе. Вводя необходимые символы и числа можно
использовать традиционную систему записи, основанную на принципе “покажи-и-кликни” интерфейса ПМП
Маthematica. Можно также вводить всё с клавиатуры. Проводимые вычисления осуществляются непосредственно в
набранном выражении, при этом ввод данных и вывод результатов возможен в интерактивном режиме.
«Подстраиваясь» под образ мышления пользователя, ПМП Маthematica
не только может выполнять необходимые
вычисления, но и во многих случаях выбирать оптимальный метод проведения вычислений. Для этого нужно чётко
поставить и определить задачу: Маthematica «скрывает» все сложные «механические» выкладки решения, позволяя
концентрировать внимание непосредственно на смысле задачи.
Как отмечают пользователи, чем больше работаешь с ПМП Маthematica, тем больше оцениваешь её
интегрированную и последовательную структуру. Функции связываются между собой, а результат вычислений может
быть представлен, как и входные данные. Неизвестные могут представляться символами до выяснения их значений.
В ПМП Маthematica почти нет разницы между интерактивными и программными вычислениями. Можно проводить
сложные вычисления по шагам. Определяя выражения, можно найти формулу и добавить её как дополнительное
правило преобразования в ПМП Маthematica. Так можно создать больше правил для других случаев или для
связанных с ними формул. ПМП Маthematica включает в себя современный, гибкий язык программирования,
который не заставляет пользователя придерживаться одного стиля программирования. Подобно разговорному языку
для выражения мысли различными словами ПМП Маthematica предлагает различные программные парадигмы. В
этом плане программа пользователя отражает его стиль постановки и определения задачи, что упрощает и ускоряет её
чтение. Эта гибкость делает переход от других языков программирования в Маthematica относительно простым и
экономичным. Даже те, кто не занимался программированием ранее, могут создавать программы без длительной
подготовки.
ПМП Маthematica формирует «инфраструктуру» программирования. Не нужно задавать типы переменных
или величины списков и матриц, управлять распределением памяти или компилировать программы. Обычные
процедуры, такие как поиск, сортировка, работа с файлами и манипуляции с данными встроены, что исключает
создание рутинных периферийных программ. Это способствует тому, что обычные программы Маthematica
составляют 5-10 % размера программ, созданных на традиционных языках программирования и числовых системах.
ПМП Маthematica одинаково хорошо справляется с задачами различных масштабов и сложности, это нечто большее,
чем обычный язык описания (script). Одними из ключевых свойств пакета являются динамические матрицы
произвольных размеров (измерений) и произвольная компиляция. ПМП Маthematica позволяет выбирать самый
эффективный стиль программирования для решения задачи, обеспечивая разработчика многочисленными
парадигмами и самым развитым механизмом поиска соответствия образцу. Пользователю не придётся иметь дело с
различными ограничениями, присущими многим языкам. Многообразие подходов к программированию объясняет,
почему ПМП Маthematica предпочитают профессионалы во всём мире: труд разработчика становится гораздо
продуктивнее.
24
ПМП Маthematica обладает широким набором возможных инструментов вычисления и визуализации и
предоставляет их пользователю прямо на рабочий стол. ПМП Маthematica содержит данные тысяч математических
таблиц, сотен книг и десятков программных систем. Все необходимые для получения решения компоненты встроены
в ПМП Маthematica, начиная с простых функций как Log, Sin, “Собственные значения” и заканчивая сложными
функциями, такими как “Решить”, “Интегрировать” и “Упростить”.
ПМП Маthematica предоставляет много возможностей для отображения результатов в виде графиков и
диаграмм: 2D-график, 3D-график, контурный график, плотностный график, параметрический график, видеографик,
ЗD-видеографик, Log-график, Log Log-график, полярный график, график неявных функций, график рассеивания и
другие варианты.
ПМП Маthematica автоматически отслеживает точность числовых результатов при каждом расчёте и
осуществляет необходимую настройку своих встроенных алгоритмов для обеспечения необходимого уровня
точности. Каждая функция в Маthematica выполняется наиболее полным образом, охватывая широкий диапазон
числовых и символьных входных данных.
Вместе с поддержкой числовых входных данных Маthematica
поддерживает широкий набор правил по символьным преобразованиям, позволяя осуществлять манипуляциипреобразования и упрощения формул. Задавая для Sin точную величину как π/12, получается результат (-1+√3)/ (2√2).
Задавая числовой эквивалент 0,261799, получается результат 0,258819. Используя комплексную величину,
получается комплексный результат. И, поскольку все эти случаи обрабатываются просто путем вызова функции Sin,
пользователю не придётся запоминать различные названия функций для различных видов аргументов.
На всех уровнях Маthematica дает разработчику полную свободу для персональных настроек рабочей среды.
Можно изменять отдельные элементы, визуальные настройки документа или общие настройки приложения.
Настроить каждый элемент системы, включая диалоговые меню и даже встроенные функции. ПМП Маthematica
выпускается с готовым для использования набором паллет. Но благодаря гибкости ПМП Маthematica можно
создавать свои паллеты. Можно также добавить наиболее часто используемую паллету в меню для более быстрого
доступа или послать её коллегам по электронной почте. Поскольку выполнение любой функции или программы в
Маthematica осуществляется простым нажатием кнопки, то можно создавать законченные интерфейсы для
Маthematica и программное обеспечение для обучения программированию. Все это делает работу с ПМП Маthematica
ещё более продуктивной. Многие функции и операции Маthematica имеют обширный выбор настроек, которые
позволяют опытным пользователям настроить их поведение и вывод результатов. Однако большинству пользователей
никогда не понадобятся эти настройки, поскольку по умолчанию они настроены должным образом.
Многие функции в ПМП Маthematica представлены более чем одним встроенным алгоритмом. ПМП
Маthematica автоматически выбирает подходящие для задач разработчика алгоритмы. Но пользователь может обойти
это, сделав свой собственный выбор методов решения. Тогда он становится перед выбором между более высокой
скоростью и более высокой точностью. При автоматическом контроле Маthematica идет на компромисс (не только
для всего вычисления, но и для более мелких структурных единиц вычислений), предоставляя необходимую точность
в кратчайшее время.
Большая часть функциональных возможностей ПМП Маthematica объясняется написанными на языке
Маthematica пакетами, которые загружаются автоматически. При этом загружается лишь необходимая на данный
момент часть пакета, что осуществляется благодаря модульной структуре пакетов. Многие из этих пакетов
поставляются с исходным кодом. Это позволяет читать, изменять и расширять их. Электронная библиотека
приложений ПМП Маthematica компании Wolfram Research – on-line электронный ресурс материалов для ПМП
Маthematica - даёт возможность расширить функциональный потенциал.
ПМП Маthematica создан, чтобы соответствовать образу работы пользователя: используется ли один
компьютер или компьютерная сеть, начинается ли новый проект или заканчивается старый. ПМП Маthematica
позволяет связывать технические вычислительные задачи. Обладая полной независимостью от платформы, гибкими
возможностями экспортирования и импортирования, архитектурой клиент-сервер и протоколом соединения
MathLink, ПМП Маthematica быстро интегрируется в рабочую среду. Даже сотрудники, не имеющие ПМП
Маthematica, могут получить доступ к документам, используя МаthReader – программу, которая может быть списана
бесплатно из web и использована как вспомогательное приложение.
Система Маthematica состоит из ядра (вычислительный процессор) и внешней оболочки (визуальный
интерфейс), которые взаимодействуют через протокол МаthLink. Возможно различное соединение этих компонентов.
Другие компоненты с помощью MathLink также могут иметь возможность взаимодействовать с Маthematica.
Параллельно с интерактивным взаимодействием, система Маthematica может считывать данные, хранящиеся в
определённых форматах. Можно, например, считать в системе Маthematica двоичные или АSСII - файлы данных для
их анализа или визуализации, а можно импортировать и обрабатывать изображения и звуки, полученные через
МаthLink.
Блокноты ПМП Маthematica впервые представили активные технические документы. Постепенно они
совершенствовались. Вычисления остаются полностью интерактивными: можно отслеживать их и по необходимости
расширять. Возможна блокировка отдельных элементов для доступа, что позволяет пользователю контролировать
доступ посторонних в его документы. При функционировании системы блокноты упорядочивают результаты и
предлагают наиболее эффективный способ проведения и расположения вычислений. Комбинируется вместе
форматированный текст, набранные выражения, графика, звуки и анимация. Изменяется любой элемент заметок в
отдельности или используется образец стиля для быстрой оптимизации внешнего вида
документа (для
специфических целей: презентаций или web).
25
Академический документ, отчёт о НИОКР, программа для обучения, методическое руководство или
электронная книга - все документы ПМП Маthematica являются единственным полностью интерактивным и
независимым от платформы решением для технического издания. Поскольку документы хранятся в формате обычного
текста, их можно легко переслать по электронной почте, вставив в сообщение, или поместить на ftp-сервер без
изменения их качества. МаthReader, бесплатная утилита, позволяет любому пользователю читать и распечатывать
документы, даже если он не использует систему Маthematica. Издание в Маthematica обладает профессиональным
качеством: техническая система набора является самой сложной из когда-либо созданных, поскольку эксклюзивные
шрифты включают более 700 символов. Это - самая полная коллекция математических символов из доступных на
сегодняшний день. Каждый шрифт был тщательно разработан для эргономичной читабельности, совместимости и
высококачественной печати. ПМП Маthematica использует стандарт Unicode, чтобы обеспечить совместимость
различных интернациональных кодировок. Несмотря на написание
документов на английском, немецком,
французском, японском или других языках, пользователь всегда может работать и издавать в системе Маthematica на
своём родном языке. В отличие от других систем математического набора, выражения, набранные в Маthematica,
пользователь может применять их в качестве входных данных и постоянно изменять.
Поскольку Mathematica обеспечивает пользователя, разработчика задачи, высокоуровневой средой, то нужно
концентрировать внимание только на особенностях задачи, не затрачивая времени на программирование настроек
низкоуровневых функций. ПМП Маthematica был создан с перспективой его последующего расширения. Это
позволяет создавать модули многократного использования (так называемые пакеты) для функций и данных в
Маthematica. Многие обширные пакеты уже коммерчески доступны, включая пакеты из большой библиотеки
приложений Маthematica. Язык системы Маthematica также позволяет создавать или изменять пользовательский
интерфейс: кнопки и паллеты, формы и диалоги, полностью интерактивные документы. Программы могут
генерировать даже элементы этих интерфейсов в реальном времени, создать автоматически генерированный отчёт с
перекрестными гиперссылками, создать «опрос», который подстраивает себя под ответы пользователя, создать
«формирующиеся» паллеты. Как и программы, интерфейсы не зависят от платформы, можно создавать интерфейсы,
основанные на web.
Библиотека приложений системы Маthematica - это постоянно расширяющееся собрание сложного
программного обеспечения, созданного для решения технических, вычислительных задач из различных специальных
областей. Каждое приложение было создано специалистами в своей области, которые знали, как применить
вычислительные возможности Маthematica для решения необходимых задач. Например, в дополнительных
профессиональных приложениях MathTensor
и
CARTAN системы Mathematica, распространяемых как
самостоятельные программные продукты, имеются функции тензорного исчисления. Для большинства из этих
областей созданием программного обеспечения занимались эксперты, что позволяет в таких случаях пользоваться
системой Mathematica как компьютерной экспертной системой. Заметим к тому же, что любой пользователь ПМП
Маthematica от новичка до профессионала, может быстро установить для использования пакеты приложений.
Поскольку все пакеты созданы на языке Маthematica, пользователь - разработчик может полностью интегрировать их
со своей уже существующей системой и проделанной работой.
Консультации по ПМП Маthematica включают полный спектр поддержки и профессиональных услуг,
выбираемых в соответствии с требованиями организации. Предложенные услуги включают создание программ,
выполнение избранных функций в Маthematica, помощь в рационализации и улучшении кода программ, выделение
задач в больших программах Маthematica. Компания Wolfram Research и её аккредитованные консультанты готовы
работать, чтобы определить и проанализировать поставленные перед ними вопросы. МаthSource - это обширное
электронное хранилище материалов по ПМП Маthematica для получения идей и ответов on-line от работников
компании и пользователей Маthematica по всему миру. Здесь предлагают свои идеи и разработки участники
всевозможных научных обществ: исследователи (инженеры, физики, экономисты), профессора и преподаватели,
информационные и финансовые аналитики а также технические профессионалы из различных отраслей экономики.
Системы компьютерной алгебры
Системы компьютерной алгебры (СКА), (англ. CAS - computer algebra system) – это математические пакеты,
имеющие основу или приложение, позволяющее выполнять символьные операции. Основное назначение СКА - это
операции с математическими выражениями в аналитической, символьной форме. Такие СКА появились в начале
1960-х и развивались первоначально, в основном, в двух направлениях: теоретическая физика и создание
искусственного интеллекта. Первым успешным примером была новаторская работа Мартина Велтмана (позднее
удостоенная Нобелевской премии по физике), который в 1963 году создал программу Schooscip символьных
вычислений для нужд физики высоких энергий. Используя логический язык LISP, Карл Энгельман в 1964 году создал
МАТHLАВ в рамках проекта MITRE по исследованию искусственного интеллекта. Позже МАТНLАВ стал
доступным в университетах для пользователей компьютеров-мейнфреймов PDP-6 и PDP-10 с такими ОС, как TOPS10 или TENEX. Сейчас он возможно где-нибудь и сохранился на SIMH эмуляциях PDP-10. Старый ПМП MATHLAB
(«mathematical laboratory») не стоит путать с современным ПМП МАТLАВ («matrix laboratory»), системой для
численных расчётов, созданной 15 лет спустя в Университете Нью-Мехико. Первыми популярными системами
компьютерной алгебры были muМath, Reduce, Derive (основана на muМath), Maxsyma. Сейчас более популярны
проприетарные (коммерческие) системы Марlе и Mathematica, которые широко используются математиками и
инженерами. Свободная (бесплатная) альтернатива им - ПМП Sage. Нужно заметить, что системы компьютерной
алгебры используются не только в компьютерах, но и в калькуляторах. В 1987 году компания «Hewlett-Packard»
представила первый карманный аналитический калькулятор (модели НР-28), в котором впервые для калькуляторов
26
были реализованы организация алгебраических выражений, дифференцирование, ограниченное аналитическое
интегрирование, разложение в ряд Тейлора и поиск решений алгебраических уравнений. Ранее эта компания тоже
первой представила scientific calculator модели HP-35. В 1995 году компания Texas Instruments выпустила
калькулятор «ТI-92» с улучшенной СКА на основе программного обеспечения Derive.
ПМП Macsyma. Macsyma (иногда встречается написание: Maxsyma) – это программный пакет, оперирующий
символьной математикой, то есть предназначенный не только для численных, но и для аналитических, формульных
«расчётов». Macsyma – одна из первых математических программ такого рода. Она начала разрабатываться ещё в
1968 году в Массачусетском технологическом институте (MIT) в США, что отражено в её названии, которое является
аббревиатурой словосочетания Massachusetts computation symbolic algebra. Некоторое время программа занимала
лидирующую позицию среди универсальных математических программ. Однако появившиеся вскоре программы
Maple, а за ней Mathematica потеснили Macsyma из лидеров. Но, благодаря определённым сильным функциям –
линейной алгебре и дифференциальным уравнениям - она по-прежнему популярна. Свое обновление система
Macsyma получила в 1992 году, когда появилась компания Macsyma Inc., представившая обновлённую и
эффективную программу Macsyma и сопутствующую ей программу PDEase2D. Сейчас в практике встречается
несколько версий этих программных продуктов, например, Macsyma 2.2 + PDEase2D 3.0. Их два главных конкурента
- пакеты Maple v4.0 и Mathematica 3.0. Пакет Macsyma имеет широкий набор средств для проведения аналитических и
численных операций, различных вычислений и построений графиков. По своим возможностям он близок к
упомянутым выше пакетам. Но пакет Macsyma имеет уникальное достоинство – переносимость на другие
платформы. Это единственная из существующих систем для аналитических «вычислений», которая может
функционировать на всех основных современных операционных системах. Есть версии системы Macsyma для
основных ОС:
Microsoft Windows 98/ME/2000/XP/2003/Vista/2008,
GNU/Linux Fedora/Slackware/Gentoo/Debian,
MacOS,
FreeBSD,
NetBSD.
Версия пакета Macsyma 2.2 функционирует на аппаратной платформе Intel и программной платформе
Windows. Имеется версия для платформы UNIX, называемая UNIX-Macsyma. Интерфейс MFE (Macsyma Front End)
по функциональности и удобству не уступает интерфейсам Maple и Mathematica. Рабочим документом программы
Macsyma является «научная тетрадь» (scientific notebook), в которой содержатся доступные для редактирования поле
текста, поле команд, поле формул и поле графиков. Инструментальная панель содержит кнопки для выполнения
наиболее часто используемых команд. Вид инструментальной панели может изменяться в зависимости от
выделяемого объекта. Начертание формул возможно только в поле вывода формул, однако есть преимущество:
формулы без изменения начертания легко перенести в текстовый редактор MS Word и есть команды для перевода
математических формул в формат LaTeX. Средств для сохранения или трансляции файла в формат полиграфического
языка LaTeX или в формат www-страницы Internet, которые имеются в конкурирующих программах, у пакета
Macsyma нет. Можно открывать несколько рабочих документов, вставлять один документ в другой и вводить
гипертекстовые связи как внутри документа, так и между несколькими документами. Система Macsyma включает
хороший текстовый редактор. Интерактивный режим обеспечивается вводом команды из командной строки с
получением результата: команды в библиотечных файлах загружаются автоматически (удобно!), чего нет в Maple и
Mathematica. Удобен и просмотр математических функций (есть специальный браузер). Полезен и специальный
навигатор для просмотров, сортировки нахождению нужного места документа. Интерфейс содержит также Data
Viewer – устройство просмотра данных и математический процессор, который функционирует независимо от
математического процессора Macsyma. Математический процессор интерфейса обрабатывает данные, связанные с
рабочим документом. Математический процессор системы Macsyma может получать данные из интерфейсного
процессора и подключать его для взаимодействия с сопутствующим пакетом PDEase2D. Система Macsyma имеет
достаточные графические и анимационные возможности. Она позволяет экспортировать графики в форматах .MFE,
.BMP, .PCX, .GIF, .RLE – файлов как PostScript –файлы или сохранять в scientific notebooks.
Система Macsyma ориентирована на прикладные математические расчёты и не предназначена для
теоретических исследований в области математики (теория чисел, теория групп, алгебраические поля, математическая
логика). Числа по умолчанию предполагаются действительными (вещественными). Это позволяет получать
аналитические решения для многих вычислений, встречающихся в прикладных задачах, для которых в комплексной
области решения не существуют. В системах Maple и Mathematica неизвестные переменные предполагаются
комплексными. Для получения решения в таких случаях в них имеются специальные функции соответственно evalc
и ComplexExpand. Система Macsyma содержит, кроме математических констант, необходимые в прикладных
расчётах основные физические константы, а также периодическую систему Д.И.Менделеева с атомными и
молекулярными массами химических элементов. Она включает также, помимо большого числа команд,
дополнительные пакеты комбинаторики, теории вероятностей и математической статистики, статистической
обработки данных, специальные наборы функций для операций с матрицами, полиномами, рядами, логические и
комбинаторные функции, обобщённые функции Дирака и Хэвисайда. Предусмотрено одно удобное средство –
уточняющие запросы относительно переменных, от области определения которых зависит конечный результат. Оно
есть только в системе Macsyma. В других системах для избежания неоднозначного ответа необходимо предварительно
задавать области изменения переменных. В общем, пакет Macsyma поддерживает геометрию, включая сферическую
и Риманову, векторное исчисление (20 ортогональных систем координат), линейную алгебру (как в MatLab),
27
индексное и компонентное тензорное исчисление, интегральные преобразования (прямое и обратное преобразование
Лапласа и Фурье), решение линейных и нелинейных дифференциальных уравнений 1-го и 2-го порядков и систем
линейных дифференциальных уравнений 1-го порядка. Следует отметить, что среди универсальных математических
пакетов только Macsyma может решать (около 10 методов) интегральные уравнения первого и второго рода
сфиксированными и переменными пределами интегрирования. Система имеет много функций для анализа, обработки
и фильтрации массивов данных, их аппроксимации и графического представления. Система Macsyma, как и другие
пакеты символьной математики, имеет средства как процедурного программирования, так и программирования по
заданному правилу, имеет свой компилятор, генерирует коды языков FORTRAN и «C» и может смешать их с
языком Macsyma в одном файле (Системы Maple и Mathematica преобразуют в коды FORTRAN или «C» только
математические выражения). Команды программы MATLAB с расширением .m могут транслироваться в команды
Macsyma c расширением
.mac.
Можно пользоваться и командами: input_language = Matlab
и
input_language=macsyma.
Система Macsyma может дополняться пакетом NumKit для линейной алгебры (числа с плавающей запятой) и
пакетом PDELIE для аналитических решений систем уравнений в частных производных. Последний – существенное
преимущество системы Macsyma над другими системами. Для этих целей создан также сопутствующий пакет
PDEase2D 3.0. Название пакета – аббревиатура слов Partial Differential Equations (уравнения в частных производных),
а Ease (лёгкость) и 2D – двумерность. В нём для решения двумерных задач, выраженных системой дифференциальных
уравнений в частных производных (до 32 уравнений, не считая граничных условий), применяется метод конечных
элементов с генерацией их сетки (от 1 до 10000). Пакет PDEase поставляется со 150 демонстрациями решённых
задач: от механики твёрдых тел до гравитации и финансового анализа. Применение сочетания Macsyma & PDEase для
аналитико-численного анализа весьма эффективно.
ПМП Марlе. Марlе — программный пакет с системой компьютерной алгебры. Пакет создан компанией
Waterloo Maple Inc., которая с 1984 года выпускает программы, ориентированные на сложные математические
вычисления, визуализацию данных и моделирование. Система Марlе предназначена для символьных вычислений,
хотя имеет ряд средств и для численного решения дифференциальных уравнений и нахождения интегралов. Обладает
развитыми графическими средствами. Имеет собственный язык программирования, напоминающий Pascal.
Система Марlе, например, предназначена главным образом для выполнения аналитических (символьных)
вычислений и имеет для этого один из самых мощных в своем классе составов специализированных процедур и
функций
(более 3000) с программированием в том или ином виде. Такая комплектация для большинства
пользователей, которые сталкиваются с необходимостью выполнения математических расчётов среднего уровня
сложности, является избыточной. Возможности Марlе ориентированы на пользователей - профессиональных
математиков; решения задач в среде Марlе требует не только умения оперировать какой- либо функцией, но и знания
методов решения, в неё заложенных: во многих встроенных функциях Марlе фигурирует аргумент, задающий метод
решения.
В программах Марlе, как и в Mathematica, МuРАD, вычисления осуществляются в режиме программного
интерпретатора, который трансформирует в формулы введённые в виде текста команды. Марlе своим интерфейсом
ориентирован на тех пользователей, кто уже имеет навыки программирования в среде традиционных языков с
введением сложных формул в текстовом режиме. Впрочем, для тех, кому нужны символьные вычисления и
предназначено интегрированное ядро Марlе (с версии 14 — МuРАD). Особенно это полезно, когда речь идет о
создании документов образовательного назначения, когда необходимо продемонстрировать построение
математической модели, исходя из физической картины процесса или явления. Символьное ядро Mathcad, в отличие
от оригинального Марlе (МuРАD) искусственно ограничено (доступно около 300 функций), но этого в большинстве
случаев вполне достаточно для решения задач инженерного характера.
Марlesoft Марle математическая программа, широко применяемая в университетах, колледжах,
исследовательских организациях и компаниях, обеспечивает исчерпывающую среду и громадный набор ресурсов для
наблюдения и исследования математической информации, разработки приложений и распространения
математической информации через Интернет. Возможность генерации исходного текста программ на языках МАТIАВ
и Visual basic, C, Fortran и Java, а также инструменты, которые помогут при необходимости самостоятельно
создавать генераторы кода и для других языков программирования.
ПМП MАРLE v.11. — это мощная вычислительная система, предназначенная для выполнения сложных
вычислений как аналитическими, так и численными методами. ПМП МАРI.Е v.11 содержит надёжные, поверенные и
эффективные символьные и численные алгоритмы для решения широкого спектра математических задач, включая
широко известные библиотечные численные алгоритмы компании NAG (Numeric Аlgorithm Groop).
Система МАРLE v.11 позволяет:
- выполнение сложных алгебраических преобразований и упрощений над полем комплексных чисел;
- нахождение конечных и бесконечных сумм, произведений, пределов и интегралов;
- решение аналитически (в символах) и численно алгебраических (в том числе трансцендентных) систем
уравнений и неравенств и систем обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных;
- нахождение всех корней многочленов.
В систему MAPLE включены также пакеты подпрограмм для решения задач линейной и тензорной алгебры,
Евклидовой и аналитической геометрии, теории чисел, теории вероятностей и математической статистики,
комбинаторики, теории групп, интегральных преобразований, численной аппроксимации и линейной оптимизации
(симплекс - метод), а также задач финансовой математики и многих других задач.
28
Достоинством системы МАРLE является её способность выполнять арифметические действия. При
обращении с дробями и корнями они не приводятся в процессе вычисления к десятичному виду, что позволяет
избежать ошибок при округлении. При необходимости работы с десятичными эквивалентами в системе МАРLE
имеется команда, аппроксимирующая значение выражения в формате чисел с плавающей запятой.
Система МАРLE вычисляет конечные и бесконечные суммы и произведения, выполняет вычислительные
операции с комплексными числами, приводит комплексное число к числу в полярных координатах, вычисляет
числовые значения элементарных функций, а также многих специальных функций и констант.
Система МАРLE имеет также множество инструментальных средств для вычисления выражений с одной и
несколькими переменными. Систему МАРLE можно использовать для решения задач дифференциального и
интегрального исчисления, вычисления пределов, разложений в ряды, суммирования рядов, умножения, интегральных
преобразований (таких как преобразование Лапласа, Z-преобразование, преобразование Меллина или Фурье),
непрерывных или кусочно-непрерывных функций. Интегральные преобразования встречаются, например, при
аналитическом моделировании информационных систем, представляемых как модели систем массового
обслуживания.
Программные моделирующие пакеты
ПМП МАТLАВ. Среди бурно развивающихся систем компьютерной математики (СКМ), в первую очередь
ориентированных на численные расчёты, особо выделяется матричная математическая система MATLAB. Из-за
большого числа поставляемых с системой пакетов расширения MATLAB (в новейшей реализации MATLAB R2009 b
их уже 82) эта система является и самой большой из СКМ, ориентированных на персональные компьютеры. Объём её
файлов уже более 3 Гбайта. Система фактически стала мировым стандартом в области современного научнотехнического, математического программного обеспечения.
Эффективность системы MATLAB обусловлена,
прежде всего, её ориентацией на матричные вычисления с программной эмуляцией параллельных вычислений и
упрощёнными средствами задания циклов. Последние версии системы поддерживают 64-разрядные микропроцессоры
и многоядерные микропроцессоры, например IntelСоrе2Duo и Quad, что обеспечивает весьма высокие показатели по
скорости вычислений и скорости математического имитационного моделирования. В системе MATLAB удачно
реализованы средства работы с многомерными массивами, большими и разреженными матрицами и многими типами
данных. Система прошла многолетний путь развития от узкоспециализированного матричного программного модуля,
используемого только на больших ЭВМ, до универсальной интегрированной СКМ, ориентированной на массовые
персональные компьютеры серий IBM PC, Macintosh, рабочих станций UNIX и даже на суперкомпьютеры. Система
MATLAB имеет развитый интерфейс: интерактивные средства диалога, графические средства и средства комплексной
визуализации вычислений. Система МАТLАВ предлагается разработчиками (Тhе МаthWorks Inc.) как лидирующая
на рынке, в первую очередь на предприятиях военно-промышленного комплекса, в аэрокосмической отрасли, в
автомобилестроении, в энергетике, имеющая язык программирования высокого уровня для технических вычислений,
расширяемый большим числом пакетов прикладных программ (расширений). Самым известным из них стало
расширение Simulink, обеспечивающее блочное имитационное моделирование различных систем и устройств. Но и
без пакетов расширения система МАТLAВ представляет собой мощную операционную среду для выполнения
большого числа научно-технических, математических вычислений и расчётов и для создания пользователями своих
библиотек процедур и функций (частных пакетов расширения). Новые версии системы имеют встроенный
компилятор и позволяют создавать исполняемые файлы.
Типовой комплекс «система МАТLАВ + система Simulink» содержит «инструментальные ящики» Тооlboxes с
большим числом пакетов расширения МАТLАВ и В1осksets для расширения возможностей системы визуально
ориентированного блочного имитационного моделирования динамических систем Simulink. Они приобретаются
выборочно и отдельно от комплекса «МАТLАВ + Simulink». В разработке пакетов расширения для МАТLАВ
принимают участие многие научные школы мира и ведущие университеты. Многие пакеты охватывают крупные
направления науки и техники, такие как оптимизация отклика нелинейных систем, моделирование устройств и систем
механики и энергетики, обработка сигналов и изображений, вейвлеты, нечёткая логика, биоинформатика, генные
алгоритмы, нейронные сети.
Система
МАТLАВ - это высокопроизводительная система для научно- технических вычислений и
расчётов. Он включает в себя программы вычислений, программы визуализации и программирование в удобной
среде, где задачи и их решения выражаются в форме, близкой к математической. Типичное применение этого пакета:
математические вычисления,
создание алгоритмов моделирования,
анализ данных,
исследования и визуализация,
научная и инженерная графика,
разработка приложений, включая создание графического интерфейса.
Система МАТLАВ — это интерактивная система, в которой основным компонентом представления данных
является массив. Это позволяет решать различные задачи, связанные с техническими вычислениями (вычислительные
системы, радиотехнические системы, системы управления, инфокоммуникационные системы), особенно те, в которых
используются векторы и матрицы, значительно быстрее, чем при написании программ с использованием
«скалярных» языков программирования, таких как FORTRAN или «С».
29
ПМП МАТLАВ развивается уже в течение многих лет, ориентируясь на различных пользователей. В
университетской среде он представляет собой инструмент для работы в различных областях прикладной математики
(машиностроении и приборостроении). В промышленности МАТLАВ - это инструмент для исследований, анализа
данных и разработок проектов.
В МАТLАВ важная роль отводится специализированным группам программ, называемым tооlbохеs. Они
очень важны для большинства пользователей
МАТLАВ,
поскольку позволяют изучать и применять
специализированные
методы. Тооlboxes
это
определённый набор функций МАТLАВ (mфайлов), которые позволяют решать частные классы задач. Тооlbохеs применяются для обработки сигналов, для
систем контроля, для нейронных сетей, для нечёткой логики, для анализа вэйвлетов, для моделирования.
Система МАТLАВ состоит из пяти частей. Две основные:
Язык МАТLАВ. Это язык матриц и массивов высокого уровня с управлением потоками, функциями,
структурами данных, вводом/выводом и особенностями
объектно-ориентированного программирования.
Среда МАТLАВ. Это инструментарий, с которым работает пользователь или программист системы
МАТLАВ. Она включает в себя средства для управления переменными в рабочем пространстве МАТLАВ, вводом и
выводом данных, а также средства создания, контроля и отладки m-файлов и приложений МАТLАВ.
Особенности системы, отмеченные в её названии «МАТричная ЛАБоратория», требуют начать её описание с
начальных сведений из «теории матриц». Двумерный массив чисел или математических выражений принято называть
матрицей, а одномерный массив - вектором. Векторы могут быть двух типов: вектор-строка и вектор-столбец.
Векторы и матрицы характеризуются размерностью и размером. Размерность определяет структурную организацию
массивов в виде строки (размерность 1), таблицы (размерность 2), куба (размерность 3) и далее. Так что вектор
является одномерным массивом, а матрица представляет собой двумерный массив с размерностью 2. Система
МАТLAB допускает задание и использование многомерных массивов, но здесь пока ограничимся только описанием
одномерных и двумерных массивов — векторами и матрицами. Размер вектора — это число его элементов, а
размер матрицы определяется произведением числа её строк m и столбцов n. Обычно размер матрицы указывают
как m×n. Матрица называется квадратной, если m = n, то есть число строк матрицы равно числу её столбцов. Векторы
и матрицы могут иметь имена, например V — вектор или М — матрица. Элементы векторов и матриц
рассматриваются как индексированные переменные, например:
• V2 — второй элемент вектора V;
• М 2,З — третий элемент второй строки матрицы.
Индексы у векторов и матриц в МАТLAB имеют целочисленные значения, которые начинаются с 1. Заметим,
что специфика системы MATLAB такова, что даже обычные числа рассматриваются в МАТLAВ как матрицы размера
1 × 1.
Назначение матричной системы МАТLAВ. MATLAB — одна из первых, тщательно разработанных и
проверенных временем систем автоматизации
научно-технических
математических расчётов, построенная на
расширенном представлении и применении матричных операций. Это нашло отражение в названии системы —
МАТгiх LАВоrаtory — матричная лаборатория. Применение матриц как основных объектов системы способствует
резкому уменьшению числа циклов, которые
распространены при выполнении матричных вычислений с
применением универсальных, более привычных языков программирования высокого уровня, а также упрощению
реализации параллельных вычислений. Поэтому одной из основных задач при создании системы МАТLАВ было
предоставление пользователям языка программирования, ориентированного на технико - математические расчёты и
способного превзойти возможности традиционных, универсальных языков программирования, которые многие годы
использовались для реализации численных методов. При этом особое внимание уделялось как повышению скорости
вычислений, так и адаптации системы к решению самых разнообразных задач пользователей.
Система МАТLАВ реализует три важные концепции программирования:
• процедурное модульное программирование, основанное на создании модулей процедур и функций;
• объектно-ориентированное программирование, особенно ценное в реализации графических средств
системы;
• визуально-ориентированное программирование, направленное на создание средств графического
интерфейса пользователя GUI (Grарhiсs Usеr Interface).
Язык программирования МАТLАВ относится к классу интерпретаторов. Это означает, что любая команда
системы распознаётся (интерпретируется) по её имени (идентификатору) и немедленно исполняется в командной
строке, что обеспечивает проверку по частям любого программного кода. Одновременно интерпретирующий
характер языка программирования МАТLАВ означает, что с первых строк описания средств этой системы фактически
описывается её язык программирования. Важными достоинствами системы являются её открытость и расширяемость.
Большинство команд и функций системы реализованы в виде m файлов текстового формата (с расширением .m) и
файлов на языке С/С++, причём все файлы доступны для модификации. Пользователю дана возможность создавать не
только отдельные файлы, но и библиотеки файлов для реализации специфических задач. Любой набор команд в
справке можно сразу же исполнить с помощью команды Еvaluate Selection контекстного меню правой клавишей
«мыши».
Файловая система МАТLАВ. Система МАТLAB состоит из многих тысяч файлов, находящихся во
множестве папок. Полезно иметь представление о содержании основных папок, поскольку это позволяет быстро
оценить возможности системы. Кроме того, нередко надо обеспечить доступ к нужным для работы файлам системы,
иначе содержащиеся в них команды не будут проходить. В МАТLАВ особое значение имеют файлы двух типов — с
расширениями .mat и .m. Первые являются бинарными файлами, в которых могут храниться значения переменных.
30
Вторые представляют собой текстовые файлы, содержащие внешние программы, определения команд и функций
системы. Именно к ним относится большая часть команд и функций, в том числе задаваемых пользователем для
решения своих специфических задач. Нередко встречаются файлы с расширением .с (коды на языке «Си»), файлы с
прошедшими компиляцию кодами МАТLАВ с расширением .mex и другие. Исполняемые файлы имеют расширение
.ехе. Особое значение имеет папка МАТLАВ/ТООLВОХ/МATLAB: в ней содержится набор стандартных m-файлов
системы. Просмотр этих файлов позволяет детально оценить возможности поставляемой конкретной версии системы.
Полный состав файлов каждой папки (их список содержится в файле соntents.m) можно просмотреть с помощью
команды help имя, где имя — название соответствующей подпапки. Ознакомиться с файловой системой МАТLАВ
можно с помощью Проводника Windows или файлового менеджера.
Статистика в информационных системах управления
Анализ реальных потребностей предприятий показал, что для создания полноценной информационной
системы управления, которая обеспечивала бы не только учётные функции АХД, но и возможности анализа
сценариев, моделирования ситуаций, прогнозирования, поддержки принятия управленческих решений, применение
ИСУ типа ERP-систем недостаточно. Необходимо применение аналитических и синтетических методов и систем,
прежде всего эконометрических, и включение их в ИСУ. Базой современной эконометрики являются
статистические методы, такие как дисперсионный анализ, корреляционно-регрессионный анализ, дискриминантный
анализ, компонентный анализ, кластерный анализ, факторный анализ, непараметрические методы и ранговый
корреляционный анализ. Традиционно статистика понимается как «государствоведение», что приводит к
недоумению: каким образом её методы и средства могут использоваться в управлении предприятиями (менеджмент)
и при решении производственно-технических проблем? Однако они могут и должны применяться, если
руководство заинтересовано в конкурентоспособности и развитии своего предприятия. И в первую очередь
предпочтение следует отдать эконометрическим методам, направленным на перспективу.
Эконометрические методы представляют собой важную часть научно- экономического инструментария
учётно-планирующих служб
(контроллера) предприятия, а их компьютерная реализация - важную часть
информационной поддержки управления предприятием (контроллинга). При практическом использовании
эконометрических методов в работе контроллера необходимо применять соответствующие программные системы.
Могут быть полезны и общие статистические системы типа SPSS, Statistica, Statgrafics, ADDA, ДИСАН, ППАНД и
более специализированные Statcon, SPC, NADIS, REST (по статистике интервальных данных), Matrixer и многие
другие. Если относительно значимости применения математических методов и соответственно пакетов
математических программ при решении научных, научно-технических и производственных задач сомнений почти не
возникает, то относительно пакетов статистических программ, с учётом традиционно негативного отношения к
статистике в России, такие сомнения наблюдаются. Возникает резонный вопрос: а нужны ли вообще сложные
статистические системы? Может быть
достаточно для практических научно-производственных
целей
статистических программ типа MS Excel, Stadia 6.0 или статистических программ в ПМП MathCAD и MATLAB?
Ниже приведём некоторые доводы специалистов на эту тему, как ответ на поставленные вопросы.
Рассмотрим теоретическое обоснование использования методов статистики в управлении. Оно по большому
счёту определяет всю жизнедеятельность социума. Согласно Большому Энциклопедическому словарю, эконометрика
- наука, изучающая конкретные количественные и качественные взаимосвязи экономических объектов и процессов с
помощью математических и статистических методов и моделей. Эконометрические методы - это прежде всего методы
статистического анализа конкретных экономических данных, реализуемых в настоящее время с применением
компьютеров. Такие методы успешно используются в зарубежных и отечественных
технико-экономических
исследованиях и в работах по управлению (менеджменту). Применение прикладной статистики и других
эконометрических методов дает заметный экономический эффект. Например, в США эффект не менее 20 миллиардов
долларов ежегодно оценивается только в области статистического контроля качества.
В мировой науке эконометрика (понимай: статистика!) занимает достойное место. Об этом свидетельствует,
например, присуждение Нобелевских премий по экономике. Их получили эконометрики Ян Тинберген, Рагнар Фриш,
Лоуренс Клейн, Трюгне Хаавельмо, Джеймс Хекман и Дэниель Мак-Фадден. Выпускается ряд научных журналов,
полностью посвященных эконометрике, в том числе: Journal of Econometrics (Швеция), Econometric Reviews (США),
Econometrica (США), Sankhya (Indian Journal of Statistics Ser.D Quantitative Economics. Индия), Publication
Econometriques (Франция), электронный еженедельник «Эконометрика» (Россия). Публикуется также много книг и
статей в иных изданиях. Осуществляют свою деятельность международные и национальные эконометрические
общества, объединяющие десятки тысяч специалистов. В настоящее время в России стали проводиться теоретические
и практические эконометрические исследования, положено начало распространению обучения этой дисциплине.
Только в секции «Математические методы исследования» старейшего производственного журнала «Заводская
лаборатория» за последние 50 лет напечатано более 1000 статей по высоким статистическим технологиям и их
применениям.
Особый интерес представляют эконометрические применения высоких статистических технологий. Может
возникнуть естественный вопрос: зачем нужны высокие статистические технологии, разве недостаточно обычных
статистических методов? Исследователи в области эконометрики считают и доказывают своими теоретическими и
прикладными работами, что совершенно недостаточно. Так, многие данные в реальной социально-экономической
деятельности, а потому и в информационных системах поддержки принятия решений в менеджменте имеют
нечисловой характер. Например, представляются в вербальной (словесной) форме или принимают значения из
конечных множеств (при непрерывном характере значений показателя выбор проводят из конечного числа
31
градаций). Нечисловой характер часто имеют и упорядочения, которые дают эксперты или менеджеры, например,
выбирая главную цель предприятия (миссию), следующую по важности, или сравнивая образцы продукции с целью
выбора наиболее подходящего для запуска в серию. Целесообразнее в таких случаях провести ранжирование. Значит,
для контроллинга нужна статистика нечисловых данных. Далее, многие величины известны не абсолютно точно, а с
некоторой погрешностью (заданы в пределах), то есть исходные данные - не числа, а закрытые или открытые
интервалы. Это неизбежное
следствие общеинженерного утверждения: любое измерение проводится с
погрешностями. Следовательно, для эффективного управления нужна статистика интервальных данных. Суждения
людей о тех или иных факторах естественнее представлять в терминах теории нечёткости. Значит, менеджеру нужна
статистика нечётких данных. Ни статистики нечисловых данных, ни статистики интервальных данных, ни статистики
нечётких данных нет в классической статистике. Все это высокие статистические технологии, разработанные за
последние 30 - 50 лет.
Важная часть эконометрики - применение высоких статистических технологий к анализу конкретных
экономических данных. Такие исследования часто требуют дополнительной теоретической работы по «доводке»
статистических технологий применительно к конкретной ситуации. Большое значение для менеджмента имеют
конкретные эконометрические модели, например, вероятностно-статистические модели тех или иных процедур
экспертных оценок или экономики качества, имитационные модели деятельности организации. Конечно, и такие
конкретные экономические применения, как расчёт и прогнозирование индекса инфляции. Сейчас уже многим
специалистам ясно, что годовой бухгалтерский баланс предприятия может быть использован для оценки его
финансово - хозяйственной деятельности только с привлечением данных об инфляции. Различные области
экономической теории и практики еще далеко не согласованы. При оценке и сравнении инвестиционных проектов
принято использовать такие характеристики, как чистый приведённый доход (ЧПД), внутренняя норма доходности
(ВНД), основанные на учёте изменения стоимости денежной единицы во времени (учёт осуществляется с помощью
коэффициента дисконтирования). А при анализе финансово-хозяйственной деятельности организации на основе
данных бухгалтерской отчётности о необходимости дисконтирования «забывают».
В середине 1980-х годов в СССР в средней школе ввели новый предмет «Информатика» (правда, с
некоторой задержкой относительно Запада). В настоящее время молодое поколение владеет компьютерами,
осваивая быстро появляющиеся новинки. Этим оно заметно отличается от тех, кому за 40-50 лет. Это, по-видимому,
естественный процесс. Так было и раньше: молодые быстрее осваивали радио и телевидение, самолёты и автомобили,
чем старшие поколения. Если бы, наконец, в России в средней школе ввели (вместо ЕГЭ) курс теории вероятности и
статистики, то ситуация с применением эконометрики в нашей стране могла бы заметно выправиться. Такой курс
давно есть в США (в колледжах с 1900 г.), в Швейцарии (а как же считать «чужие» деньги в банках?), в Японии и
даже в странах Африки - Кении и Ботсване. В общем, почти во всех странах мира. В России же даже на
инженерных специальностях в вузах нет дисциплины «Общая теория статистики» и прикладных разделов
статистики.
Статистические технологии применяют для анализа данных двух принципиально различных видов. Один из
них - это результаты измерений различного характера, например,
научно-технических, производственных,
управленческого или бухгалтерского учёта, измерители Роскомстата и т.п. Это - объективная информация. Другой
вид - это оценки экспертов, полученные на основе своих накопленных знаний, опыта, даже интуиции и делающих
заключения относительно научных, технологических, производственных и экономических явлений и процессов. Это субъективная информация. Если экономическая ситуация стабильна, она позволяет рассматривать длинные
временные ряды значений экономических величин, полученных в сопоставимых условиях. В этих условиях данные
первого вида вполне адекватны и валидны. В быстро изменяющихся условиях приходится опираться на экспертные
оценки. Такая новейшая часть эконометрики, как статистика нечисловых данных, была создана как ответ на запросы
теории и практики экспертных оценок для доказательства адекватности оценок и валидности данных.
Для решения каких научно-технических, управленческих и экономических задач может быть полезна
эконометрика? Практически для всех, использующих конкретную информацию о реальном мире. Только чисто
абстрактные, отвлечённые от реальности исследования могут обойтись без неё. В частности, эконометрика
необходима для прогнозирования, в том числе поведения потребителей,
и для последующего планирования.
Выборочные исследования, в частности, современный выборочный контроль, основаны на эконометрике. Но
планирование и контроль - основа контроллинга. Отсюда следует, что эконометрика - важная составляющая
инструментария контроллера, который создаётся в компьютерной системе поддержки принятия решений. Прежде
желателен поиск оптимальных решений, которые должны опираться на адекватные эконометрические модели. В
производственном менеджменте это означает, например, использование оптимизационных эконометрических
моделей, аналогичных тем, что применяются при экстремальном планировании эксперимента. Такие решения
способствуют значительному повышению выхода полезного продукта, то есть производительности производства.
Высокие статистические технологии в эконометрике предполагают адаптацию применяемых методов к
изменяющейся ситуации. Например, параметры прогностического индекса меняются вслед за изменением
характеристик используемых для прогнозирования величин. Таков метод экспоненциального сглаживания. В
соответствующем алгоритме расчётов значения временного ряда используются с весами. Веса уменьшаются по мере
движения в ретроспективу. Многие методы дискриминантного анализа основаны на применении обучающих выборок.
Например, для построения рейтинга надёжности банков можно с помощью экспертов составить две обучающие
выборки - надёжных и ненадёжных банков. А затем с их помощью решать для вновь рассматриваемого банка, каков
он - надёжный или ненадёжный, а также оценивать, вычисляя значение рейтинга, его надёжность.
32
Один из способов построения адаптивных эконометрических моделей - нейронные сети. При этом акцент
делается не на формулировку адаптивных алгоритмов анализа данных, а в большинстве случаев - на построение
виртуальной адаптивной структуры. Термин «виртуальная» означает здесь, что «нейронная сеть» - это
специализированная компьютерная программа. Термин «нейроны» используются лишь при общении человека с
компьютером. Методология нейронных сетей идет от идей кибернетики 1940-х годов, изложенных Н.Винером в его
книге «Кибернетика» в 1948 году. В компьютере создается модель мозга человека (весьма примитивная с точки
зрения нейрофизиологии). Основа модели - весьма простые базовые элементы, называемые нейронами. Они жёстко
соединены между собой: так что эти «нейронные сети» можно представить и сравнить со структурными схемами,
известными инженерам, менеджерам, экономистам. Реальные нейроны - нервные клетки мозга, имеют гибкие аксоны,
через которые они устанавливают временные связи. Каждый нейрон-модель находится в одном из заданного
множества состояний. Он получает сигналы (импульсы) от соседей по сети, изменяет свое состояние и сам рассылает
импульсы. В результате состояние множества нейронов изменяется, что соответствует проведению эконометрических
вычислений. Нейроны обычно объединяются в слои (как правило, два-три). Среди них выделяются входной и
выходной слои. Перед началом решения той или иной задачи производится настройка. Во-первых, устанавливаются
связи между нейронами, соответствующие решаемой задаче. Во-вторых, проводится обучение, то есть через
нейронную сеть пропускаются обучающие выборки, для элементов которых требуемые результаты расчётов известны.
Затем параметры сети модифицируются так, чтобы получить максимальное соответствие выходных значений
заданным величинам. С точки зрения точности расчётов и оптимальности в том или ином эконометрическом смысле
нейронные сети не имеют преимуществ перед другими адаптивными эконометрическими системами. Однако они
более просты для восприятия, если абстрагироваться от их «аналогии» с нейронными сетями мозга. Следует отметить,
что в эконометрике используются и модели, промежуточные между нейронными сетями и «обычными» моделями системами одновременных регрессионных уравнений и уравнений с временными задержками (лагами). Они тоже
используют структурные схемы (блок-схемы): например, методы моделирования связей экономических факторов.
Заметное место в математико-компьютерном обеспечении принятия решений для контроллинга занимают
методы теории нечёткости (англ. – fuzzy theory). Сам термин fuzzy переводят на русский язык по-разному: нечёткий,
размытый, расплывчатый, туманный, пушистый и т.п. Начало современной теории нечёткости положено работой
Лотфи А. Заде, иранца по происхождению, работавшего в США в 1965 году. Хотя истоки идеи прослеживаются со
времён Древней Греции. Это направление прикладной математики получило бурное развитие. К настоящему времени
по теории нечёткости опубликованы тысячи статей и сотни книг, издаётся несколько международных журналов
(больше половины из них - в Китае и Японии), постоянно проводятся международные конференции. В области теории
нечёткости выполнено достаточно много как теоретических, так и прикладных научных работ, практические
приложения дали ощутимый технико-экономический эффект. В работах Л. А. Заде теория нечётких множеств
рассматривается как аппарат анализа и моделирования гуманитарных, эргатических систем, то есть систем, в которых
участвует человек. Его подход опирается на предпосылку о том, что элементами мышления человека являются не
числа, а элементы некоторых нечётких множеств или классов объектов, для которых переход от «принадлежности» к
«непринадлежности» не скачкообразен, а непрерывен. В настоящее время методы теории нечёткости используются
почти во всех прикладных областях, в том числе при управлении технологическими процессами и качеством
продукции. Нечёткая математика и логика - мощный элегантный инструмент современной науки, который на
Востоке (в Японии, Китае, Корее) и на Западе можно встретить в программном обеспечении десятков видов изделий от бытовых видеокамер до систем управления вооружениями. В России он был известен с начала 1970-х годов.
Однако первая монография российского автора по теории нечёткости была опубликована лишь в 1980 году. В
дальнейшем раз в год всесоюзные конференции собирали около 100 участников. По мировым меркам - немного. При
изложении теории нечётких множеств обычно не подчёркивается связь с вероятностными моделями. В нашей стране в
середине 1970-х годов установлено, что теория нечёткости в определённом смысле сводится к теории случайных
множеств. В США подобные работы появились лет на пять позже.
В настоящее время
наряду с традиционными методами статистического анализа (дисперсионным,
корреляционно-регрессионным, компонентным, факторным, дискриминантным) стал широко применяться
кластерный анализ. Современная власть в России увлечена кластерами. Термин «кластер» может стать главным
неологизмом 2013 года. «Кластеры модно создавать во всех сферах жизни: промышленности, образовании, спорте. ...
На Западе ни один кластер не складывался искусственно, из-за того, что власти решили кого-то куда-то согнать».2
Само название «кластерный анализ» впервые ввёл Tryon в 1939 году. Следует отметить, что термины «класс» и
«кластер» разного происхождения, но в определённом, «групповом» смысле это синонимы: оба термина выражаются
через слово немецкого происхождения «группа». Группа (немец. Gruppe) – это несколько объектов, находящихся
вместе или/и с общим признаком, свойством или/и целью. Класс (латин. classis) – группа людей или/и объектов с
определённым положением, степенью или уровнем чего-либо. Кластер (англ. cluster) – группа объектов, выделяемая
из других и объединяемая в устойчивое образование. Термин «сluster» - первоначально «химический». Как видно из
этих определений, в них доминируют логические операции «дизъюнкция» и «конъюнкция», а не альтернатива,
неравнозначность (исключающее «ИЛИ»). Кластеризация – это операция автоматической классификации, в
результате которой объекты объединяются в группы (кластеры) таким образом, что внутри групп различия между
объектами минимальны, а между группами – максимальны. В процессе кластеризации не только определяется
внутренний состав кластеров, но и сама их совокупность и границы. Методы кластерного анализа используются
тогда, когда нет априорных гипотез относительно классов: исследование - на описательной, эмпирической стадии.
2
Терентьев Д. Силиконовая пустыня. // Аргументы неделi, №169358),25 апреля 2013 года.
33
Известны различные алгоритмы кластеризации, которые обычно связаны с полным перебором объектов, и, поэтому,
весьма трудоёмки в вычислениях. Три из них следующие (описание с сайта http:// StatSoft. ru) :
- метод двухходового объединения,
- метод К средних,
- метод дендрологической (древовидной) кластеризации.
Первый метод предполагает, что исследователь может сначала группировать конкретные образы (образцы)
наблюдаемых объектов, а затем определять кластеры объектов со сходными признаками. Он может также
группировать признаки для определения кластеров признаков, которые связаны со сходными конкретными
объектами. В двухвходовом алгоритме эти два процесса осуществляются параллельно, одновременно.
Второй метод предполагает определять принадлежность объектов к кластерам таким образом, чтобы:
- минимизировать изменчивость (различия) объектов внутри кластеров;
- максимизировать изменчивость объектов между кластерами.
Третий метод заключается в создании древовидной диаграммы. Диаграмма начинается с конкретных
объектов (на диаграмме слева). Затем постепенно, с малыми шагами, «ослабляется» требование установленного
критерия кластеризации о том, какие объекты являются уникальными, а какие – нет. Иначе говоря, снижается порог
для решения вопроса об объединении двух или более объектов в один кластер. Постепенно связывается вместе всё
большее и большее число объектов и агрегируется (объединяется) всё больше и больше кластеров, состоящих из всё
сильнее различающихся компонентов или элементов. Наконец, на последнем шаге все объекты объединяются вместе.
На рис. 3 приведён screen shot древовидной диаграммы последовательной кластеризации мировых автомобильных
марок.
Рис. 3. Древовидная диаграмма последовательной кластеризации.
Итак, при решении задач управления, в частности контроллинга, полезны многочисленные интеллектуальные
инструменты анализа данных, относящиеся к высоким статистическим технологиям и эконометрике.
Прикладные статистические пакеты
ПСП Statistica. Система Statistica задумывалась как полная статистическая система для руководителей, не
привыкших к использованию функционировавших в пакетном режиме ранних версий SAS или SPSS. С самого начала
эта программа обладала развитым графическим интерфейсом и опиралась на поддержку высококачественной графики
для анализа данных. Система состоит из ряда модулей, работающих независимо. Каждый модуль включает
определённый класс процедур (например, для кластерного анализа или анализа выживаемости). Графики в данной
системе строятся как из общего меню, так и из подменю процедур, что очень облегчает начинающим выбор
адекватного графического представления данных. Почти все процедуры являются интерактивными: для запуска
обработки данных необходимо выбрать из меню определённые переменные и ответить на ряд вопросов системы. Это
очень удобно для начинающего пользователя, однако резко замедляет деятельность опытного пользователя и не
позволяет эффективно повторять одну и ту же процедуру несколько раз. Автоматизация возможна при помощи
командного языка (Statistica Command Language), интерпретатор которого доступен из любого модуля. Мастер
команд (Command
Wizard) резко облегчает составление программы, сводя программирование к выбору
соответствующих n меню. Однако на самом деле интерпретатор работает с языком макропоследовательностей, то есть
он просто автоматизирует действия пользователя, а не обращается напрямую к ядру системы. Поэтому после запуска
на выполнение вызываются отдельные модули, и на экране начинают появляться отдельные окна и подменю. Кроме
того, необходимо, в отличие от других систем, включить сохранение результатов, иначе они пропадут. Встроенный
язык программирования (Statistica Bаsic), несмотря на название, по своей структуре похож на язык Паскаль и не
получил значительного распространения, поэтому дополнительные подпрограммы, созданные третьими сторонами,
практически отсутствуют. Жесткая структура также не позволяет использование дополнительных модулей.
Система Statistica является относительно небольшой программой, занимая около 24 Мбайт, и обладает одной
из наилучших систем подсказок. Возможности экспорта и импорта данных развиты достаточно, но без особых
дополнений. Работать с графикой в этой программе удобно и просто, смена названий и подписей проходит без
проблем. Программа Statistica обладает очень широкой палитрой статистических методов. Так, например, в ней
реализовано дендрологическое моделирование (модель графа «дерево»): является оболочкой для хорошо известной
программы QUEST, выполняющей моделирование по алгоритмам дискриминантного разделения и СART. Для
сравнения следует отметить, что продукт фирмы SPSS для дендрологического моделирования никогда не входил в
34
комплект полной поставки системы (приобретался отдельно) и сначала базировался на устаревшем алгоритме
CHAID. Вместе с версией 6.0 можно приобрести интегрируемый в неё пакет нейросетевого моделирования Statistica
Neural Networks. Этот пакет по своим возможностям явно превосходит аналогичные модули, доступные для S-Plus
или SPSS (NeuroSolutions), однако его стоимость практически равна стоимости всей остальной системы. Таким
образом, Statistica является одной из наиболее простых для неподготовленного пользователя систем, с наименьшим
периодом освоения её потенциала и удачным набором графических возможностей. К недостаткам системы можно
отнести её малую расширяемость, отсутствие модулей третьих фирм и пользователей, а также недостаточно
эффективный командный язык.
Statistica - пакет для всестороннего статистического анализа, разработанный компанией StatSoft. В пакете
Statistica реализованы процедуры для анализа данных (data analysis), управления данными (data management),
извлечения данных (data mining), визуализации данных (data visualization). Существуют различные варианты пакета
в зависимости от целей и задач пользователя:
• однопользовательская версия (Single-User);
• сетевая версия (Concurrent Network) для использования в локальных вычислительных сетях;
• предприятия (Enterprise) версия для использования в ИСУ предприятий;
• сетевая (Web-Based) версия для использования в региональных сетях через web-браузер.
Структура ПСП Statistica. ПСП Statistica имеет модульную структуру. Каждый модуль построен на
уникальных методах анализа данных и содержит соответствующие процедуры:
• Base - предоставляет широкий выбор основных статистик и включает обширный набор методов для
разведочного анализа;
• Advanced Linear/Non-linear Models - предоставляет широкий спектр линейных и нелинейных средств
моделирования, регрессионный анализ, анализ компонент дисперсий, анализ временных рядов и др.;
• Multivariate Exploratory Techniques - предоставляет многомерные разведочные технологии анализа,
начиная с кластерного анализа и заканчивая расширенными методами классификационных «деревьев», в сочетании с
набором средств интерактивной визуализации для построения связей и шаблонов;
• Quality Control - представляет широкий спектр аналитических методов управления качеством, а также
контрольные карты презентационного качества, гибкости и разнообразия;
• Neural Networks (отдельный модуль) - единственный в мире программный продукт для нейросетевых
исследований, полностью переведённый на русский язык;
• Data Miner - интеллектуальный анализ извлечённых данных для представления знаний.
Графика. Система Statistica
обладает широкими графическими возможностями. Система Statistica
включает в себя большое количество разнообразных категорий и типов графиков, включая научные и деловые:
двумерные и трёхмерные графики в различных системах координат, специализированные статистические графики
(гистограммы, матричные, категорированные графики и др.). В систему Statistica включено большое количество
инструментов настройки всех компонент графиков. Имеется возможность выбора различных типов линий, форматов
разметки осей, цветов, легенд, названий и других атрибутов графика. Настроенные атрибуты могут быть сохранены в
специальном файле и потом применяться к другим графикам. Доступ ко всем основным командам настройки
реализован при помощи контекстных меню, которые появляются при нажатии на правую клавишу «мыши», общего
меню и из панели инструментов графика.
ПСП Stata. Система Stata является весьма развитой системой статистической обработки данных,
существующей на всех основных операционных системах — MS DOS, Windows и UNIX/Linux. По своей сути эта
программа является интерпретатором языка программирования статистических задач. Отсюда вытекают все
положительные и отрицательные стороны системы. К явно положительным качествам относятся расширяемость и
наличие большого количества программ, написанных пользователями системы. Служба технической поддержки
фирмы выпускает журнал, содержащий программы, написанные как сотрудниками корпорации, так и пользователями.
Полная совместимость процедур, созданных на разных платформах, и легкость программирования собственных
статистических программ также относятся к достоинствам системы. Понятно, что все эти достоинства необходимы, в
первую очередь, профессионалам в области статистической обработки данных, но вряд ли будут оценены
начинающими пользователями. Следует заметить, что оригинальная версия даже не имеет пользовательского
интерфейса, а полностью управляется при помощи командного языка. Зато эта программа является самой маленькой
из представленных в данном обзоре. Для того, чтобы облегчить использование системы Stata студентами, была
разработана оболочка StataQuest, которая добавляет к системе меню и диалоговые окна, позволяющие осуществлять
простой доступ к ряду статистических процедур. Однако, поскольку StataQuest разрабатывалась для студентов
(базировалась на урезанной версии Stata4), она включила доступ лишь к основным процедурам. Правда, в основные
процедуры были включены: основные виды множественной регрессии, дисперсионного анализа, непараметрической
статистики и корреляционного анализа. Кроме того, в Stata встроены достаточно полные графические средства.
Существует большое разнообразие графиков, которые можно использовать для визуализации и оценки данных,
включая различные варианты гистограмм, Bох-Plot, точечных и столбиковых диаграмм, диаграмм рассеяния и других.
Графики обычно бывают двух типов: высокого разрешения, которые используют графические возможности системы,
и низкого разрешения, которые для начертания используют обычные текстовые символы. Следует отметить, что
графики высокого разрешения можно сохранять только в одном из двух форматов — собственном формате Stata и в
формате WMF. Последний позволяет использовать изображения в других программах, например, MS Word или МS
PowerPоint.
35
Система Stata позволяет использовать в командной строке условия: например, исчислять суммарные
статистики не по всей анализируемой группе, а по определенному поднабору данных. Полно представлены различные
методики регрессионного анализа, анализ выживаемости и факторный анализ, хотя в последнем отсутствуют
алгоритмы наклонного вращения факторных нагрузок. Характерной особенностью системы является целый набор
команд для анализа эпидемиологических данных, включая прямую и непрямую стандартизацию, оценку исследований
по типу случай-контроль и когортных исследований. Несколько удивительным является отсутствие среди
реализованных алгоритмов кластерного анализа.
В целом Stata ориентирована на пользователей, обладающих некоторыми знаниями как в области
статистической обработки данных, так и в программной реализации статистических алгоритмов. Для этой категории
пользователей она представляет эффективный и компактный инструмент. Вместе с тем чисто текстовый вывод
таблиц, сложность доступа к командам и отсутствие полномасштабного графического интерфейса пользователя
делает эту программу недостаточно подходящей для начинающего пользователя.
ПСП Statgraphics + .
Система Statgraphics была разработана еще для персональных компьютеров,
функционировавших под управлением МS DOS. В те времена она открыла перед пользователями, уставшими от
командной строки SAS и SPSS систему меню, чёткую графику высокого разрешения, большие возможности по
экспорту графических изображений в сочетании с достаточно полным набором статистических алгоритмов. Однако на
компьютерах, оснащенных операционной системой Windows‚ Statgraphics уступила свои позиции в качестве
«статистической системы №1 для начинающих» пакету Statistica. Достаточно упомянуть тот факт, что для DOS было
выпущено 5 версий Statgraphics, а для Windows - пока лишь три версии. Вместе с тем, до сих пор Statgraphics
сохраняет свою приверженность ориентировке на начинающих пользователей в сочетании с большими
возможностями по визуализации данных. Следует заметить, что структура Statgrafics достаточно сильно отличается
от таковых в Statistica или SPSS. Дело в том, что процедуры в данной программе сгруппированы по видам анализа, а
не по особенностям алгоритмов. Так, пункты меню носят следующие названия: «Сравнить», «Проанализировать
связи», «Описать», что значительно облегчает выбор нужных процедур в сравнении, например, с таким пунктом
меню, как «Базовая статистика». При этом методики параметрической и непараметрической статистик обычно
находятся в одном пункте меню и могут быть использованы при просмотре опций данного вида анализа. После
каждого анализа идет краткий комментарий того, что было получено, и даются предложения по использованию
дополнительных методик. Активно используются опции, вызываемые нажатием правой клавиши «мыши».
Если исследователь привык работать с другими программами, которые задают вопросы до тех пор, пока не
смогут однозначно выполнить поставленную перед ними задачу, работа в Statgraphics может показаться несколько
неудобной. Однако для тех, кто начинает работу с этой программы, данный подход может показаться естественным:
выбрать вид анализа, указать переменные, затем получить комментарий по поводу данных и первоначальные
результаты, а после этого выбрать уточняющие методики анализа. Также надо указать, что одной из наиболее
сильных сторон Statgraphics является его потенциал по визуализации данных.
ПСП S-plus. Система S-plus является, вероятно, одной из самых развитых систем статистического анализа,
находящихся на рынке. Основой S-plus является язык с аналогичным именем, разработанный несколько десятилетий
назад в лабораториях АТТ. Это язык, специально предназначенный для анализа и исследовательской работы в области
статистики. Современные версии S-plus базируются на ядре языка, реализованном в виде динамической библиотеки, и
графическом пакете Axum, который также поддерживает графический интерфейс пользователя. Система S-plus
является
всеобъемлющим пакетом. Именно он, наряду со стандартными методами анализа, включает
дендрологическое моделирование, нечёткий кластерный анализ и ряд других дополнительных возможностей. Система
S-plus позволяет подключать дополнительные модули уже в компилированном виде, поэтому расширение системы не
вызывает трудностей. Доступны дополнительные модули для робастной статистики, нейросетевого моделирования и
для ряда других видов анализа. Безусловно, работа с дополнительными модулями не столь удобна, как со
встроенными, однако возможность их бесплатного получения из Интернет привлекает.
Графика всегда была одной из сильных сторон системы S-plus, предоставляя пользователю широкий выбор из
различных высококачественных диаграмм с последующим манипулированием ими. Поэтому не случайно, что
система S-plus широко используется в Северной Америке для обучения студентов статистике.
Недостатки системы S-plus являются логическим следствием её достоинств. Следствием полноты системы
является её медлительность. Для нормальной работы необходимы производительные процессоры. В настоящее время
это условие выполняется практически на всех современных персональных компьютерах.
Пакет будет
функционировать и на старых компьютерах, однако скорость вычислений заметно снизится. Есть и другие
недостатки. Так отсутствие в меню возможности расчёта непараметрических коэффициентов корреляции вызывает
некоторое удивление. Вывод результатов в системе S-plus не всегда удобен для интерпретации. Например, команда
корреляционного анализа выдает столбцы значений коэффициентов с точностью до восьмого знака после запятой,
однако без расчёта достоверности коэффициентов или вспомогательных статистик. Использование командной строки,
а, значит, и всех возможностей S-plus в целом, требует изучения языка. При этом следует заметить, что
использование командной строки несколько сложнее, чем в системах SAS, SPSS или Stata.
Система S-plus является системой, рассчитанной преимущественно на профессионалов в области
статистической обработки данных, исследовательской работы в области статистики и обучению студентовстатистиков. Поэтому данная система является очень мощной, настраиваемой и расширяемой. Вместе с тем,
повышенные требования к аппаратному обеспечению компьютера, сложность в использовании командной строки для
доступа к специальным возможностям делают систему S-plus менее привлекательной для начинающих
пользователей-непрофессионалов.
36
ПСП Minitab. Одна из старейших систем обработки данных для персональных компьютеров – система
Minitab - явно утрачивает свои лидирующие позиции. Несмотря на достаточно большой набор статистических
процедур, отсутствуют те из них, которые являются фактически стандартом и необходимы для анализа
биомедицинских данных. Так, например, отсутствие непараметрических коэффициентов корреляции вообще трудно
объяснимо. Графика в этой системе достаточно развитая, однако диалоговые окна, через которые необходимо пройти,
чтобы вызвать график, никак нельзя назвать интуитивными. Вообще пользовательский интерфейс пакета Minitab
является одной из наиболее слабых его сторон. Наползающие друг на друга поля, «съеденные» метки и прочие
погрешности придают программе незаконченный вид.
Пакет Minitab имеет свой командный язык и имеется ряд макросов, расширяющих возможности системы.
Вместе с тем среди введённых макросов нет тех, которые бы кардинально расширяли возможности системы. Да и
число их явно уступает таковому для систем Stata или SAS.
Большим преимуществом системы является возможность получить бесплатную полную версию системы для
апробирования и тестирования, которые ограничены 30 днями работы. Ни одна из других систем, исключая
Statgraphics, не предлагается в качестве столь полного продукта для тестирования. В целом можно отметить, что пакет
Minitab рассчитан на начинающих пользователей, и может ими успешно использоваться. Однако он явно уступает по
своим возможностям и тщательности проработки пакету Statistica.
ПСП SAS. Одна из старейших и наиболее часто используемых систем статистической обработки данных SAS - начинала свой путь ещё на больших ЭВМ (коллективных компьютерах) и до сих пор имеет наиболее широкий
охват различных компьютерных платформ. Система SAS имеет программно-модульную структуру. Это означает, что
существуют специализированные модули обработки данных: статистика (SТАТ), поддержка принятия решений (ОR),
графика (GR) и т.п. Внутри модуля имеются программы, выполняющие эту обработку. Система SAS практически не
попала под влияние среды MS Windows и поэтому версии для этой операционной системы выглядят так же, как и для
других сред. Более того, основным способом общения с системой является командная строка, что можно считать
анахронизмом.
Графический интерфейс пользователя поставляется в отдельном модуле SAS/ASSIST и не предоставляет
доступа не только ко всем возможностям системы, но и даже к их большей части. Суть в том, что этот модуль
является оболочкой не для всей системы, а лишь для блока общего анализа данных и, поэтому, полнота охвата
процедур ограничена. Справедливости ради следует отметить, что на рынке существует распространяемая бесплатно
оболочка для SAS – Overstat, которая превращает эту программу в систему, более привычную для пользователя
Windows, с полностью настраиваемыми меню и диалоговыми окнами. Данная программа рассчитана на работу с
более ранними версиями SAS (6.03-6.04), однако может использоваться и для новых версий. Из всех
проанализированных систем только сочетание SAS/Overstat может быть частично русифицировано. Хотя системы SPlus и SТАТА имеют возможность настройки диалоговых окон и меню, использование символов верхней половины
таблицы кодов в них затруднено. Сильной стороной SAS являются её возможности по обработке данных и полнота
представленных процедур. Графики, предлагаемые системой, достаточно иллюстративны, однако не могут сравниться
с генерируемыми графиками систем S-Plus или Statistica. Еще одной сильной стороной системы SAS является её
расширяемость. Система включает командный язык, язык работы с матрицами (IМL) и поддержку макросов.
Неудивительно, поэтому, что на рынке можно найти достаточно большое количество готовых подпрограмм и
макросов для решения различных статистических задач.
Каждая процедура системы SAS имеет множество опций, которые позволяют выполнять дополнительные
тесты и специфицировать дополнительные модели. Естественно, полное и гибкое использование всех этих
возможностей требует знания командного языка или создание детальных меню в Overstat. Ряд авторов считает, что
система SAS продолжает нести с собой наследие старых компьютерных систем, заключающееся в том, что результаты
анализа обычно очень многословны и объёмны. Система старается рассчитать и распечатать все известные ей тесты,
поскольку при работе на старых компьютерах не могло быть большего разочарования для аналитика тогда, когда
получив долгожданную распечатку, обнаружить, что он забыл заказать тот самый тест, который ему был нужнее
других. Чтобы избежать этого, система SAS выводит результаты всех тестов.
В целом следует отметить, что система SAS является наиболее гибкой и развитой системой обработки
данных, которая особенно хорошо подходит для профессионалов в области анализа данных. Однако она может быть
использована и начинающими, если они воспользуются и оболочкой Overstat или SAS/ASSIST. Заметим, что система
SAS была одной из двух систем, представленных в данном обзоре, которая могла достаточно просто справиться с
комплексной задачей последовательного использования процедур импорта файла, корреляционного анализа по
Спирмену и факторного анализа полученной корреляционной матрицы.
ПСП SPSS. Система SPSS является, наряду с SAS, одной из старейших систем статистического анализа
данных. Однако, в отличие от SAS компания, разрабатывающая эту программу, всегда была в значительной степени
ориентирована на непрофессионалов, и поэтому, уже с ранних версий для персональных компьютеров (SPSS РС+)
программа полагалась на разветвлённую систему меню. При этом система меню была лишь оболочкой (front-end) для
ядра программы, управляемого командным языком. Использование меню приводило к автоматическому
формированию команд для SPSS, которые затем необходимо было передать командному процессору (тот же принцип
используется и Overstat). В ходе эволюции SPSS принцип «общения» оболочки с ядром оставался прежним, однако
становился все более и более скрытым от пользователя. Так, в последних версиях SPSS для того, чтобы увидеть
команды, сформированные оболочкой, необходимо специально сообщить системе о своём желании.
Длительное время ядро SPSS оставалось без изменений, однако в версии 7.5 один из основных компонентов общая линейная модель (GLM) - был переписан. Кроме того, компания-разработчик отказалась от развития системы
37
SPSS на платформах, отличных от MS Windows, что привело к возможности создать систему, столь привычную для
пользователей Windows, сокращая таким образом время на обучение пользователей.
Сейчас система SPSS включает большое количество статистических процедур, возможности по манипуляции
данными и создания графиков. Проработка статистических алгоритмов чрезвычайно тщательная и позволяет хорошо
контролировать процесс обработки данных. Большинство опций доступно из меню и диалоговых окон, что выгодно
отличает SPSS от оболочек SAS. Вместе с тем, SPSS уступает ряду других статистических систем по нескольким
параметрам. Во-первых, политика фирмы направлена на то, что многие дополнительные модули (нейросетевого
моделирования, дендрологического моделирования и др.) существуют в виде отдельных программных продуктов,
которые интегрируются в систему благодаря стараниям пользователя и не могут вызываться в прямом виде из
командного процессора. Во-вторых, различные модули могут давать результаты в несовместимом формате
(корреляционные матрицы, полученные при помощи модуля продукт-моментной корреляции и ранговой корреляции
имеют разный формат, а формат ранговой матрицы не распознаётся, например, процедурой факторного анализа).
Система подсказок в системе SPSS довольно недоразвитая (остаточная) и отличается в худшую сторону от подсказок
в системе Statistica, а Statistical Coach не идёт ни в какое сравнение со Statistical Advisor в системе Stratgraphics.
Пакет SPSS для Windows является в настоящее время одним из лидеров среди универсальных статистических
пакетов. Система SPSS предлагает полный набор инструментов, обеспечивающих эффективную работу на всех этапах
аналитического процесса - от планирования до управления данными, анализа данных и представления результатов.
Программное обеспечение системы SPSS позволяет:
- эффективно осуществлять сбор и ввод данных;
- организовывать простой доступ к данным;
- эффективно управлять данными;
- использовать различные статистические процедуры для анализа данных и создавать более адекватные и
точные модели;
- наглядно представлять результаты исследуемых тем;
- публиковать результаты в Интернете.
Для прогнозирования числовых переменных в системе SPSS можно использовать такие процедуры как:
- линейная регрессия для исследования взаимосвязей между предикторами и предикантом - прогнозируемой
переменной (например, прогнозирование продаж на основе данных о ценах и доходах покупателей); линейная
регрессия доступна в SPSS Base;
- регрессия на основе взвешенного метода наименьших квадратов для использования в случаях, когда
дисперсия независимой переменной в генеральной совокупности непостоянна.
Презентационная графика системы SPSS для Windows позволяет без особых усилий создавать диаграммы,
наилучшим образом описывающие результаты анализа, а также редактировать созданные диаграммы для их более
тонкой настройки. Презентационной графикой можно пользоваться также в случае работы в «созидательном»
режиме: система SPSS позволяет создавать диаграммы и применять параметры созданной диаграммы к новым
диаграммам.
Для представления данных в табличном виде в системе SPSS имеется дополнительный модуль SPSS Tables.
Интерактивный интерфейс построения таблиц обновляется в режиме реального времени, так что пользователь может
видеть, как будет выглядеть таблица, и изменять её в процессе построения. Такие возможности, как объединение
несколько категорий в одну, вставка итогов сверху, снизу, справа или слева в таблице, добавление подкатегорий,
изменение типов переменных и исключение категорий, позволяют быстро и эффективно управлять внешним видом
таблиц. Кроме того, вместе с таблицами можно рассчитывать статистические критерии, что позволяет устанавливать и
подчёркивать достоверность полученных результатов. Например, можно показать значимость связи между временем,
уделяемым домашним животным, и временем восстановления после сердечного приступа, построив таблицу по
переменной времени восстановления после сердечного приступа и переменным повседневной деятельности.
Производительные возможности модуля SPSS Tables позволяют создавать большие отчёты и обеспечивают
быстрое и эффективное представление информации, заложенной в огромных массивах данных, в понятной и удобной
форме. Модуль SPSS Tables обладает целым рядом возможностей, обеспечивающих быструю доставку получаемых
табличных отчётов. Интерактивные таблицы, создаваемые в SPSS Tables, мобильны и их можно экспортировать в
MSWord и MSЕхсеl. Дополнительного форматирования таблиц не требуется, однако при необходимости в таблицы
можно вставлять содержательную информацию.
ПСП NCSS. Система NCSS является относительно молодой и мало распространённой, однако этот
«недостаток» с лихвой компенсируется полнотой охвата статистических процедур внутри одной программы (без
дополнительных модулей). По количеству предлагаемых процедур NCSS напоминает систему S – plus, предлагая
большое количество процедур кластерного анализа, детальную описательную статистику, графики и многие другие
статистические методики. Внешний вид программы также напоминает S-plus, особенно диалоговыми окнами с
закладками для выбора параметров процедур. Явным достоинством системы является то, что все её возможности
доступны из ниспадающих меню, а сопровождающая программу система подсказок содержит набор пошаговых
инструкций с примерами, позволяющий быстро овладеть её основными возможностями. Результаты, генерируемые
программой, автоматически сохраняются в rtf-файле, который затем легко прочитать и редактировать любым
современным текстовым редактором. Сами результаты организованы таким образом, что их легко просматривать и
анализировать. Аналогично SAS, система по умолчанию рассчитывает большое количество статистик, позволяя
охватывать и сопоставлять их одним взглядом.
38
Недостатки системы частично заложены в том, что она создавалась при помощи Visual Basic - отнюдь не
самого «быстрого» языка программирования. Следствием оказывается очень большое время загрузки программы и
исполнения на относительно маломощных компьютерах. Кроме того, генерируемые программой графики не могут
редактироваться. Однако в остальном система NCSS является весьма привлекательной системой для начинающих
пользователей.
ПСП Systat. Система Systat позиционируется как полномасштабная статистическая система для
исследователей. Система Systat существует в двух версиях для пользователей персональных компьютеров на
платформе Windows и Macintosh. Структура Systat очень похожа на структуру всех остальных программ,
базирующихся на ядре командного интерпретатора с оболочкой в виде меню и панели кнопок. Вместе с тем, по
целому ряду параметров Systat действительно является очень удобной для исследователей системой. Во-первых, эта
программа предлагает весьма широкий набор статистических процедур в рамках одного достаточно компактного и
быстрого модуля. Данная система была одной из первых, включивших дендрологическое моделирование в структуру
встроенных команд. Кроме того, Systat поддерживает специальный набор процедур для статистического
распознавания сигнала. Анализ опросных данных позволяет проводить классический анализ (расчёт коэффициента
альфа Кронбаха) и логистический анализ. Есть и другие примеры потенциала системы Systat. Появившаяся на рынке
версия 8.0 имела дополнительные возможности, включая несколько более эстетичный дизайн и, что очень важно,
почти полнофункциональную демо-версию, которая функционирует на протяжении 60 дней и ограничена только
объёмом выборки (менее 250 наблюдений). Недостатков у этой системы немного. К ним можно отнести отсутствие
модулей расширения, требующие осмысления диалоговые окна выбора опций для анализа и отсутствие
форматированных таблиц в стиле SPSS. Недостаточно хорошо организован и модуль непараметрической статистики.
Так, большинство тестов для связанных совокупностей вынесены в отдельные пункты меню, а вот для независимых
— вообще отсутствуют. Доступ, например, к критерию Манна-Уитни (Mann-Whitney test) для проверки нулевой
гипотезы об однородности двух выборок, осуществляется через дисперсионный анализ рангов по Крускалу-Уоллесу.
Также требует повышенного внимания организация результатов параметрического дисперсионного анализа.
Количество тестов сравнения post hoc (после случая) меньше, чем в системе Statistica, однако она включает
стандартную процедуру Бонферрони (Bonferroni΄s inequality), которая исключёна из системы Statistica.
Системы автоматизированного проектирования
В СССР в 1960–х годах появилось понятие «система автоматизированного проектирования работ (САПР)». В
англоязычной литературе синонимом стала аббревиатура CAD от словосочетания «Computer Aided Design»,
представляющего систему, реализующую проектирование, при котором все проектные решения полностью или
частично получают путём взаимодействия
проектировщика (дизайнера) с компьютером. Словосочетание
«автоматизированное проектирование» означает компьютерную поддержку проектирования. В СССР компьютер (в
переводе с английского «вычислитель») обозначали аббревиатурой ЭВМ - электронная вычислительная машина. В
настоящее время есть классификация из трёх основных классов:
• САПР машиностроения, или по-английски
М CAD - Mechanical Computer Aided Design;
• САПР архитектуры и строительства, или по-английски
САD /AEC - Architectural, Engineering and Construction,
• САПР электроники, или по английски
ECAD/ EDA - Electronic CAD/ Electronic Design Automation.
Наиболее развитым среди них является рынок МСАD, по сравнению с которым рыночные секторы
САD/AEC и ECAD довольно статичны, развиваются относительно медленно. В связи с такой ситуацией на рынке
следует обратить внимание прежде всего на процесс развития автоматизированного
проектирования
в
машиностроении.
Современный рынок машиностроения предъявляет все более жесткие требования к срокам и стоимости
проектных работ. Проведение конструкторских работ, нацеленных на создание качественной, конкурентоспособной
продукции, связано с подготовкой точных математических моделей агрегатов и узлов, а также с выполнением
огромного объёма математических расчётов, необходимых для инженерного анализа и синтеза конструкций.
Основной путь повышения конкурентоспособности предприятия связан с резким сокращением сроков создания
моделей и ускорением расчётов математических параметров изделия на всех этапах разработки продукции. Таким
образом, применение высокопроизводительных систем автоматизированного проектирования работ, технологической
подготовки производства и инженерного анализа (английские аббревиатуры САЕ/САD/САМ-систем) стало ключевым
компонентом деловой активности предприятия, работающего на современном рынке машиностроения.
Применение линейки, циркуля и транспортира на чертёжной доске привело к технической революции начала
ХIХ века. Для повышения точности все построения выдерживали в максимально возможном масштабе, при этом
погрешность построений составляла не менее 0,1 мм, при задании угловых значений - не менее 1 мм на одном метре.
Таковы пределы точности при геометрическом моделировании на чертёжной доске (кульмане). Появление
компьютера стало благоприятной предпосылкой для развития компьютерной графики (ранее называли: машинной),
которая включила в себя дисциплины геометрического моделирования и вычислительной геометрии. Основная её
цель состоит в представлении и решении геометрических задач в аналитической, алгоритмической и, в конечном
счёте, в вычислительной форме. Вначале эти решения выводились на печать (принтеры) и графопостроители
(плоттеры) для создания технической документации на бумажном носителе: чертежей, технологических карт и т.п. В
39
настоящее время продвинутые в САПР предприятия уже обходятся без бумажных носителей, выводя компьютерные
решения прямо на технологические линии: станки с программным управлением, гибкие автоматизированные
производства и роботизированные линии. Например, так организовано производство широкофюзеляжных самолётов
Airbus в Тулузе (Франция). Это революционное по сути изменение процесса проектирования в машиностроении
реально эволюционизирует: различные предприятия в разных странах находятся на разных стадиях этого
переходного процесса. Вообще, история САПР в машиностроении разделяется на несколько периодов. Первый
период формирования теоретических основ САПР начался в 50-х годах ХХ столетия. В основу идеологии были
положены разнообразные математические модели, такие как теория В-сплайнов, разработанная И. Шёнбергом
(I.J.Schoenberg) в 1946 году. Моделированию кривых линий и поверхностей любой формы были посвящены работы П.
Безье (Р.Е. Bеzier), выполненные в 60-х годах. В этот же период сформировалась классификация и структура САПР.
Объекты проектирования стали рассматриваться с точки зрения различных областей науки. Базовые подсистемы
САПР разделились на аэродинамические, геометрические, прочностные, тепловые, технологические, что привело
впоследствии к их классификации как CAD, CAM, САE, PDМ, РLМ:
●САD (Computer Aided Design) - это САПР на базе подсистемы компьютерной графики и геометрического
моделирования, которые решают задачи, связанные с
основной процедурой проектирования - созданием
геометрической модели, поскольку любые предметы описываются в первую очередь геометрическими параметрами.
●САМ (Computer Aided Manufаcturing) - это САПР по технологической подготовке производства, которые
осуществляют проектирование технологических процессов, синтез программ для оборудования и станков с ЧПУ,
моделирование механической обработки в соответствии с созданной геометрической моделью.
●CAE (Computer Aided Engineering) - это САПР инженерного анализа и синтеза, которые позволяют
анализировать, моделировать или оптимизировать механические, температурные, магнитные, электрические и иные
физические характеристики разрабатываемых моделей, проводить имитацию (simulation) различных воздействующих
факторов и условий среды (например, нагрузок на детали, перепады температур, электромагнитные помехи). Как
правило, эти пакеты функционируют, используя метод конечных элементов, когда общая модель изделия делится на
множество геометрических примитивов, например тетраэдров. Основными модулями программ анализа являются
препроцессор, решатель и постпроцессор.
Препроцессор – программа, реализующая метод конечных элементов. Исходные данные для неё,
геометрическую модель объекта, чаще всего получают из САD - подсистемы конструирования (дизайна). Основная
функция препроцессора - представление исследуемого объекта (детали), среды в сеточном виде, то есть в виде
множества конечных элементов.
Решатель - программа, которая преобразует модели отдельных конечных элементов в общую систему
алгебраических уравнений и рассчитывает эту систему одним из методов разреженных матриц. Здесь используется
специализированная программа. Принципиально такие программные средства есть и в MathCAD и в MATLAB.
Аббревиатура CAD в MathCAD не случайна.
Постпроцессор – программа для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В
MCAD, поддерживающих машиностроение, эта форма - графическая. Конструктор может анализировать поля
напряжений, нагрузок, потенциалов, температур и других характеристик в виде цветных изображений, где цвет
отдельных участков характеризует значения анализируемых величин (параметров).
●PDM (Product Data Management) - это системы организационного управления инженерными данными,
обеспечивающие хранение и управление проектно- конструкторской документацией разрабатываемых изделий,
ведение учёта изменений в документации, сохранение истории этих изменений.
В первом периоде развития возможности САПР в значительной мере определялись характеристиками тех,
недостаточно развитых аппаратных средств компьютеров, которые выпускала промышленность в то время. Для
работы с САПР использовались графические терминалы, подключавшиеся к мэйнфреймам, то есть к базовым
универсальным компьютерам. Процесс конструирования механических изделий заключается в определении
геометрии будущего изделия, поэтому история CAD-систем практически началась с создания первой графической
станции. Такая станция Sketchpad, появившаяся в 1963 году, использовала дисплей и световое перо. Её создатель И.
Сазерленд в дальнейшем работал в агентстве DARPA, где создавалась первая компьютерная сеть ARPAnet,
послужившая прототипом сети Internet, и где он возглавлял департамент анализа и обработки информации, а позже
стал профессором Гарвардского университета. Развитие компьютерной графики сдерживалось не только аппаратными
возможностями вычислительных машин, но и характеристиками программного обеспечения, которое должно было
стать универсальным по отношению к использовавшимся аппаратным средствам представления графической
информации. С 70-х годов ХХ века разрабатывался стандарт графических программ. Стандарт на базисную
графическую систему включал в себя функциональное описание и спецификации графических функций для
различных языков программирования. В 1977 году ACM (Association for Computing Machinery), организация
основанная в США в 1947 году, представила документ Соrе, который описывал требования к аппаратно-независимым
программным средствам. В 1982 году появилась система Graphical Kernel System (GKS), принятая в качестве
стандарта в 1985 году, а уже в 1987 году был разработан вариант GKS-3D с ориентацией на 3D-графику.
Параллельно с развитием САD-систем конструирования бурное развитие получили САМ-системы
автоматизации технологической подготовки производства. В 1961 году был создан язык программирования АРТ
(Automatic Programming Tools). Впоследствии этот язык стал основой многих других языков программирования
применительно к оборудованию с числовым программным управлением. Параллельно с работами, проводившимися в
США, в СССР Г.К. Горанский создал первые программы для расчётов режимов резания. Разработанный к 1950 году
метод конечных элементов стимулировал развитие систем CAE для инженерного анализа. В 1963 году был
40
предложен способ применения метода конечных элементов для анализа прочности конструкции путем минимизации
потенциальной энергии.
В 1965 году NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, поставила задачу
разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 году такой пакет под названием NASTRAN (NASA
STRuctural ANalysis) был создан и введён в эксплуатацию. Стоимость разработки, длившейся 5 лет, составила $4 млн.
Среди компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MaсNeal-Schwendler Corporation), которая с 1973 года
начала самостоятельно развивать пакет MSC.NASTRAN, в дальнейшем ставший мировым лидером в своём классе
программных продуктов. С 1999 года компания MSC называется MSC.Software Corporation. В 1976 году был
разработан программный комплекс анализа ударно - контактных взаимодействий деформируемых структур DYNA3D (позднее названный LS- DYNA). Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс
ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems), разработанный и совершенствуемый компанией MDI
(Mechanical Dynamics Inc.), созданной в 1977 году. Основное назначение комплекса ADAMS - динамический,
кинематический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения.
Широкое внедрение САПР в то время сдерживалось высокой стоимостью аппаратного и программного обеспечений.
Так, уже в начале 80-х годов ХХ века стоимость одной лицензии CAD-системы ещё доходила до $100 000, и она
требовала использования дорогостоящей аппаратной платформы.
Второй период развития САПР связан с началом использования графических рабочих станций под
управлением OC Unix. В середине 80-х годов компании Sun Microsystems и Intergraph предложили рабочие и
графические станции с архитектурой SPARC. Фирма DЕС (Digital Equipment Corporation) разработала
автоматизированные рабочие места на компьютерах серии VАХ, появились персональные компьютеры на основе
процессоров i8086 и i80286 (Intel). Эти разработки позволили снизить стоимость САD-лицензии до $20 000 и создали
условия более широкого применения для САD/САМ/САЕ-систем. В этот период математический аппарат плоского
геометрического моделирования был хорошо разработан, способствуя развитию плоских САD-систем и обеспечивая
точность геометрии до 0,001 мм в метровых диапазонах при использовании 16-битной разрядности представления
чисел. Появление 32-разрядных процессоров полностью обеспечило потребности так называемых плоских САD систем для решения задач любого масштаба. Плоские САD-системы развивались двумя подходами к плоскому
моделированию, которые получили название чертёжный и твёрдотельный. Чертёжный подход оперирует такими
основными инструментами как отрезки прямых, дуги, кривые, полилинии (греч poly – много). Операциями
моделирования на их основе являются обрезка, продление и соединение. Твёрдотельный подход предполагает, что
основными инструментами являются замкнутые контуры, а остальные элементы играют вспомогательную роль.
Главными операциями моделирования являются булевы операции: дополнение, объединение, пересечение. В 80-е
годы ХХ века характеристики использовавшейся для САПР вычислительной техники значительно различались.
Аппаратной платформой САD/САМ верхнего уровня были дорогие высокопроизводительные рабочие станции с OC
Unix. Такая техника позволяла выполнять сложные операции как твёрдотельного, так и поверхностно - объёмного
моделирования применительно к деталям и сборочным узлам из многих деталей. Идеология систем объёмного
моделирования базируется на объёмной мастер-модели. В этом случае определяется геометрия поверхности не по
проекциям отдельных сечений, а интегрально: для всей спроектированной поверхности. Используя модель, можно
получить информацию о координатах любой точки на поверхности, а также сформировать плоские изображения:
виды, сечения и разрезы. Геометрическая модель позволяет легко получить такие локальные характеристики как
нормали, кривизны и интегральные характеристики: массу, объём, площадь поверхности, момент инерции.
Объёмные CAD - системы моделирования также развивались двумя подходами к построению
поверхностей модели: поверхностном и твёрдотельном. При использовании поверхностного моделирования
конструктор определяет изделие семейством поверхностей. При твёрдотельном подходе конструктор представляет
изделие семейством геометрических фигур -примитивов, таких как куб, шар, цилиндр, пирамида, тор. В отличие от
чертежа, модель является однозначным представлением геометрии и количественного состава объекта. Если в
сборочном чертеже болт представляется несколькими видами, то в объёмной сборке - одним объектом, моделью
болта. Поверхностное моделирование получило большее распространение в инструментальном производстве, а
твердотельное - в машиностроении. Современные системы, как правило, содержат и тот, и другой инструментарий и
позволяют работать как с телами, так и с отдельными поверхностями, используя булевы и поверхностные процедуры.
Принято делить САD/САМ-системы по их функциональным характеристикам на три уровня: верхний,
средний и нижний. В 80-е годы ХХ века такое деление основывалось на значительном различии характеристик
использовавшейся для САПР вычислительной техники. САD-системы нижнего уровня предназначались только для
автоматизации чертёжных работ, выполнявшихся на рабочих станциях и персональных компьютерах с низкой
производительностью. К 1982 году твёрдотельное моделирование начали применять в своих программных продуктах
компании IВМ, ComputerVision, Prime, но методы получения моделей тел сложной формы не были развиты,
отсутствовал математический (логико-геометрический) аппарат поверхностного моделирования. В 1983 году были
разработаны методы создания 3D-моделей с показом или удалением скрытых линий. В 1986 году компания AutoDesk
выпустила свой первый САD-продукт AutoCAD - однопользовательскую версию на языке “С” с поддержкой формата
IGES. В области автоматизации проектирования унификация основных операций геометрического моделирования
привела к созданию универсальных геометрических ядер, предназначенных для применения в разных САПР.
Распространение получили два геометрических ядра: Parasolid (компания Unigraphics Solutions) и ACIS (компанияразработчик Spatial Technology). Ядро Parasolid было разработано в 1988 году и в следующем году стало ядром
твёрдотельного моделирования для САD/САМ Unigraphics, а с 1996 года - промышленным стандартом.
41
Необходимость обмена данными между различными системами на различных этапах разработки продукции
способствовала стандартизации описаний геометрических моделей. Вначале появился стандарт IGES (Initial Graphics
Exchange Specification). Компания AutoDesk в своих программных продуктах стала использовать формат DXF
(AutoCAD Data eXchange Format). Затем были разработаны язык Express и прикладные протоколы АР203 и АР214 в
группе стандартов ISO 10303 SТЕР (Standard for Exchange Product Model Data). В 1986 году появился ряд новых
стандартов. Среди них CGI (Computer Graphics Interface) и PHIGS (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics
System) - стандарт ANSI - SPARC (American National Standards Institute – Systems Planning and Requirements
Committee), принятый в качестве стандарта ISO в 1989 году. В 1993 году компанией Silicon Graphics предложен
стандарт OpenGL (SGI Graphical Language), широко используемый в настоящее время. В упомянутых системах
используются графические форматы для обмена данными, представляющие собой описание изображения в функциях
виртуального графического устройства (в терминах атрибутов и примитивов). Графический формат (метафайл)
обеспечивает возможность запоминания графической информации, передачи её между различными системами и
интерпретации для вывода на различные устройства. Такими форматами явились CGM (Computer Graphics Metafile),
PostScript (Adobe Systems Language), GEM (GEM Draw File Format). Работы по стандартизации были направлены на
расширение функциональности графических языков и систем, включение в их состав средств описания не только
данных чертежей и 3D-моделей, но и других свойств и характеристик изделий. Примерами САD/САМ - систем
верхнего уровня являются Unigraphics (UGS), первый вариант которого разработан в 1975 году, САТIА (компания
Dassault Systemes, 1981 год), Рго/Engineer (РТС, 1987 год). К числу САПР верхнего уровня в 90-е годы ХХ века
относились также EUCLID 3 (Matra Datavision), I-DEAS (SDRC), CADDS5 (Computervision), но их развитие было
прекращено в связи со слиянием компаний. Еще раньше система CADDS5 была приобретена компанией РТС
(Parametric Technology Corp.). Эту компанию, штаб-квартира которой расположена в США, основал в 1985 году
бывший профессор Ленинградского университета Семён Гейзберг.
Третий период развития начинается с развитием микропроцессоров, что привело к возможности
использования САD/САМ- систем верхнего уровня на персональных компьютерах. Это заметно снизило стоимость
внедрения САПР на предприятиях. Рабочие станции на платформе Windows-Intel не уступали Unix-станциям по
функциональности и многократно превосходили последние по объёмам продаж. Стоимость лицензии снизилась до
нескольких тысяч долларов. В 1992 году корпорация Intergraph, один из ведущих на тот момент производителей САDсистем для машиностроения, приняла решение о разработке нового программного продукта, целиком построенного на
базе платформы - Windows-Intel. В результате в конце 1995 года появилась система геометрического моделирования
Solid Edge. В 1993 году в США была создана Solidworks Corporation, и уже через два года она представила свой
первый пакет твердотельного параметрического моделирования на базе геометрического ядра Parasolid. В 1998 году к
Unigraphics перешло всё отделение Intergraph, занимавшееся САПР для машиностроения. В это же время Solid Edge
сменила геометрическое ядро ACIS на ядро Parasolid. В 1999 году появилась шестая версия Solid Edge на русском
языке. Временные и трудовые затраты на разработку крупнейших интегрированных САD/САМ решений превысили
2000 человеко-лет. Соответственно и финансовые затраты были значительны.
Ряд САD/САМ систем среднего и нижнего уровней был разработан в СССР и России. Наибольшее
распространение среди них получили Компас (компания Аскон) и Т-Flех САD (Топ Системы). Среди российских
PDM- систем наиболее известными являются Лоцман:PLM (компания Аскон), PDM SТЕР Suite, (разработанная под
НПО “Прикладная логистика”), Рагtу Р1us (компания Лоция-Софт).
Итак, САПР подразумевает комплексный подход к разработке изделия на всех этапах НИОКР (английская
аббревиатура - R&D) и технологической подготовки производства и включает совокупность систем САD/САМ/CAE.
Развитие систем геометрического моделирования, анализа и расчёта характеристик изделия сопровождается
интеграцией в рамках предприятия. Мировой рынок обособленных САD/САМ решений уже насыщен. Системы
близки по функциональности, и темпы роста этого сегмента рынка минимальны. По этой причине происходит
усиление интеграции систем САD/САМ/CAE с системами PDM, которые позволяют хранить и управлять проектноконструкторской документацией на разрабатываемые изделия, вносить в документацию изменения, поддерживать
хранение истории этих изменений. Распространение функций PDM - систем на все этапы жизненного цикла
продукции превращает их в PLM -системы.
● РLМ (Product Lifecycle Management) – это системы, которые обеспечивают максимальную интеграцию
процессов проектирования, производства, модернизации и сопровождения продукции предприятия и по сути имеют
много общего с концепцией интегрированной компьютерной поддержки жизненного цикла изделия, входящей в
информационную систему управления производством конкретного предприятия. Так методо-ориентированные
прикладные пакеты программ «пересекаются» с функционально-ориентированными ППП ИСУП.
Четвертый период, начиная с конца 90-х годов ХХ века, характеризуется интеграцией САD/САМ/CAEсистем с системами управления проектными данными PDM и с другими средствами информационной поддержки
производства изделий. К этому периоду многие предприятия уже прошли первые стадии автоматизации. В основу
процессов проектирования и производства была положена геометрическая модель изделия, которая применялась на
всех этапах подготовки производства. При такой форме организации производства начинают эффективно
функционировать сквозные процессы, опирающиеся на геометрию модели. В первую очередь это подготовка
производства с помощью САМ-систем. Сложность геометрии современных изделий неуклонно возрастает, и
изготовление их без геометрической модели практически невозможно. Максимальная эффективность от внедрения
САПР достигается тогда, когда система включает в себя не только конструкторское, но и технологическое
проектирование. Сложность управления проектными данными, необходимость поддержания их полноты,
достоверности и целостности, необходимость управления параллельной разработкой привели в 80-е годы к созданию
42
системам управления проектными данными PDM (Product Data Management). Ещё в начале 80-х годов компания
СDC (Соntrol Data Corporation) разработала первую PDM-систему под обозначением EDL. В 90-х годах активно
разрабатывались продукты PDM для САПР в машиностроении. Одной из первых развитых PDM-систем являлась
система Optegra (компания Computervision). В этот же период компания Unigraphics Solutions (UGS) совместно с
Kodak разработала PDM-систему iМАN. В 1998 году компания РТС вышла на рынок PDM - систем, «поглотив»
компанию Computervision и её Internet-ориентированную PDM-технологию. В 2000-е годы происходило быстрое
развитие PDM - систем: появились ENOVIA и Smarteam (Dassault Systemes), Teamcenter (компания UGS).
Напомним, что система автоматизации проектных работ (САПР), или САD (англ. Computer Aided Design) это пакет программ, вначале предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической
документации, а также
ЗD – моделей деталей, узлов, агрегатов, изделий в архитектуре, строительстве,
станкостроении, машиностроении, авиастроении, автомобилестроении, судостроении. В современных системах
проектирования САD получает данные из систем твёрдотельного моделирования САE (Computer Aided Engeneering) и
передаёт в САМ (Computer Aided Manufacturing) для подготовки производства: например, для генерации программ
обработки деталей на станках с ЧПУ или на гибких автоматизированных производственных системах (ГАПС).
Обычно этот процесс охватывает создание геометрических моделей изделия (твёрдотельных трёхмерных составных),
а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Следует отметить, что русское понятие «САПР» по
отношению к промышленным системам имеет более широкий смысл, чем английское «САD»: оно включает в себя
как САD, так и компоненты САМ, а иногда и - САЕ. На рис.4 приведён пример изометрического чертежа детали,
находящейся в процессе разработки в САПР.
Компоненты САПР следующие:
- математическое обеспечение САПР (математические модели, методы и методики их построения);
- лингвистическое обеспечение САIIР (алгоритмические языки программирования);
- аппаратурное обеспечение САПР (компьютеры с периферийными устройствами для обработки данных,
средства поддержки архива проектных решений, устройства передачи данных);
- информационное обеспечение САПР (информационная база данных, автоматизированные банки знаний,
системы управления базами данных (СУБД));
программное обеспечение САПР (пакеты прикладных программ CAD, CAM, CAE: например,
геометрический решатель);
- методическое обеспечение (технологические методы производства);
- организационно-правовое обеспечение (методы организации и управления и информационно-правовые
аспекты проектирования: лицензирование, проверка патентной защищённости, проверка на патентную чистоту,
лицензирование).
Рис.4. Изометрия детали в процессе разработки в САПР.
Выбор САПР. Правильный выбор САПР – обязательное условие эффективного проектирования. Критериями
выбора могут служить:
- распространённость САПР;
- стоимость САПР, её сопровождения и модификации;
- состав (спектр) задач проектирования;
- удобство работы с САПР, её “дружественность”;
- наличие библиотечной поддержки стандартных решений;
- возможность и простота совмещения с другими САПР;
- возможность корпоративной работы.
Примеры наиболее доступных в России САПР:
Российские САПР для машиностроения (MCAD) :
Компас (распространённая российская САПР); T-FLEX- САD;
ADEM (для конструкторско-технологической поддержки станков с ЧПУ);
NanoCAD (для конструкторско-технологической поддержки).
Зарубежные свободные САПР с открытым исходным кодом:
Free CAD (компания Аik- Siong Коh, или А-S. Коh);
43
Frее САD (компания Jurgen Riegel) - открытая 3D-система проектирования;
-IndоrСАD/Road (компания Indor Soft) - система проектирования автомобильных дорог;
QСАD открытая 2D-система проектирования;
-BRL- САD - открытая 3D-система проектирования.
Зарубежные проприетарные САПР:
-AutoCAD (компания Autodesk) - 2D и 3D- системы проектирования для архитектурно-строительных
проектов и для машиностроительных проектов (MCAD и CAD/AEC);
-P–CAD (компания P-CAD) - системы проектирования для приборостроения: инженеров-электронщиков –
схемотехников для разработок электронных схем и конструкторов для разработок печатных плат (ECAD/EDA);
-ArchiCAD (компания GraphiSoft) – 2D и 3D-системы архитектурного проектирования для строительства
(CAD/AEC).
Некоторые CAD-s, CAE-s. CAM-s, PDM-s и PLM-s заслуживают более пристального внимания, и на них
целесообразно остановиться подробнее.
Пакеты AutoСАD. AutoСАD - 2D- и 3D-система автоматизированного проектирования и выполнения
чертежей компании AutoDesk. Семейство продуктов AutoСАD является одним из наиболее распространённых САПР в
мире. Различные версии AutoCAD предназначены для проектных работ в области архитектуры, строительства,
геодезии и машиностроения.
В AutoСАD встроен диалект языка Visual Lisp (AutoLISP), VBA, поддержка C++, обеспечивающие широкие
возможности для автоматизации проектной работы. AutoCAD является базовой системой проектирования, на которой
построено семейство программных продуктов для решения предметных задач. Форматы данных AutoCAD – DWG,
DXF, DWF – стали фактически мировым стандартом обмена графической информацией и её хранения. Последними
продвинутыми разработками компании Autodesk были версии AutoCAD 2007, AutoCAD Mechanical, AutoCAD
Structural Detailing, Autodesk Alias, Autodesk Simulation Moldflow, Autodesk Navisworks, Autodesk Robot TM Structural
Analysis Professional, Autodesk Vault Professional (для PDM-системы) и, наконец, AutoCAD 2013.
АutoCAD — 2D- и 3D -система автоматизированного проектирования (c чертежами), разработанная
компанией Аutodesk. Первая версия системы была выпущена в 1982 году. АutoCAD и специализированные
приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других
отраслях промышленности. Программа выпускается на 18 языках. Уровень локализации варьируется от полной
адаптации до перевода только справочной документации. Русскоязычная версия локализована полностью, включая
интерфейс командной строки и всю документацию, кроме руководства по программированию.
Широкое распространение AutoCAD в мире можно объяснить не в последнюю очередь развитыми средствами
разработки и адаптации, которые позволяют настраивать систему под нужды конкретных пользователей и
значительно расширить функциональные возможности базовой системы. Большой набор инструментальных средств
для разработки приложений делает базовую версию AutoCAD универсальной платформой для разработки
приложений. На базе AutoCAD самой компанией Autodesk и сторонними производителями создано много
специализированных прикладных приложений, таких как AutoCAD Mechanical, AutoCAD Electrical, AutoCAD
Architecture, GeoniCS, Promis-e, PLANT-4D, AutoPLANT, СПДС
GraphiCS, MechaniCS, AutoCAD LT (для 2D
черчения), AutoCAD WS (свободное Интернет-приложение на базе «облачных» вычислений, а также программа для
устройств на iOS (iPad и iPhone)) и «студенческие» версии для преподавателей и студентов, доступные для свободной
загрузки с сайта Образовательного сообщества Autodesk в образовательных целях В последних все DWG-файлы
имеют пометку educational flag. Особенности семейства пакетов AutoCAD следующие:
- Создание макрокоманд (макросов), как средств адаптации (здесь отличают макросы AutoCAD от макросов,
создаваемых посредством VBA: Action Macros (в AutoCAD 2009), Menu Macros (в состав макросов можно включать
выражения, написанные на языках DIESEL и AutoLISP), язык DIESEL (Direct Interprietively Evaluated String
Expression Language) – язык оперирования строками с числом функций – 28 для создания макрокоманд как
альтернатива AutoLISP, особое значение этот язык имеет для версии AutoCAD LT, в которой нет средств
программирования кроме DIESEL. Данный язык впервые появился в AutoCAD R12.
- Включение языка AutoLISP, как диалекта логического языка ЛИСП, впервые он появился в 1986 году в
промежуточной версии AutoCAD 2.18., он популярен среди инженеров: расширение Active X значительно
увеличивает функциональные возможности AutoLISP (Active X был включён в AutoCAD R14).
- Включение языка DCL(Dialog Control Language) для разработки диалоговых окон в приложениях,
написанных на языке AutoLISP (впервые DCL был введён в AutoCAD R12); для этой цели есть и другие среды
ObjectDCL, OpenDCL.
- В AutoCAD, начиная с версии R14, введена поддержка VBA (Visual Basic for Application): это визуальная
среда программирования; с AutoCAD 2010 от VBA отказались, отдавая приоритет .NET.
- С применением Microsoft . NET Framework есть возможность создавать приложения для AutoCAD.
- Применение технологии COM даёт возможность работы с AutoCAD на всех языках программирования,
особенно на Delphi.
- Применение динамических блоков с AutoCAD2006 позволяет сохранять в одном блоке нескольких
геометрических реализаций.
- Применение в AutoCAD2010 инструментов полигонального моделирования (mesh modeling) и
возможности 2D параметризации чертежей.
Системы AutoCAD сертифицированы для функционирования на платформе семейства ОС MS: AutoCAD
2011 – на ОС Windows XP c пакетом обновлений SP2, Windows Vista с пакетом обновлений SP1 и Windows 7. С 2010
44
года официально был выпущен AutoCAD 2011 для Mac OS X. В комплект поставки для Windows входят версии для
32-х и 54-х разрядных систем. AutoCAD поддерживает использование вычислительных средств многопроцессорных и
многоядерных систем. Основным форматом файла AutoCAD c 1982 года был DWG – закрытый формат, сначала
разрабатываемый Autodesk. Изменялись его релизы ®. В настоящее время формат DWG2010. Для обмена данными с
пользователями других САПР предложении использовать открытый формат DXF. Следует отметить, что файлы с
расширениями DWG и DXF могут быть считаны большинством современных САПР, поскольку данные форматы
являются стандартом de-facto в области 2D проектирования. Для публикации чертежей и 3D-моделей без
возможности редактирования используется формат DWF, созданный тоже компанией Autodesk. Система также
поддерживает запись/чтение (импорт/экспорт) файлов 3DS,DGN,SAT и некоторых других. В состав AutoCAD 2012
включена программа Inventor Fusion, которая позволяет преобразовывать файлы, полученные из 3D – САПР (типа
Inventor, Solid Works, CATIA, NX) в формат DWG. В 2010 году компания Autodesk выпустила свободное дополнение
для AutoCAD, предназначенное для оформления чертежей в соответствии со стандартами СПДС (система подготовки
документации) – ГОСТ 21.1101 – 2009 «Основные требования к проектной и рабочей документации». Модуль создаёт
в меню вкладку «СПДС» и добавляет в программу комплект чертёжных шрифтов, соответствующих ГОСТ 2.304-81.
Модуль СПДС может использоваться также в AutoCAD Mechanical версий 2010 и 2011, AutoCAD Architecture,
AutoCAD Civil 3D, AutoCAD MEP.
AutoСАD 2007. Это традиционное проектирование, визуализация, выпуск документации, обеспечивающие
эффективную реализацию идей конструктора в полном объеме при поддержке программного продукта компании
AutoDesk. Инструменты черчения на экране и детализации AutoСАD 2007 помогают быстро реализовать идеи и
концепцию проекта. Сочетая традиционную САIIР со средой концептуального дизайна, с помощью AutoСАD 2007
можно быстро создать нужные поверхности и фигуры и, рассмотрев, внести в них изменения. Динамический ввод
при черчении позволяет фиксировать изменения в модели, команды 2D - построений и таким образом создавать
базовые формы командами «выдавливания», придавая фигурам (телам) требуемый объём. На рис. 5 показан пример
окна программы AutoCAD. В AutoCAD 2007 впервые была апробирована система рендеринга mental ray.
Рис. 5. Пример окна программы AutoCAD.
Концептуальное проектирование и новые инструменты. В AutoСАD 2007 реализована новая
всплывающая панель «Концептуальный дизайн», в которую интегрированы все инструменты, касающиеся
моделирования фигур и поверхностей. AutoСАD 2007 использует уже известные и интуитивно понятные
инструменты, основанные на технологии «ручек»: орто, отслеживание, динамический ввод. Они адаптированы для
работы с телами и поверхностями, что позволяет быстро создавать и редактировать эти элементы.
Навигация в пространстве модели. В AutoСАD 2007 расширены возможности существовавших ранее
инструментов. В нём возможно «зуммирование» в режиме перспективного вида, «создавать панорамы» в
«прозрачном» режиме и редактировать в режиме «Орбита». Новый режим «Обход» позволяет пройти по модели так
же, как это делается в компьютерных играх. Новая функция камеры быстро делает снимки модели. С помощью их
можно посмотреть, как будет выглядеть проект с некоторых специфических точек. Все эти усовершенствования
навигации делают работу более продуктивной.
45
Визуализация. Визуальные стили AutoСАD 2007 помогают подобрать внешний вид модели. В системе
предусмотрено создание новых стилей наружных поверхностей, эффектов кромок, отображение материалов,
освещения и теней, а также создание перспективных и параллельных видов. Все эти инструменты тоже помогают
донести до заказчиков модель в наглядном виде. Идею и способы её реализации могут представлять люди, не
имеющие глубоких технических познаний.
Анимация. Используя режимы анимации «Обход» и «Путь» в AutoСАD 2007 можно сначала обозначить
интересные места в модели, а затем создать путь обхода или просто «прогуляться с камерой» по этим точкам. Для
наглядной работы с заказчиком может быть сформирован анимационный файл с соответствующими эффектами.
Используя анимацию в сочетании с различными визуальными стилями и режимами наложения теней, можно получить
правильные и красивые визуальные эффекты. Анимация позволяет провести виртуальную экскурсию по проекту для
ваших клиентов.
Создание фотореалистичных изображений: источники света. В AutoСАD 2007 использована передовая
технология по созданию фотореалистичных изображений — mental ray® (генератор воображаемых лучей). Эта
мощная технология, используемая в Autodesk® 3ds Мах®, теперь встроена в пользовательский интерфейс AutoCAD.
Она позволяет легко и быстро создавать качественные фотореалистичные изображения. Новые интерактивные
инструменты по управлению источниками света в AutoСАD 2007дают возможность быстро и точно разместить на
чертеже точечные источники света или прожекторы на указанном расстоянии. Для точного позиционирования
источника света, можно использовать специальную «ручку». Результат действия виден по теням в реальном времени.
Материалы. В AutoСАD2007 появились новые возможности по нанесению материалов на объекты: просто
нужно взять материал из библиотеки и перенести его на грани и поверхность (грани) объекта. Если в библиотеке
материалов нет нужного материала, его быстро можно создать в редакторе материалов.
AutoCAD 2013.
Этот пакет позволяет решать сложные проектные проблемы.
Средствами создания
произвольных форм моделируются самые разнообразные тела и поверхности. Время проверки проектов значительно
сокращается. Параметрические чертежи позволяют «держать под рукой» всю необходимую информацию. Проектные
идеи можно визуализировать в формате PDF, а также реализовывать в макетах (для натурных моделей), получаемых
посредством 3D печати. Время от идеи до реальности резко сокращается. Функциональные возможности:
- свобода творчества (работа с произвольными формами),
- улучшенная поддержка PDF, шрифты True Type (ввод PDF-файлов в чертежи AutoCAD),
- 3D печать моделей AutoCAD,
- удобство создания и редактирования динамических блоков,
-эффективные средства выпуска рабочей документации,
- структурирование данных и результатов (подшивки документации),
- масштабирование аннотаций для создания единого аннотированного объекта,
- манипулирование операциями с текстом,
- создание и редактирование мультивыносок,
- работа с таблицами,
- извлечение данных для вывода в таблицы или во внешние файлы,
- связь данных Excel с чертежами AutoCAD,
- динамизация блоков, избавляющая пользователей от перечерчивания повторяющихся стандартных
компонентов и возможность редактирования блоков,
- управление слоями,
- удобный пользовательский интерфейс: динамические подсказки и меню.
Системные требования (основные) для 32-разрядной версии AutoCAD 2013:
MS Windows 7 Enterprise, Ultimate, Professional или Home Premium
либо MS Windows XP Pro или Home (SP3 или выше);
для Windows XP процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 1,6 Ггц;
оперативная память – 2...4 Г байта; диск – 6 Гбайт;
монитор с разрешением 1600 × 1050 и поддержкой режима true color;
Internet Explorer 7.0.
Для 3D моделирования всех конфигураций требования ещё более ужесточаются по быстродействию и
памяти примерно в 2 раза.
История версий AutoCAD, начиная с AutoCAD Version 1.0 (декабрь 1982 года) и заканчивая AutoCAD 2013,
представлена в wikipedia.ru. С декабря 1982 года по апрель 1987 года они назывались Version: v.1.0, v.1.2, v.1.3,
v.1.4, v.2.0, v.2.1, v.2.5, v.2.6. C сентября 1987 года по февраль 1997 года они
назывались Release: R9, R10, R11,
R12, R13, R14. С марта 1999 года по настоящее время обозначаются просто: 2000 5.0, 2000i 5.1, 2002 5.6, 2004 6.0,
2005 6.1, 2006 6.2, 2007 7.0, 2008 7.1, 2009 7.2, 2010 8.0, 2011 8.1, 2012 8.2, 2013. Компания Autodesk в разное время
разработала и специализированные, «частные» пакеты для проектирования различных объектов и процессов:
электрических систем управления, машиностроения, архитектуры, строительства, геодезии, дорожного строительства,
литейного производства, а также для различных видов дизайна, анимаций и презентаций. Ниже приведены краткие
описания некоторых из них. На рис. 6 и рис.7 приведены примеры окон архитектурных программ AutoCAD.
Пакет AutoCAD® Electrical разработан для проектировщиков электрических систем управления. Он
отличается высоким уровнем автоматизации решения стандартных задач и наличием обширных библиотек условных
обозначений.
46
Пакет АutoCAD® Месhаniсаl — это АutoCAD® для машиностроительного проектирования. АutoCAD
Месhаniсаl является частью технологии цифровых прототипов Autodesk®. Продукт объединяет в себе
функциональность АutoCAD с преимуществами
библиотек стандартизированных компонентов и средств
автоматизации, ускоряющих выполнение задач проектирования. АutoCAD Месhаniсаl обеспечивает существенную
экономию времени при чертёжных работах, что позволяет уделять больше внимания инновациям предложениям.
Семейство 3D-САПР Аutodesk® Inventor® содержит полный набор гибких инструментов для
машиностроительного 3D-проектирования, анализа изделий, создания инструментальной оснастки, проектирования
на заказ и обмена проектными данными. Inventor помогает выйти за рамки 3D с помощью технологии цифровых
прототипов, основанной на обладающей высокой точностью 3D-модели, которая позволяет осуществлять
проектирование, визуализацию и анализ изделий еще до того, как будет изготовлен первый образец. Технология
цифровых прототипов, реализованная в Inventor дает возможность повысить качество изделий, снизить расходы на
разработку и ускорить вывод нового изделия на рынок.
Пакет Аutodesk® Simulation Moldflow® — это система средств моделирования процесса литья пластмасс
под давлением. Он позволяет оптимизировать проектирование пластмассовых деталей и литьевых форм с помощью
точного прогнозирования процесса литья. С помощью Аutodesk Simulation Moldflow® Adviser и Autodesk Simulation
Moldflow® Insight можно добиться снижения потребностей в опытных образцах, устранения потенциальных
производственных дефектов и ускоренного вывода на рынок инновационной продукции.
47
48
Пакет AutoCAD Civil® 3D – это система для проектирования объектов инфраструктуры и выпуска
документации, основанная на технологии информационного моделирования (BIM). Пакет Civil 3D предназначен для
инженеров, работающих над проектами водоохранных и транспортных сооружений и объектов землеустройства,
анализирующих ливневые стоки для обеспечения соответствия экологическим нормам, составляющих сметы и
динамический расчёт объёмов земляных работ. Пользователи получают возможность координировать проекты,
исследовать проектные альтернативы, моделировать процесс эксплуатации объектов и выпускать
высококачественную документацию. Всё это происходит в привычной программной среде AutoCAD.
Программный продукт Аutodesk®Revit® основанный на технологии информационного моделирования
зданий (ВIМ), предназначен для проектирования, строительства и управления эксплуатацией высококачественных,
энергосберегающих зданий. Autodesk Revit — полнофункциональное решение, объединяющее в себе возможности
Аutodesk®
Revit®Architecture, Autodesk® Revit®MEP и Autodesk® Revit® Structure.
Пакет АutoCAD MEP — программный комплекс для проектирования инженерных систем зданий: систем
сантехники и канализации, отопления и вентиляции, электрики и пожарной безопасности. Реализовано построение 3D
параметрической модели, получение чертежей и спецификаций на её основе.
Пакет АutoCAD® Structural Detailing - это АutoCAD, обладающий специализированными функциями для
выпуска чертежей стальных и железобетонных конструкций. Он обеспечивает поддержку технологии
информационного моделирования зданий, позволяющей специалистам проектных групп работать с большей
эффективностью.
Пакет Аutodesk Ecotect® Analysis — это комплексное программное средство для анализа экологичности на
всех этапах проектирования. Есоtect Аnalysis содержит широкий спектр инструментов энергетического
моделирования и расчётов, применение которых способно улучшить эксплуатационные характеристики как вновь
проектируемых, так и существующих зданий. Возможность выполнения в режиме on-line расчётов
энергопотребления, водопотребления и выбросов углерода интегрирована с функциями, которые позволяют
визуализировать и моделировать процесс эксплуатации здания в условиях реальной окружающей среды.
Пакет Аutodesk® Showcase® предназначен для подготовки 3D- презентаций проектов. Он помогает
архитекторам, инженерам, дизайнерам и специалистам по маркетингу эффективно демонстрировать идеи и принимать
обоснованные решения. Проекты, выполненные в САПР, быстро и просто преобразуются в 3D-презентации с
эффектом присутствия. Это позволяет в реальном времени анализировать варианты проекта вместе с коллегами и
заказчиками, независимо от того, где они находятся.
Пакет Аutodesk Vault Professional® обеспечивает проектные и производственные службы, которые могут
более эффективно управлять процессами разработки изделий. Централизованное хранение инженерных данных
позволит наладить более тесное взаимодействие между подразделениями. Функции контроля истории изменения
данных, быстрый поиск проектной информации и инструменты проектирования на основе аналогов позволят быстрее
создавать новые продукты.
Пакет АutoCAD® Raster Design - пакет программных средств редактирования растровых изображений и
преобразования растровых данных в векторные, которые обеспечивают «чистку» и редактирование сканированных
чертежей и планов, улучшая их визуальное качество.
Пакет Аutodesk® Аliаs® предоставляет передовые возможности формирования поверхностей и для этого
лучшие в своём классе инструменты создания эскизов, моделирования и визуализации. Выпускаемая предприятиями
продукция быстрее выводится на рынок и пользуется там успехом благодаря своему инновационному дизайну.
Комплекс Аutodesk Аliаs® Design, Autodesk Alias® Surface и Autodesk Alias® Automotive позволяют выполнять все
этапы разработки — от первоначальных эскизов до готовых высококачественных поверхностей.
Пакет AutoCAD Map® 3D предназначен для планирования инфраструктуры и последующего управления ей.
Благодаря интеграции данных САПР и ГИС пользователи имеют возможность принимать более обоснованные
проектные и управленческие решения. Благодаря «интеллектуализации» моделей и инструментов обеспечивается
соответствие отраслевым и государственным стандартам. Интеграция пространственной информации в базу данных
делает данные доступными всем специалистам, помогая повышать качество, производительность работы и
эффективность управления объектами. Работая в привычной среде AutoCAD, можно:
• получать доступ к информации и редактировать её;
• интегрировать и анализировать информацию об объектах;
• эффективно обмениваться проектной информацией.
Пакеты Аutodesk 3dsМах® и Аutodesk 3ds Мах® Design предоставляют интегрированные средства 3Dмоделирования, анимации и рендеринга, которые позволяют художникам и дизайнерам сосредоточиться на
творчестве, а не на чисто технических проблемах.
Пакеты САПР других компаний
Пакет nanoCAD. Эта российская универсальная система (иногда называют: САПР-платформа),
содержащая все необходимые инструменты базового проектирования, выпуска чертежей и разработки приложений с
помощью открытого API. Эта система постоянно развивается и совершенствуется. При разработке последних версий
основные усилия были направлены на развитие уникальных функций для работы с растровыми изображениями и на
повышение качества инструментов для разработки 2D- чертежей. Основные достоинства: свободный (бесплатный)
пакет, привычный интерфейс, прямая поддержка DWG, открытый API.
Пакеты ArchiCAD. Это профессиональный архитектурный пакет, ориентированный на строительные
компании. С его помощью можно подготовить чертежи и 3-D макеты разнообразных зданий: от домов до
49
промышленных объектов. Основное понятие системы ArchiCAD - «Виртуальное Здание», 3D –модель проекта,
содержащая всю информацию для работы с этим зданием. При работе с системой ArchiCAD не только создаются
необходимые чертежи, но и полный набор документации по проекту в одном файле: поэтажные планы, разрезы и
фасады, данные о помещениях, спецификации материалов и изделий, строительно-техническую документацию, а
также демонстрационные ролики и сцены виртуальной реальности. ArchiCAD позволяет работать с проектом в 2D- и
3D проекциях в одном рабочем документе, получать разрезы и фасады из 3D- модели, автоматически «вставлять»
двери и окна в стены, моделировать степень освещённости в разное время суток. На любом этапе проекта можно
просмотреть спецификацию используемых материалов. В ней учитываются все компоненты, применяемые при
строительстве и их характеристики. Полученную спецификацию можно переводить в файлы форматов электронных
таблиц, текстовых редакторов и баз данных. Чертежи могут быть дополнены текстовой информацией, размерами и
прочими графическими примитивами (линии, дуги, сплайны). Система ArchiCAD поставляется в комплекте с
библиотекой, включающей более 600 3-D параметрических элементов строительных конструкций, каждую из которых
можно модифицировать по усмотрению: например, при вводе двух параметров (длины и высоты) ArchiCAD
генерирует лестничную клетку согласно критериям принятого дизайна.
ArchiCAD 15 build 3006. Система ArchiCAD 15 развивает тенденцию повышения производительности труда
архитекторов в едином цикле BIM- проектирования. Основной акцент сделан на интеграцию процесса архитектурного
проектирования с инженерным проектированием, с различными инженерными специализациями. Качественная
архитектура требует такого взаимодействия на всех стадиях и этапах проектирования. Архитекторы должны
выступать как координаторы. Система ArchiCAD благодаря технологии IFC позволяет получить полноценное
автоматизированное решение, совмещаемое с различными инженерными САПР и расчётными программами. Этот
«открытый» подход к совместной работе над проектом различных профессий не только расширяет возможности
проектирования, но и обеспечивает комплексную передачу проектов IPD (Integrated Project Delivery), ускоряя процесс
проектирования и сокращая количество ошибок при передаче данных между различными программами.
Пакет Pythagoras CAD+ GIS 12.26. Система Pythagoras – это современное программное обеспечение для
геодезии и гражданского строительства. Он имеет интуитивно понятные приложения: специализированные
инструменты черчения, COGO - функции и средства проектирования интегрированы в полный пакет, который
функционирует автономно. Пакет прост в освоении и использовании.
Пакеты схемотехнического проектирования
аппаратно-программного обеспечения информационных систем
Пакет P-CAD. Система P-CAD
ориентирована и специализирована для инженеров-электронщиков. С
помощью этого пакета можно создавать «виртуальные макеты» печатных плат, электронных схем для
вычислительной техники, средств коммуникаций и радиотехники. Высокая стоимость пакета делает его приемлемым
только для предприятий, занимающихся НИОКР в области электронных устройств. Тем не менее пакет считается
самой распространённой системой проектирования в России. Система P-CAD позволяет работать в метрической и
дюймовой системе единиц, переключаться с одной на другую (точность 0,001 мм). Система поддерживает работу
инженеров-электронщиков с абсолютной системой координат (левый нижний угол рабочего поля) и с относительной:
начало координат может быть перенесено пользователем по своему усмотрению в любую точку поля (например, в
центр при проектировании круглых печатных плат). Переключение между абсолютной и относительной системами
координат может осуществляться многократно в течение всего процесса проектирования. При проектировании
печатной платы или принципиальной схемы электронного устройства пользователь может устанавливать
произвольное число шагов координатной сетки переключаться между ними нажатием одной клавиши. Следует
отметить, что при смене системы единиц шаги сетки будут автоматически пересчитываться в текущие единицы.
Пакет Proteus 7.10 SPO. Система Proteus – это система для схемотехнического моделирования,
базирующаяся на на основе моделей электронных компонентов, принятых в PSpice. Характерной чертой пакета
Proteus Professional является возможность моделирования функционирования программируемых устройств:
микроконтроллеров, микропроцессоров, DSP. Дополнительно в пакет Proteus Pro входит система проектирования
печатных плат. Система Proteus Pro может имитировать (simulation) функционирование следующих
микроконтроллеров: 8051, ARM 7, AVR, Motorola, PIC, MSP430, Basic Stamp. Библиотека компонентов содержит
справочные данные. Возможности пакета выражаются также в поддержке микроконтроллеров: PIC, 8051, AVR, HC11,
MSP430, ARM7/ LPC2000 и другие распространённые контроллеры и процессоры. Пакет содержит также более 6000
аналоговых и цифровых моделей устройств. Совместим со многими компиляторами и ассемблерами. Версия пакета
Proteus VSM позволяет достоверно моделировать и отлаживать сложные устройства, в структуре которых может быть
несколько микроконтроллеров из разных семейств.
Пакет Electronics Workbench & Visible Analyst Workbench.
Система предназначена для
схемотехнического моделирования и расчётов элементов электронных схем в визуальном интерактивном режиме.
Пользователи инженеры – электронщики-схемотехники и студенты соответствующих специальностей.
Пакеты системотехнического проектирования
аппаратного и программного обеспечений информационных систем
Пакеты прикладных программ системотехнического проектирования для аппаратного и программного
обеспечений существенно различаются. Они создаются и развиваются различными компаниями, к сожалению, часто
не имеющими взаимодействия между собой. Одни специализируются на аппаратуре (уровни устройств, систем,
сетей), другие – на программах для них. Объединяет их, пожалуй, только общий метод исследования и
50
проектирования – метод моделирования, для реализации которого разрабатываются соответствующие средства
моделирования. В зависимости от конкретно выбранного метода моделирования это могу быть аппаратные и
программные средства. В настоящее время чаще прибегают к компьютерному моделированию (вычислениям,
расчётам и имитации), поскольку это экономически предпочтительнее, значит, программные средства для
проектирования превалируют как для проектирования аппаратного обеспечения ИС, так и для проектирования
программного обеспечения ИС. Программные средства для этих целей тоже развились до уровня программных
систем (комплексов), также называемых часто пакетами программ. В силу многочисленности таких пакетов не
представляется возможным даже их комментарий в настоящем издании. 3 Здесь же целесообразнее назвать
некоторые из них.
● Для аппаратного проектирования (моделирования):
Пакет COMNET (CACI-Products (Compuware)),
Пакет OPNET (OPNET Technologies),
Пакет WinMIND (Network Analysis Center),
Пакет Prophesy (American HYTech, Abstraction Software),
Пакет Optimal Performance (Optimal Networks (Compuware)),
Пакет CANE (Image Net),
Пакет Bones (System and Networks),
Пакет Auto Net /Designer (Network Design and Analysis Grope),
Пакет AutoNet / MeshNET (Network Design and Analysis Grope),
Пакет AutoNet/Performance-3 (Network Design and Analysis Grope).
Пакет System Architect.
● Для программного проектирования (моделирования) стандарты
CASE – средств (аббр. от Computer Aided Software/System Engineering):
Пакет AllFusion Modeling Suite (ранее: ERwin Modeling Suite) включает:
- AllFusion Process Modeler (ранее: BPwin),
- AllFusion ERwin Data Modeler (ранее: ERwin),
- AllFusion Data Model Validator (ранее: ERwin Examiner),
- AllFusion Model Manager (ранее: Model Mart),
- AllFusion Component Modeler (Paradigm Plus).
Пакет Rational Rose (язык моделирования: UML).
Пакет Oracle Designer (входит в Oracle 9i Developer Suite).
В России распространены следующие развитые CASE-средства:
Пакет Vantage Team Builder (Westmount I-CASE),
Пакет Designer/2000
Пакет Silverrun,
Пакет BPwin + ERwin,
Пакет S-Designor,
Пакет CASE –Аналитик,
Пакет CASE/4/0,
Пакет PRO-IV.
Пакет технологического управления станками с ЧПУ
Пакет Mach3 v.2.63. Система предназначена для преобразования стандартного персонального компьютера в
полнофункциональную станцию управления 6 – координатным (осевым) станком с ЧПУ. Система Масh 3
применяется для управления следующими типами оборудования: токарными станками, фрезерными станками,
быстроходными деревообрабатывающими фрезерными станками, лазерными станочными системами, оборудованием
для плазменной резки, оборудованием для гравировки на станках с ЧПУ, станками для нарезания зубчатых колёс.
Система выполняет следующие операции управления: управление частотой вращения шпинделя, многоуровневое
релейное регулирование, видеонаблюдение за ходом обработки (окно), обеспечивает совместимость с сенсорными
мониторами (touch screen), обеспечивает полноэкранный
пользовательский интерфейс. С информационновычислительной позиции система обеспечивает: прямой импорт DXF, BMP, JPG, HPGL – файлов с помощью
встроенной программы Lazy Cam, 3D- графическую визуализацию УП G-кодов, генерирование файлов УП G-кодов в
программе Lazy Cam или в Мастерах (Wizard), полную реконфигурацию перенастраиваемого интерфейса, создание
пользовательских М-кодов и макросов на основе VB- скриптов.
Комментарий к пакету COMNET см. в [Иванов Е.С. Моделирование информационных систем. Учебное пособие. –
Пятигорск: КМВИС- ЮРГУЭС, 2013 – 56 с.]
3
51
Заключение
Применение информационных технологий на производственных предприятиях было одним из первых их
применений, поскольку на них
возлагались надежды, связанные с повышением
производительности труда
и качества продукции. Первыми стали создаваться автоматизированные системы управления предприятиями,
включая и функции управления кадрами и персоналом, затем автоматизированные системы управления
технологическими процессами. Изменение ситуации в России в 90-х годах
ХХ века
затормозили процессы проектирования и создания автоматизированных информационных систем
управления предприятиями (ИСУП), или, как их стали называть, корпоративными информационными системами
(КИС). В настоящее время всё предпочитают приобретать за рубежом:
и техническое (аппаратурное), и программное обеспечения. Только исходная информация собственная.
Задача настоящего учебно-справочного пособия: исходя из общих проблем управления персоналом,
проектами и производством на предприятии (функций управления) и, привлекая сведения о видах ИСУП и ППП,
представленных на Российском рынке, проанализировать состояние и перспективы
развития
таких
информационных систем и рекомендовать их
для проектов информационных систем управления предприятием, интегрируемых с общей корпоративной
ИСУ. Подобная работа, как и разработка технического задания на проектирование информационной системы
(спецификации), как правило, возлагается на менеджеров и инженеров.
Исходя из
анализа данных об ИСУП, целесообразно рекомендовать для большинства предприятий
информационные системы класса ERP: для крупных предприятий (корпораций) такие ИСУП как Baan
или
Oracle Applications, а для средних и малых предприятий такие ИСУП как Exact или Scala.
Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий
проектирования ИС: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации
информационно-управляющих процессов всего жизненного цикла АО и ПО для ИСУП. Наиболее трудоёмкими
этапами создания ИСУП являются этапы НИОКР (английское обозначение – R&D), на которых проводится анализ
и проектирование (инженерный синтез) того или иного продукта. В процессе этих этапов CASE-средства
обеспечивают качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации. Большую роль
здесь играют методы визуального представления информации. Эти методы и соответствующие средства
обеспечивают построение структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование
многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования
предметной области позволяют разработчикам наглядно изучать существующую ИС, модифицировать её в
соответствии с поставленными целями и ограничениями.
Особо следует подчеркнуть роль и значение прикладных математических и статистических пакетов, отношение
к которым в России сложилось, мягко говоря, весьма прохладное. Без адекватных моделей, вычислений и расчётов
трудно рассчитывать на успех в руководстве и управлении, в прогнозировании и проектировании в любой сфере
человеческой деятельности. «Расчёт» на кудесников - «любимцев богов» и экстрасенсов по меньшей мере наивен.
«С какой ноги встану - так и решу» - тоже не солидно и накладно. Два века назад один известный политик (даже не
менеджер и не инженер!) сказал: «Во всяком предприятии нужно две трети уделять расчёту и одну треть – случаю».
Подпись его была весьма краткой – Ν (Наполеон Бонапарт). Сами математики, в лице П.С.Лапласа, соотечественника
и современника Наполеона и иностранного почётного члена Петербургской Академии Наук (1802), утверждали: «В
самой математике главные средства достигнуть истины – индукция и аналогия» [Лаплас П.С. Опыт философии теории
вероятностей. - М., 1908.- с.7]. В ХХ веке с развитием системологии интерес математиков сместился в сторону
логических выводов дедукции и традукции. Математик В.Феллер писал: « В приложениях абстрактные модели
служат лишь орудием, и одно и то же явление, наблюдаемое опытным путём, могут описывать различные модели.
Способ применения математических теорий не обусловливается какими-либо заранее сложившимися мнениями; это
направленное к определённой цели умение, зависящее от опытности и меняющееся вместе с ней. Вполне уместен
философский анализ этого умения, но такой анализ находится вне области математики, физики или статистики». Это
действительно сложная философско-психологическая проблема. Но вот в вопросе использования в контекстах двух
слов, представляющих математические процедуры – расчёт и моделирование - следовало бы внести определённые
уточнения. Расчёт – это численное продолжение математического моделирования, доведённого с постановки
проблемы (задачи) через абстрактное исследование до компактно-оформленного решения общего формульного вида.
Это завершающий шаг вычислительный оценки некоторого интересующего исследователя показателя. Справочники
по математике, статистике, физике – это по-существу свод разработанных исследователями в разные времена
фундаментальных и прикладных моделей и их оценок, выраженных на специальном математическом языке формул.
С 60-х годов ХХ века стали больше употреблять термин «моделирование», охватывающий и представляющий весь
процесс. Видимо, потому, что «готовых», наработанных моделей и формул на ВСЁ не доставало. Даже
соответствующие технические средства изменили свои названия от «счётно-решающих приборов и устройств» через
«вычислительные машины» к «информационно-вычислительным системам». В период 1970–90-х годов расчёты
проводились на электронных калькуляторах, а вычисления, моделирования и имитации – на электронных
компьютерах. В настоящее время калькуляторы «встроили» в компьютеры, а все исследователи и конструкторы,
инженеры, менеджеры и экономисты моделируют, и только немногие «счастливчики» (в их числе - многочисленные
бухгалтеры), пользуясь их трудами, проводят расчёты.
52
Рекомендуемая литература
Основная:
1. Синаторов С.В. Пакеты прикладных программ. Учебное пособие. – М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2012. –
256 с.
2. Семакин И.Г., Русакова О.Л., Тарунин Е.Л., Шкарапута А.П. Программирование, численные методы,
математическое моделирование. Учебное пособие. – М.: ИД «Кнорус», 2013. – 320 с.
3. Вуколов Э.А. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию
операций с использованием пакетов STATISTICA и EXCEL. 2-е изд. - М.: ИД «Форум», 2011. – 464 с.
4. Экономическая информатика (бакалавриат). Учебное пособие./ Под ред. Д.В. Чистова – М.: ИД «Кнорус»,
2013. – 512 с.
5. Матвеев М.Г., Свиридов А.С., Алейникова Н.А. Модели и методы искусственного интеллекта: применения
в экономике. Учебное пособие. М.: Финансы и статистика, Инфра-М, 2008 – 448 с.
Дополнительная:
1. ГОСТ Р 50.1.028 – 2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции.
Методология функционального моделирования.
2. Mathcad PLUS 6.0. Руководство пользователя. Финансовые, инженерные и научные расчёты в среде
Windows 95. Изд. 2-е, – М.: ИИД «Филинъ», 1997.- 712 с.
3. Гурский Д.А. Вычисления в MathCAD. – Мн.: «Новое знание», 2003.– 814 с.
4. Гурский Д.А., Турбина Е.С. Mathcad для студентов и школьников. Популярный самоучитель. – СПб.: Питер,
2005 – 400 с.
5. Гурский Д.А., Турбина Е.С. Вычисления в MathCAD 12. – СПб.: Питер, 2006. – 544 с.
6. Мэтьюз Дж., Финк К.Д. Численные методы. Использование MATLAB.
3-изд. М.: ИД «Вильямс», 2001. – 720 с.
7. Кирьянов Д.В. Самоучитель MathCAD 12. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 576 с.
8. Кирьянов Д.В. Самоучитель MathCAD 13. - СПб.:БХВ-Петербург, 2006.- 528 с.
9. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс – СПб.: Питер, 2000. – 432 с.
10. Черняк А.А., Новиков В.А., Мельников О.И., Кузнецов А.В. Математика для экономистов на базе MathCAD.
– СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 496 с.
11. Салманов О.Н. Математическая экономика с применением MathCAD и Excel. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003.
– 464 с.
12. Левин Д.М., Стефан Д., Кребиль Т.С., Беренсон М.Л. Статистика для менеджеров с использованием
Microsoft Excel. 4-е изд. /Пер. с англ. – М.: ИД «Вильямс», 2004. – 1312 с.
13. Энциклопедия популярных программ. – СПб.: Питер, 2008.- 512 с.
14. Иванов Е.С. Статистика для предпринимателей, менеджеров и финансистов. Учебно-методическое
пособие.- Кисловодск: КИЭП, 1996.–127 с.
15. Иванов Е.С. Системология и статистика для предпринимателей, менеджеров и финансистов.Учебное
пособие.–Пятигорск:«Стелла»,1998.-382 с.
16. Иванов Е.С. Моделирование информационных систем. Учебное пособие. – Пятигорск: КМВ ИС – ЮРГУЭС,
2013. – 56 с.
17. Орлов А.И., Волков Д.Л. Эконометрические методы при управлении ресурсами и информационная
поддержка бизнеса для фирмы-оператора связи. //Приднiпровський науковий вiсник. Донбаський випуск. Економiка.
№ 4 (176), грудень, 1998.
18. Бэстенс Д.Э., Берт В.М., Ван дер Вуд Д. Нейронные сети и финансовые рынки: принятие решений в
торговых операциях. - М.: ТВП, 1998.
19. Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н. MATLAB 7 – СПб.: БХВ-Петербург, 2005.
20. Дьяконов В. MATLAB 6: Учебный курс.- СПб.: Питер, 2010.
21. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере/ Под ред. В.Э. Фигурнова.- 3-е изд. – М.:
ИНФРА-М, 2003.- 544 с.
22. Ивасенко А.Г., Гридасов А.Ю., Павленко В.А. Информационные
технологии в экономике и управлении.
Учебное пособие. 2- изд.-М.: ИД «Кнорус», 2007.
23. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия. Компьютерные программы 2008.- М.: ОЛМА Медиа Групп, 2008.
– 720с.
24. Ездаков А.Л. Экспертные системы САПР. Учебное пособие. – М.: ИД «Форум», 2009. – 160 с.
25. Баин А.М. Современные информационные технологии систем поддержки принятия решений. – М.: ИД
«Форум», 2009. – 240 с.
26. Черных Н.В. Simulink. Среда создания инженерных приложений. М.: Диалог-МИФИ, 2004.
27. Мур Дж. и др. Экономическое моделирование в Microsoft Excel, 6-е изд. / Пер. с англ. – М.: ИД
«Вильямс», 2005.
28. Левин Д., Стефан Д., Кребиль Т.С., Беренсон М.Л. Статистика для менеджеров с использованием
Microsoft Excel, 4-е изд. / Пер. с англ. – М.: ИД «Вильямс», 2005. - 1310 с.
29. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделировании. Т. 1 и 2 / Пер. с англ. – М.:
Статистика, 1978.
30. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и её приложения. Т. 1 и 2 / Пер. с англ. – М.: Мир, 1984.
53
31. Pimentel J.R. Communication Networks for Manufacturing / Juan R. Pimentel. Prentice-Hall, Inc. Englewood
Cliffs, New Jersey 07632, 1990. – 603 p.
Источники Интернет:
http://www. mathcad.com
www.softline.ru - семинары
http://www.mathworks.сom
по математическим и статистическим
http://www. maplesoft.com
пакетам: Mathworks, Wolfram Research,
http://www. graphisoft.com
Mathsoft, Maplesoft, Statsoft,
http://www.vissim.com
http://www.statsoft.com
Cambridge Soft.Com/ Life Science Enterprise
http://www.autodesk.com
Solutions, Electronics Workbench
http://www.p-cad.com
http://www.Pythagoras.com
http://www.exponenta.ru/soft
http://www.ru.wikipedia.org/wiki/idef
Контрольные вопросы
по дисциплине «Прикладные программные пакеты»
1. Пакет прикладных программ (ППП). Понятие и определение. Назначение.
2. Классификация пакетов прикладных программ.
3. Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ.
4. Пакеты прикладных программ для автоматизированного проектирования.
5. Пакеты прикладных программ общего назначения.
6. Методо - ориентированные пакеты прикладных программ.
7. Офисные пакеты прикладных программ (органайзеры, переводчики, коммуникаторы).
8. Прикладные пакеты для вычислений (численных расчётов).
9. Свободные (бесплатные) пакеты.
10. Проприетарные (коммерческие) пакеты.
11. Системы компьютерной алгебры как основные компоненты класса систем автоматизированного проектирования.
12. Пакет математических и статистических программ Mathcad. Происхождение. История развития. Назначение.
13. Основные возможности пакета Mathcad в плане автоматизации математических расчётов.
14. Сравнение пакета Mathcad с распространёнными математическими пакетами Maple, Mathematica, MATLAB или
с их аналогами: MuPAD, Scilab, Maxima.
15. Программный интерфейс пакета Mathcad.
16. Представление в пакете Mathcad физических и инженерных величин с размерностями.
17. Графика в среде Mathcad. Возможности визуализации. Сравнение с другими прикладными математическими
пакетами.
18. Символьные вычисления и численные расчёты. Различие MATHLAB и MATLAB.
19. Язык программирования, применённый для создания среды Mathcad.
20. Документационные и редакторские возможности пакета Mathcad.
21. Распространённые пакеты статистических программ.
22. Пакет MATLAB как средство математического моделирования в науке и технике.
23. Требования к аппаратному обеспечению при установке пакета MATLAB.
24. Технология ассоциативной обработки файлов в MATLAB, поддерживаемая ОС Windows.
25. Меню командного окна пакета MATLAB.
26. Графический интерфейс пользователя в среде MATLAB.
27. Основные возможности пакета MATLAB. Окно MATLAB Demos. Текстовые электронные справочные системы,
входящие в комплект поставки.
28. Библиотека блоков Simulink – инструмента визуального моделирования пакета MATLAB.
29. Статистические функции Microsoft Excel.
30. Статистическая программа Stadia 6.0. Состав. Интерфейс.
31. Редактор формул программы Stadia 6.0.
32. Блок статистики программы Stadia 6.0.
33. Профессиональные статистические пакеты Statistica 5.0 и Statistica 6.0.
34. Профессиональные статистические пакеты SPSS v. 11.01 (c), SPSS GmbH Software, SPSS v.12.0, SPSS v.13.0,
SPSS Delta Graph v.5.0.1, SPSS Sigma Stat v.3.0, SPSS Web v. 2.4. Назначение.
35. Профессиональные статистические пакеты NCSS Statistical and Data Analysis Software v. 2004, NCSS Statistical
and Data Analysis v. 2005.06.27.
36. Статистический пакет Maple V Release 4. Назначение.
37. Университетский статистический пакет Systat v. 10.2. Особенности.
38. Коммерческий статус программ: Student, Professional, Premium. Виды распространения: бесплатное ПО
(freeware/open source),
условно-бесплатное ПО (shareware/trial), «рекламно-оплачиваемые» программы
54
(adware/homepageware), коммерческое ПО (commercial), «условно-платные» программы (donation ware),
«открыточные» версии программ (cardware).
39. Прикладной математический пакет Waterloo Maple 10. Назначение.
40. Содержательная иерархия семейства пакетов MathCad (Mathsoft Inc., USA): Mathcad Basic, Mathcad Standard,
Mathcad Plus.
41. Прикладной программный пакет P-CAD. Назначение.
42. Семейство COMNET (CACI Products Company, USA): пакет COMNET Baseliner и пакет COMNET III. Назначение.
Особенности.
55
ТЕСТ
по дисциплине «Прикладные программные пакеты»
1. Какая программа статистического пакета SPSS обеспечивает просмотр файлов пакета:
а) SPSS Delta Graph v. 5.01,
б) SPSS Sigma Stat v. 3.0,
в) SPSS Web v. 2.4,
г) SPSS Viewer v. 11.0.
2. Какой программный пакет поддерживает формирование Web – страниц:
а) SPSS v. 11. 01 (c),
б) SPSS v. 12.0,
в) SPSS v. 13 ,
г) SPSS GmbH Software.
3. Какой программный статистический пакет рекомендуется для университетского образования:
а) Statistica 6.0,
б) SPSS v. 12.0,
в) Maple V Release 4,
г) Systat v. 10.2 .
4. Пакет …. программ – это комплекс программ для решения задач определённого класса из конкретной предметной
области.
5. Какой класс компьютерных программных продуктов и средств является наиболее разнообразным и самым
многочисленным:
а) системные утилиты,
б) операционные системы,
в) офисные программы,
г) сетевые программы,
д) прикладные программы,
е) мультимедийные программы .
6. К каким классам относятся пакеты MathCAD, MATLAB, P-CAD, COMNET (2 класса):
а) проблемно-ориентированные ППП,
б) ППП автоматизированного проектирования,
в) ППП общего назначения,
г) методо-ориентированные ППП,
д) офисные ППП.
7. MathCAD – система … алгебры из класса систем автоматизированного проектирования, ориентированная на
подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением.
8. Какой режим ввода выражений (формул) в интерфейсе пакета MathCAD:
а) текстовый,
б) графический.
9. Какой прикладной математический пакет имеет даже мультимедийную функцию (синтезирование звука):
а) MathCAD,
б) MATLAB,
в) Mathematica,
г) Maple.
10. Какой математический пакет ориентирован изначально на 1) решение задач теоретической математики и 2)
прикладной математики (численного решения математических задач):
а) MathCAD,
б) Maple.
11. Имеет ли пакет MathCAD возможности проведения статистических расчётов:
а) да,
б) нет.
12. Поддерживает ли пакет MathCAD вычисления с единицами измерения:
а) да,
б) нет.
13. Могут ли инженеры с помощью MathCAD документировать все вычисления в процессе их проведения:
а) да,
б) нет.
14. Предусмотрена ли интеграция пакета MathCAD с САПР-системами (английские аббревиатуры – CAD, CAE) и
использование результатов вычислений как управляющих параметров:
а) да,
б) нет.
15. Начиная с какой версии, файлы MathCAD имеют формат XMCD, являющийся разновидностью текстовой XML –
разметки и следующим шагом по сравнению с форматом MathML:
а) 6.0 Plus,
б) 8.0 Pro,
56
в) 11.0,
г) 12.0,
д) 2000 Pro,
е) 2001,
ж) 2001i .
16. Какая из популярных систем компьютерной алгебры, используемых математиками (учёными и инженерами)
является бесплатной:
а) Maple,
б) Mathematica,
в) Sage.
17. При необходимости и наличии навыков программирования на языке … есть возможность создания собственных
функций и их прикрепления к ядру системы через механизм … .
18. Допустимо ли, что пользователь пакета MathCAD может вообще не быть знакомым с программированием в том
или ином виде:
а) да,
б) нет.
19. Сколько пакет MathCAD содержит операторов и встроенных функций для решения различных технических
задач:
а) десятки,
б) сотни,
в) тысячи.
20. С какими величинами MathCAD может производить операции:
а) скалярами,
б) векторами,
в) матрицами,
г) со всеми .
21. Возможно ли при работе с MathCAD использование греческого алфавита как в уравнениях, так и в тексте:
а) да,
б) нет.
22. Система Waterloo Maple имеет собственный язык программирования, напоминающий.
23. К какому классу моделей относятся модели, создаваемые с помощью пакета MathCAD:
а) абстрактные математические (аналитические, синтетические),
б) абстрактные имитационные (виртуальные мультипликации),
в) аналоговые,
г) полунатурные,
д) натурные.
24. Какую технику применяет пользователь при построении моделей сетей с помощью пакета COMNET III для
графического изображения моделируемой сети из библиотечных элементов:
а) drag-and-drop,
б) plug-and-play.
25. Что моделируется с помощью пакета COMNET III:
а) топологии сетей (LAN, WAN, SNA, DECnet),
б) коммутации ячеек (АТМ), пакетов (Х.25), кадров - фреймов(Frame Relay),
в) протоколы OSPF, RIP ,
г) доступ к сети (CSMA/CD, Token Ring, FDDI),
д) маршрутизаторы (Cisco, 3COM, DEC, HP),
е) всё отмеченное выше.
26. Пакет MATLAB предоставляет пользователю универсальный язык … программирования в сочетании с …
средствами отладки создаваемых программ.
27. Пакет MATLAB – это средство … моделирования, а в сочетании c библиотекой блоков Simulink и …
моделирования.
28. Из названия пакета … следует, что он ориентирован в первую очередь на обработку массивов данных (матриц и
векторов).
29. Что из нетрадиционных для математических пакетов средств входит в пакет MATLAB:
а) средства цифровой обработки изображений,
б) поиск решений на основе нечёткой логики,
в) аппарат построения и анализа нейронных сетей,
г) средства финансового анализа,
д) всё отмеченное выше.
30. Имеются ли в пакете MATLAB средства взаимодействия с популярными офисными программными продуктами
MS Word и MS Excel:
а) да,
б) нет.
57
31. Программный продукт Simulink (Math Works, USA) - это система … … моделирования, функционирующая
только при наличии ядра MATLAB.
32. В пакете MATLAB использована технология … обработки файлов, поддерживаемая ОС Windows.
33. В какой среде может функционировать пакет MATLAB:
а) Windows,
б) UNIX,
в) MacOS ,
г) под управлением каждой ОС.
34. Электронная таблица пакета STADIA создана средствами … нижнего уровня.
35. Каким образом выводятся традиционные компоненты системы Stadia:
а) посредством нажатия «быстрых» клавиш F1 – F9,
б) путём набора букв из наименований команд.
36. На каких двух типах экранных панелей базируется интерфейс (система диалога) в пакете STADIA:
а) меню выбора,
б) бланки ввода,
в) на обоих.
37. Какой клавишей вызывается функция HELP (помощь) в пакете STADIA:
а) F1,
б) F5,
в) F9.
38. С какого знака начинается ввод формул в пакете MS Excel:
а) = (равно),
б) + (плюс),
в) * (звёздочка).
39. В MS Excel результат появляется после нажатия клавиши … .
40. Какой пакет САПР целесообразен для инженеров-схемотехников (компьютерных электронщиков):
а) AutoCAD,
б) ArchiCAD,
в) P-CAD.
41. Какой из примеров, входящих в раздел Simulink-demo, пользователь пакета MATLAB имеет возможность
выбрать:
а) New in Simulink;
б) Simple models;
в) Complex models;
г) Advanced Products;
д) любой.
42. В Simulink шаг изменения модельного времени называется … время (sample time).
43. В Simulink целое число, определяющее периодичность формирования в блоке значения модельного времени,
называется … (decimation).
44. В Simulink по умолчанию новое состояние непрерывной системы определяется с шагом … с.
45. В Simulink отметки времени в блоке Clock будут формироваться через каждые … с.
46. Какой из приведённых математических пакетов предпочтительнее для студентов:
а) Math Success Deluxe 2007;
б) Mathematics Worksheet Factory Deluxe v. 3.0;
в) MATHPROF v. 2.0;
г) Universal Math Solver v. 5.0 (Grisoft)?.
47.
В качестве профессиональной версии редактора формул (Equation Editor) в Microsoft Office, Apple Works
рекомендуется …
48. Какие новые функции поддерживает Mathsoft MathCAD 13.0 Enterprise:
а) автоматическое решение инженерных задач;
б) защита от потерь наработок - Autosave;
в) поддержка нелинейных единиц (децибелы, град. Цельсия и Фаренгейта);
г) все вышеприведённые.
49. Конвертирование 1700 единиц измерения (список можно пополнять) поддерживается пакетом …
50. Для операций с числами большого размера, требующих высокой «алгоритмической» скорости, предпочтителен
пакет …
51. В какой постановке задачи поддерживает её решение пакет для моделирования систем нелинейных
дифференциальных уравнений в частных производных (методом конечных элементов) в одном, двух и трёх
измерениях – COMSOL FEMLAB v. 3.1 (английская и русская версии):
а) математической;
б) физической;
в) в обеих.
58
52. Что обозначает аббревиатура MATLAB:
а) пакет прикладных программ (ППП) для решения задач численного анализа;
б) язык программирования этого пакета;
в) и то, и другое.
53. Через специальный toolbox (инструментальный пакет) MATLAB 2006b может взаимодействовать с символьным
процессором … (компьютерная алгебра).
54. Возможно ли взаимодействие MATLAB с другими языками через специальные интерфейсы:
а) да;
б) нет.
55. Какие новые дополнительные программные продукты к пакету MATLAB различают его версии R2006a и 2006b:
а) Simulink;
б) Statflow;
в) Link for TASKING 1.0;
г) Sim Hydraulics 1.0;
д) System Test 1.0;
е) Aerospace Toolbox 1.0.
56. Абсолютно новый по-существу программный продукт для пакета MATLAB называется … …
57. Какие из приведённых программ (пакетов) поддерживают построение графиков для математических выражений,
статистического анализа и др.:
а) Texas Instruments Derive v. 5.05 (c);
б)
Derive v. 6.10;
в) Graphit 99 Professional Edition;
г) Origin Lab Origin Pro v.7;
д) все.
58. В качестве обучающей программы в статистике для школ и институтов целесообразно использовать …
59. Вывод для Web – страниц поддерживает статистический пакет SPSS v. … (английская и русская версии).
60. Специальное программное обеспечение для подготовки статистических графиков обозначается как ….
61. Программа М2 Math Tutor (Christopherl) способна самостоятельно … задания и отчёты о решении поставленных
задач.
1. г)
2. г)
3. г)
4. прикладных
5. д)
6. б) и г)
7. компьютерной
8. б)
9. в)
10. 1б и 2а
11. да
12. да
13. да
14. да
15. г) 12
16. в)
17. язык С и механизм DLL
18. а) да
19. б) сотни
20. г) со всеми
21. а) да
22. Pascal (Паскаль)
23. а)
24. а)
25. е) все
26. объектно-ориентированного, интерактивными
27. математического, имитационного
28. MATLAB
29. д)
30. а) да
31. визуального имитационного
Ответы:
32. ассоциативной
33. г)
34. Delphi
35. а)
36. в) на обоих
37. а) F1
38. а) = (равно)
39. Enter
40. в)
41. любой
42. эталонное
43. дискретность
44. 0.2
45. 0.2 * D (дискретность)
46. б)
47. Design Science Math Type v 5.2a
48. г)
49. Math Terra Advanced Converter v 3.4.
50. Mathematica 5.2 (Вычисление 1000! менее 1с)
51. в) в обеих
52. в) и то, и другое
53. Maple
54. а) да
55. в), г), д), е)
56. AEROSPACE Toolbox 1.0
57. д) все
58. Fx Stat v.10
59. 13
60. Jmp Statistical Discovery v 5.1
61. генерировать
59
Кафедра «Информационные системы, технологии и связь»
Иванов Е.С.
Прикладные программные пакеты предприятий
Учебно-справочное пособие
Издательство КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»
357500, Ставропольский край, г.Пятигорск, бульвар Гагарина, 1, корпус 1
60