Автоматизація графічних та розрахункових задач проектування

Для проектування офісу ми приймаємо перший план, тому що в другому плані вартість устаткування більше ніж у першому, а для нас необхідно зекономити на всьому, хоча по застосуванню встаткування із першої таблиці ні чим не уступає другому й гарантія на експлуатацію дається однакова.

1.5 Опис проектування офісу та його інтер'єрів

План офісу розроблявся, виходячи з кількості співробітників, корисної площі офісу і заданого встаткування (2 комп'ютери, 2 принтери, 2 сканери, 1 блок безперебійного живлення, модем, телевізор, осцилограф). На плані показанні меблі, комп'ютери, електротехнічні арматури (світильники, вимикачі, розетки), вікна й двері.

1.5.1 План офісу з указівкою розмірів

Перший варіант

Рисунок 1.1 - План офісу в 2D з розмірами

Для проектування складних систем необхідно мати альтернативи, тобто варіанти вибору. Для здійснення оптимального вибору з декількох варіантів, за критеріями оптимальності, було спроектовано два варіанти офісу

Другий варіант

Рисунок 1.2 - План офісу в 2D з розмірами

Скористуємося другим варіантом.

Рисунок 1.3 - План офісу в 2D з меблями

Рисунок 1.4 - План офісу в 2D з доріжками, газонами, ємністю для поливу газону

1.5.2 Об'ємне проектування будинку

Рисунок 1.5 – 3D вид створеного офісу

1.5.3 Інтер'єр усіх кімнат

Рисунок 1.6 – Приймальня в 3D виді

Рисунок 1.7 - Кімната програмістів в 3D виді

Рисунок 1.8 - Кімната менеджера в 3D виді

Рисунок 1.9 - Кімната відпочинку в 3D виді

Рисунок 1.10 - Туалет в 3D виді

1.5.4 Територія проектованого будинку

Рисунок 1.11 - План офісу в аксонометрії

Рисунок 1.12 - План офісу в аксонометрії

1.6 Електропостачання офісу

1.6.1 Місце розміщення в офісі електротехнічних арматур

Рисунок 1.13 – Схема розміщення електротехнічних арматур

1 – щит

2 – коробка

3 – розетка

4 – вимикач

1.6.2 Схема електропостачання

Наступний етап, полягає в необхідності, показати на плані офісу електротехнічні арматури (світильники, вимикачі, розетки, електричні сполучні коробки) .

На (рис.1.14) показана схема підключення світильників і розеток моделі офісу.

Рисунок 1.14 – Електропроводка

К1 - Коробка 1

К2 - Коробка 2

К3 - Коробка 3

К4 - Коробка 4

К5 - Коробка 5

К6 - Коробка 6

Л1 - Люстра 1 у приймальні, ставиться до коробки 1

Л2, Л3, Л4, Л5, Л6, Л7 - Люстра 2 у кімнаті відпочинку, ставиться в коробці 2

Л8 – Люстра 3 у туалеті, ставиться до коробки 3

Л9 - Люстра 4 у кабінеті менеджера, ставиться до коробки 4

Л10 - Люстра 5 у робочому приміщенні, ставиться до коробки 5

Л11 - Люстра 6 у робочому приміщенні, ставиться до коробки 6

Л11 - Люстра 5 у робочому приміщенні, ставиться до коробки 6

Р1, Р2 - Розетка 1, 2 у приймальні, до них підключаються настільна лампа (30 Вт), осцилограф (30 Вт)

Р3, Р4, Р5 – Розетка 3, 4, 5 у кімнаті відпочинку, до них підключаються телевізор (150 Вт), малі електроприлади (100 Вт)

Р6, Р7, Р8 - Розетка 6, 7, 8 у кабінеті менеджера, до них підключаються настільна лампа (30 Вт).

Р9, Р10, Р11, Р12, Р13 - Розетка 9, 10, 11, 12, 13 у робочому приміщенні, до них підключаються монітор (100 Вт), системний блок (230 Вт), блок безперебійного живлення (12 Вт), ), принтер (100 вт), сканер (20 Вт).

Р14, Р15, Р16, Р17, Р18 - Розетка 14, 15, 16, 17, 18 у робочому приміщенні, до них підключаються монітор (100 Вт), системний блок (230 Вт), модем(5 Вт), принтер (100 вт), сканер (20 Вт).

1.6.3 Розрахунок кабельної продукції для електропостачання

Для обчислення кабельної продукції необхідно скористатися наступними формулами:

1.  Визначення струму в кабелі

I (A) = P (Вт) / U (B)

2. Перший закон Кірхгофа

I = I1 + I2 + I3…In

3. Площа поперечного переріза кабелю

S = I / δ

Матеріал - алюміній.

Таблиця 1.5 - Елементи електроустаткування

1.6.4  Розрахунок струму в окремих частинах схеми електропостачання

Для обчислення струму в окремих частинах схеми електропостачання, необхідно скористатися наступними формулами:

1.  Визначення струму в кабелі

I (A) = P (Вт) / U (B)

2. Перший закон Кірхгофа

I = I1 + I2 + I3…In

Таблиця 1.6 - Розрахунок струму в окремих частинах схеми електропостачання

1.6.5 Розрахунок споживаної електроенергії в середньому за день й за місяць. Оплата електроенергії

Таблиця 1.7 - Витрата електроенергії

Споживання електроенергії за добу:

W = Pcp*t/1000 = 12,53 кВт*ч

Добові витрати= W*0,2436 = 3,05 Грн, де 0,2436 – плата за 1 кВт*ч

Витрати за місяць = добові витрати *22=67,15 Грн, де 22 – це кількість робочих днів за місяць

На рисунку 1.15 представлений графік споживання електроенергії офісом.

Рисунок 1.15 - Графік споживання електроенергії

Як видно з гістограми, максимальне споживання електроенергії з 15 до 18 годин - у цей час працює все встаткування й горить світло.

1.7 Висновки щодо проекту офісу

У графічному моделюванні був змодельований офіс, діяльність якого направлена на САПР - хімія. Офіс займає одноповерхову будівлю:

В офісі знаходиться п’ять кімнат:

Перша - приймальня;

Друга – кімната відпочинку;

Третя – туалет;

Четверта – кімната менеджера;

П’ята – робоче приміщення;

Для офісу було підібрано відповідне встаткування: два комп'ютери, два принтери, два сканери, блок безперебійного живлення, модем, телевізор й осцилограф, на загальну суму 10765.9 грн..

Також було розраховане енергоспоживання офісу й розроблена схема електропроводки. За результатами розрахунків на електропроводку офісу буде потрібно 37 метрів кабелю, а сумарний максимальний розрахунковий струм (із запасом) буде становити близько 9 амперів. Добове споживання електроенергії - близько 12,53 квт*ч, що буде коштувати = 3,05 грн на добу або 67,15 грн. на місяць.

У звіт до проекту також включений:

1. План офісу;

2. Скріншоти 3D-проекти офісу;

3. Звіт по підбору встаткування;

4. Схема електропроводки;

5.Розрахунки енергоспоживання й навантаження на силові елементи.

2.1 Завдання 1.1

Варіант 20

Визначити невідомі змінні(Xi)

1.  використовуючи функцію Find;

2.  матричним способом і використовуючи функцію lsolve. Зрівняти результати.

Система лінійних рівнянь

Рішення засобами Excel

Щоб вирішити систему рівнянь, використаємо команду Пошук рішення. Однак спочатку формується таблиця початкових даних (рис.2.1):

Правильність рішення системи рівняння можна простежити, якщо включити режим відображення формул (рис. 2.2):

Рисунок 2.2 - Дані в режимі відображення формул

Для рішення рівняння, необхідно заповнити вікно "Пошук рішення" у такий спосіб (рис. 2.3)

Рисунок 2.3 - Вікно пошуку рішень

При натисканні клавіші "Виконати" на екрані з'являється наступне вікно й таблиця з рішенням (рис 2.4)

Рисунок 2.4 - Вікно з рішеннями

Рисунок 2.5 - Результат рішення

Перевірка:

Рисунок 2.6 – Рисунок перевірки

Результат: x1=10.0; x2=1.0; x3=10.0; x4=1.0

Рішення засобами MathCAD

Рішення даної системи рівняння можна знайти за допомогою розв'язуваного блоку Given...Find.

Функція Find шукає точне рішення системи рівнянь, записаної після слова Given.

Результат:

Перевірка:

Щоб перевірити отримані значення підставляємо в дану систему рівнянь.

Дане рівняння вирішили різними методами й засобами в результаті одержали однакові відповіді, але методи рішення відрізняються. Тому що за допомогою програми Math CAD неможливо зрозуміти процес рішення задачі, що дозволяє зробити MS Excel.

Варіант 11

Перетворити модель, задану у вигляді системи нелінійних рівнянь до виду f 1(x) = y й f 2 (y)= x. Побудувати їхні графіки й визначити початкове наближення рішення. Вирішити систему нелінійних рівнянь.

Рішення засобами Excel

Знайдемо крапку перетинання y й x. Тому що sin перебувають у проміжку від -1 до 1, то можна скласти наступні нерівності:

cos(x+0,5)+y=1

cos(x+0,5)=1-y

-1<1-y<1

-2<-y<0

0<y<2

Siny-2x=2

Siny=2+2x

-1<2+2x<1

-3<2x<-1

Після побудови й настроювання графіків був зроблений висновок, що доцільно задатися інтервалами, показаними на рис.2.6

Рисунок 2.7- Інтервали пошуку рішення

Далі необхідно побудувати таблицю й графік функцій використовуючи отримані обмеження.

При побудові графіка необхідно використати дані значення (рис. 2.7)

Рисунок 2.8- Вибір вихідних даних

Натискаємо "Далі", уводимо назву графіка, поміщаємо діаграму на наявному аркуші, натискаємо "Готово". Після виконання всіх операцій одержимо графіки функцій (рис.2.8).

Рисунок 2.9 - Побудовані графіки функцій

Далі для знаходження точного рішення необхідно заповнити таблицю з вихідними даними й розрахунковими формулами.

Для цього необхідно заповнити таблицю з вихідними даними й розрахунковими формулами. Задаємо початкові значення х и y рівні "0" (рис. 2.10)

Рисунок 2.10 - Таблиця вихідних даних

Необхідно включити режим відображення формул, для перевірки правильності рішення (рис. 2.11)

Рисунок 2.11 - Дані в режимі відображення формул

Для того щоб вирішити рівняння, скористаємося вікном "Пошук рішення" (рис. 2.12)

Рисунок 2.12 - Вікно пошуку рішень

При натисканні клавіші "Виконати" на екрані з'являється наступне вікно й таблиця з рішенням (рис. 2.13).

Рисунок 2.13 - Результат рішення

Результат: x=-0,95025, y=0,099662

Рішення засобами MathCAD

Систему нелінійних рівнянь можна знайти за допомогою блоку Given...Find[3].

Де - початкові значення. Функція Find шукає точне рішення системи рівнянь, записаної після слова Given.

Результат: x=-0,95, y=0,1

Перевірка:

Отримані значення підставляємо в дану систему рівнянь

Результати збігаються значить отримані розрахунки різними методами й засобами були зроблені правильно. Але при порівнянні методу рішення в даних програмних продуктах, з'являються відмінності. MathCAD дає можливість швидко й просто одержати результат, а Excel у відмінності від MathCAD дає користувачеві можливість, зрозуміти процес рішення задачі, методом градієнтного, імовірнісного пошуку. Так само більш чітко видно значення початкових умов для рішення задачі.

2.3 Завдання 2.1

Задача А.

Вирішити задачу проектування конусоподібного фільтра.

Із круглої заготівлі (r = 2) фільтрованого паперу вирізують сектор з кутом , потім з іншого роблять фільтр у вигляді конуса. Необхідно розрахувати величину кута , при якій забезпечується максимальний об'єм конуса.

R - радіус основи конуса; h - висота конуса; r - радіус заготівлі фільтрованого паперу.

Рішення засобами Excel

Спочатку ми задаємо цільову функцію, потім визначаємо для неї обмеження, вибираємо змінювані змінні та, задавши перші наближення для змінних, виконуємо Пошук рішення.

Як цільова функція виберемо рівняння об'єму конуса умови незаперечності змінних величин, і кут Q не повинен перевищувати 2 ПІ .

Рисунок 2.14 - Дані в режимі відображення формул

Застосувавши Пошук рішення:

Рисунок 2.15 - Вікно пошуку рішення

При натисканні клавіші "Виконати" на екрані з'являється наступне вікно й таблиця з рішенням (рис. 2.16):

Рисунок 2.16 - Результат рішення

Рішення засобами MathCAD.

Задача зведена до максимізації функції однієї змінної.

Максимум цільової функції можна знайти, використовуючи:

Потужним способом MathCAD для рішення оптимізаційних задач є використання вбудованих функцій Minimize та Maximize. Функція Maximize використовується у вигляді:

Maximize (цільова функція, параметр1, параметр2, ..., параметрN )

Вирішимо нашу задачу використовуючи функцію Maximize

Висновок: Отримані в результаті обчислень різними програмними продуктами (MathCAD ,Excel) значення повністю ідентичні, що говорить про вірогідність рішення. Так само наочно видно, що обчислення в MathCAD більше громіздкі, але з математичної точки зору більше правильні.

Задача Б.

Проектування 2 -х конусоподібних (пожежних) цебер.

Із круглої заготівлі жерсті (r = 3) вирізують сектор з кутом , потім з іншого роблять цебро у вигляді конуса й з вирізаного сектора теж (тобто 2-а цебра). Необхідно розрахувати величину кута θ, тобто Як необхідно розкроїти заготівлю, щоб об'єм 2-х цебер був максимальним.

R -радіус основи конуса; h - висота конуса; r - радіус заготівлі

Рішення засобами Excel.

Для рішення даної задачі необхідно заповнити таблицю з вихідними даними й розрахунковими формулами (рис. 2.17).

Рисунок 2.17 - Дані в режимі відображення формул

Об'єм першого сектора розраховується по формулі:

Об'єм другого сектора розраховується по формулі:

Далі задається початкове значення кута =0, установлюється цільовий осередок (загальний об'єм). Викликається "Пошук рішень" (рис. 2.17). Тому що це коло, то обмеження для кута  наступні: .Нижче наведені відповідні таблиці .

Рисунок 2.18- Вікно пошуку рішень

Виконавши даної операції, було отримано наступне рішення (рис. 2.19, 2.20).

Рисунок 2.19 – Вікно результату пошуку рішень

Рисунок 2.20 - Результат рішення

Рішення засобами MathCAD

Для рішення даної задачі необхідно заповнити таблицю з вихідними даними й розрахунковими формулами, представленими вище.

А далі скористаємося вже відомою структурою Given.

Висновок: Отримані в результаті обчислень різними програмними продуктами (Excel, MathCAD) значення повністю ідентичні, що говорить про вірогідність правильного рішення.

Задача 4

Для зберігання пального потрібно спроектувати бак (див. Рис). Готовий бак має вигляд циліндра з конічними переднім і заднім днищами . Обсяг бака 1 м2. Потрібно виготовити бак з мінімальної кількості матеріалу. Які повинні бути значення L1, L2, B , щоб виконувалася ця вимога.

Рисунок 2.21

Рішення засобами Excel

Рисунок 2.22 - Таблиця початкових даних

Рисунок 2.23 - Дані в режимі відображення формул

Далі необхідно скористатися вікном "Пошук рішення".

Рисунок 2.24 - Вікно пошуку рішень

Рисунок 2.25 - Результати рішення

Результат: R=0.28 h=0.28 l=0.28

2.4 Завдання 2.2

Функція об'єкта  задана неявно рівнянням , , . Побудувати графіка залежності функції  на заданому відрізку й знайти ee мінімум і максимум з точністю

F(x,t)=

-0,2 < t < 1,4

-1,331 < x < -1,159

Рішення засобами Excel

Щоб вирішити задачу необхідно заповнити таблицю. Задаємо значення t=[-0,2;1,4]. Задаємо функцію f(x), у якій початкове значення х буде дорівнює "0".

Далі скористаємося вікном "підбор параметра":

Рисунок 2.26- Вікно підбора параметра

Рисунок 2.27 - Вікно результату підбора параметра з результатом

Рисунок 2.28 - Результат рішення

Отримане значення х необхідно перенести в наступний осередок і на це значення х зробити підбор параметра.

Рисунок 2.29 - Вікно підбора параметра

Така дія необхідно виконувати доти, поки t не буде дорівнювати "1,4". Далі необхідно побудувати графік за значеннями x й t (рис. 2.30 ):

Рисунок 2.30 - Побудова графіка

Для визначення максимуму й мінімуму функції необхідно заповнити таблицю з вихідними даними й розрахунковими формулами. Задаємо початкові значення x й y рівні "1"

Рисунок 2.31 - Таблиця початкових даних

Максимальні й мінімальні значення необхідно знайти за допомогою вікно Пошук рішень.

Рисунок 2.32 - Вікно пошуку рішень на мінімум

При натисканні клавіші "Виконати" на екрані з'являється наступне вікно й таблиця з рішенням.

Рисунок 2.33 – Результат мінімуму функції

Рисунок 2.34 - Вікно пошуку рішень на максімум

При натисканні клавіші "Виконати" на екрані з'являється наступне вікно й таблиця з рішенням.

Рисунок 2.35 - Результат максімум функції

Результат: max x = -1,159 t = 1,4

min x = -1,33 t = 0,5225

Розрахункові дані одержали тільки за допомогою програми MS Excel. Тому що функція є складної, знайти її максимум і мінімум можна тільки через підбор параметрів з попереднього значення х, що не вийде зробити в Math CAD.

ВИСНОВКИ

Мета й завдання курсової роботи з теми "Проектування офісу програмування" досягнуті в повному обсязі: систематизація й закріплення теоретичних знань, отриманих при вивченні навчальної дисципліни "Основи автоматизованого проектування складних систем" і придбання навичок у використанні сучасних інформаційних технологій, а також придбання й закріплення навичок самостійної роботи.

У математичному моделюванні були вирішені всі задані завдання за допомогою Excel, MathCAD. Всі отримані результати вирішені двома програмами сходяться значить отримані розрахунки були зроблені правильно. Порівнюючи методи рішення можна сказати, що програма MathCAD зручна своєю простотою й швидкістю у відмінності від Excel, що у свою чергу дозволяє зрозуміти процес рішення задачі.

У графічному моделюванні був змодельований офіс, сфера діяльності якого - САПР - хімія. План офісу розроблявся, виходячи з кількості співробітників, заданої корисної площі та встаткування (2 комп'ютери, 2 принтери, 2 сканери, 1 блок безперебійного живлення, телевізор, осцилограф). На плані показані меблі, комп'ютери, електротехнічні арматури (світильники, вимикачі, розетки), вікна й двері. Розроблений дизайн офісу (килимове покриття, кольори стін, форми вікон і т.д.). На території крім офісу, розміщені газони, доріжки, під'їзд для автомобіля. Розташовано ємність для поливу газону на плані території офісу. Деякі 3D моделі було закачано з Інтернету. Було зроблено альтернативний вибір комп'ютерного забезпечення. Корисна площа офісу займає 34,5 м² , вся площа під ділянку – 66,2 м². У даній курсовій роботі є недоліки, які можна в подальшому модернізувати, наприклад, електропроводка в офісі.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.  Конспект лекцій по дисципліні "Основи автоматизованого проектування складних систем". Лектор Карчевскій В.П.

2.  Інформатика: Базовий курс/ С.В.Симонович ізд. - Спб.: Пітер, 2001.-640з

3.  Леонтьев В.П. Новітня енциклопедія персонального комп'ютера. - М.: Олма-пресс Утворення, 2004. - 734 с.: іл.

4. Комп'ютер з нуля. Книга + Відеокурс: учеб. пособ/ під ред. Ф.Н. Рєзникова. - М.:Кращі книги, [2005]. - 384 с.: іл. + [1] CD. іл.

5.  http://www.spez.com.ua

 6. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни "Основи автоматизованого проектування складних систем" для студентів спеціальності 6.01010036 "Комп'ютерні технології в управлінні та навчанні"/ В.П. Карчевский, І.В. Ушакова, О.С. Чорна - Стаханов: УІПА,

ДОДАТОК

Створення презентації курсового проекту за допомогою Power Point