1. Сапр и объекты проектирования в промышленности.

1.1 Классификация сапр

Разработка и создание эффективных САПР на фоне большого количества существующих систем уже несколько десятилетий назад привели к созданию классификаторов САПР. В частности, в СССР с 1985 г. действовал ГОСТ 23501.108 – 85, устанавливавший классификационные признаки и обозначение САПР, использовавшихся в различных отраслях промышленности. ГОСТ опирался на фасетный метод классификации и включал 8 классификационных признаков (т.е. объектов классификации).

На сегодняшний день существует целый ряд других классификаторов, определяющих существенные отличительные параметры САПР. Так, например, существует классификационная структура, согласно которой САПР можно подразделять:

• по назначению систем (САПР изделий микроэлектроники, электротехнические, строительно-архитектурные, машиностроительные САПР и т.д.);

• по способу организации информационных потоков (автоматизированные рабочие места, локальные сети на базе объединения нескольких рабочих станций, распределенные и интегрированные многоуровневые системы);

• по специализации программных средств (узкоспециализированные утилиты и программные пакеты, специализированные, комплексные и универсальные системы);

• по способу организации внутренней структуры САПР (закрытые системы, масштабируемые модульные системы, формируемые вокруг базового ядра);

• по возможности функционального расширения системы пользователем (закрытые системы, системы с настраиваемой системой интерфейса пользователем, системы с пакетной обработкой команд, системы со встроенным макроязыком и библиотекой функций, системы с возможностью подключения внешних модулей, инструменты разработчика САПР);

• по возможности обмена информацией (замкнутые системы, системы со стандартными средствами обмена информацией, системы с текстовыми файлами обмена информацией);

• по способу организации диалога системы с пользователем (с помощью командной строки, с помощью системы иерархических меню и диалоговых окон с контекстно-зависимой помощью, с помощью объектно-ориентированного интерфейса и мультимедийной системы помощи);

• по методам моделирования функций создаваемых изделий (без специальных методов, проверочные расчеты с использованием метода конечных элементов, специализированные подсистемы моделирования);

• по способу создания прототипов элементов (неизменяемые готовые блоки, программно формируемые элементы, параметрически задаваемые элементы, адаптивно изменяемые элементы, комбинационно изменяемые элементы).

• по используемым средствам вычислительной техники (персональные компьютеры на базе процессоров Intel Pentium, рабочие станции на базе архитектур RISC, SPARC, MIPS, PowerPC, Pentium Pro и т.д.);

• по способу объединения технических средств (автономные рабочие станции, локальная сеть с выделенным сервером, многотерминальные ЭВМ);

Возможно использование более упрощенной классификации САПР, базирующейся всего на четырёх классификационных признаках :

1) по уровню формализации решаемых задач:

• системы, построенные на полностью формализуемых методах решения проектных задач;

• системы, связанные с решением задач, не поддающихся полной формализации;

• системы, нацеленные на решение неформализуемых задач;

2) по функциональному назначению можно выделить системы:

• расчетно-оптимизационные;

• графические;

• графоаналитические;

• автоматизированного проектирования конструкций;

• подготовки технической документации;

• обработки результатов экспериментальных исследований;

• информационные;

• технологической подготовки программ для станков с ЧПУ;

3) по специализации системы проектирования могут быть подразделены на системы:

• специализированные;

• инвариантные;

4) по технической организации можно выделить:

• системы с центральным процессорным управлением;

• комплектуемые автоматизированными рабочими местами конструктора (АРМ) с собственными вычислительными ресурсами.

Наибольшую известность у нас в стране и за рубежом получили системы автоматизированного проектирования, которые, в отличие от автоматических, способны осуществлять процесс проектирования при решении задач, не поддающихся полной формализации. Проектирование в таких системах осуществляется под непосредственным контролем проектировщика, чаще всего на уровне человеко-машинного диалога. Человек сам принимает решение там, где процесс проектирования не поддается формализации, т.е. активно используется профессиональный уровень проектировщика в том случае, когда оценка проектных решений не имеет количественного выражения. Системы автоматизированного проектирования строятся, как правило, на дифференциальной основе, когда проектирование крупных узлов изделия осуществляется подсистемами проектирования – составными структурными частями САПР, которые по своим свойствам и функциям могут рассматриваться как отдельные системы. Можно различать подсистемы на уровне формализации решаемых задач и на уровне автоматизации проектирования.

Подсистемы на уровне формализации решаемых задач – это отдельные единицы, основные функции которых – автоматизация отдельных участков наиболее трудоемких процессов проектирования, т. е. ввода и вывода информации, изготовления документации и т. д. Подсистемы на уровне автоматизации проектирования – это сложные комплексы проектирования, направленные на автоматизацию проектирования отдельных узлов сложных изделий. Говоря об уровнях проектирования, нужно отметить, что в данном случае возможно их выделение по степени подробности, с которой отражаются свойства проектируемой системы, а также по характеру учитываемых свойств создаваемого объекта. В первом случае мы имеем дело с горизонтальными, а во втором – с вертикальными уровнями проектирования. Для горизонтальных уровней проектирования, обусловленных блочно-иерархическим подходом к проектированию, характерно следующее:

- при переходе с основного уровня K₁ описания системы S на более низкий уровень К₂ происходит переход к рассмотрению любого из блоков S_j , на которые может быть разбита исходная система;

- рассмотрение каждого из блоков S_j на уровне К₂ дается с большей степенью детализации, чем на уровне K₁. При этом сложность задач проектирования системы S на уровне K₁ и блока S_j на уровне К₂ примерно одинакова именно вследствие разной степени детализации описания;

- на каждом иерархическом уровне используется свое понятие системы и элемента. При этом если на высшем уровне некоторый блок считался элементом системы, то на следующем, низшем, уровне этот же элемент уже сам выступает как система по отношению к своим составляющим.

Под вертикальными уровнями проектирования понимают разбиение процесса проектирования в соответствии с решаемыми задачами. Таким образом, выделяются системное, схемотехническое, функционально-логическое, конструкторское и технологическое проектирование. При проектировании ЭВА возможно также выделение подуровня алгоритмического проектирования, связанного с разработкой алгоритмов функционирования ЭВМ и ВС.

Естественно, что каждая подсистема САПР может создаваться как отдельный элемент процесса проектирования. В дальнейшем с увеличением количества подсистем и ростом их качества при наличии достаточной базы типовых структур становится возможным объединение их в рамках систем автоматизированного проектирования. Очевидно, что такие САПР обладают программным обеспечением различного уровня, в том числе активными графическими системами, и обеспечивают глубину проработки проектируемого изделия от его описания до полных чертежей основных узлов. Проблема проектирования в целом может быть описана процессом формирования функциональных элементов объекта и может быть представлена в виде структурно-функционального графа. В таком аспекте проектирование объекта состоит из решения идентичных задач, которые в САПР классифицируются как проектные операции.

• проектная операция есть действие или формализованная совокупность действий, составляющих часть некоторой проектной процедуры. При этом алгоритм реализации проектной операции может оставаться неизменным для ряда проектных процедур, куда включена данная проектная операция;

• проектная процедура представляет собой формализованную совокупность действий, выполнение которых оканчивается получением проектного решения. Возможен случай, когда алгоритм реализации проектной процедуры остается неизменным при проектировании различных объектов или для различных стадий проектирования. Тогда такую проектную процедуру называют унифицированной.

С другой стороны, пожалуй, самая многочисленная на сегодняшний день группа систем проектирования - расчетно-оптимизационные САПР. Основой таких САПР служат пакеты управляющих и прикладных программ, объединяемых графическим интерфейсом.

Достаточно часто сегодня можно встретить применение графических и графоаналитических средств проектирования. В плане работы с такой системой графоаналитическая САПР служит контролёром правильности действий конструктора-проектировщика, так как задача создания новой конструкции стоит перед ним, а не перед ЭВМ. Как показывает опыт эксплуатации таких систем, в большинстве случаев за 8-10 итераций, выполненных проектировщиком в интерактивном режиме, прорабатываются основные конструкторские решения. В заключение отметим, что графоаналитические САПР в основном ориентированы на проектирование небольших узлов и деталей.

Близкими к описанной выше разновидностями САПР являются графические системы, предназначенные для непосредственного вычерчивания на экране различных узлов и деталей конструкций. Графические системы особенно необходимы на стадии технического проектирования, когда выполняется значительный объем чертежных работ и требуется большое количество чертежно-графической документации. Задачи графических систем состоят в том, чтобы облегчить и ускорить доработку конструкций, уменьшить вероятность появления технических ошибок.

Системы подготовки технической документации обеспечивают автоматизированный выпуск рабочих чертежей деталей или конструкций. Они позволяют воспроизвести формы детали по одной ее проекции или разрезу на сборочном чертеже, определить все размеры с допусками на изготовление и техническими условиями. Однако количество таких систем в общей массе САПР пока незначительно, и проблема массового выпуска рабочих чертежей пока не решена.

Еще одно бурно развивающееся направление САПР намечается в области обработки результатов экспериментальных исследований. Это обусловлено, с одной стороны, возросшим числом экспериментальных исследований новой техники, с другой стороны – появлением программно-экспериментальных комплексов, позволяющих осуществлять автоматизацию экспериментальных исследований. В связи с этим на крупных предприятиях организуются замкнутые системы получения, обработки и передачи экспериментальной информации на вход других подсистем САПР; при этом образуется эффективная система проектирования изделия, что, в свою очередь, позволяет производить оценку тех аналитических или численных методов, которые были заложены в основе других подсистем, и дает толчок к совершенствованию последних.

Специфическую группу САПР составляют системы технологической подготовки программ для станков с ЧПУ. Сегодня это направление во многом определяет эффект, который дает автоматизация проектирования. Необходимость разработки, внедрения и эксплуатации таких систем обоснована требованиями к эффективному включению САПР в процесс производства проектируемых изделий.

Информационные источники, использованные при подготовке раздела: [1],[2].