80.Классификация сапр. Составные функциональные части сапр. Виды обеспечения сапр.

Основные части САПР: комплекс технических и программных средств, пользователь.

Классиф. объектов проектирования:

1) по типу (изд. машиностроения и приборостроения→ технологические процессы, объекты строительства→ технологические процессы, программные изделия, организационные сист.);

2) по разновидности (в каждом виде пр-ва своя кодировка);

3) по сложности (простые 10², средней сложности 10²-10³, сложные 10³-10⁴, очень сложные 10⁴-10⁶, суперсложные);

4) по уровню автоматизации (низкоавтоматизированное САПР- до 25% проектных процедур, среднеавт. – 25-50%, высокоавт. >50%);

5) по комплексности (одноэтапные САПР, многоэт., автоматизация всех этапов- комплексное);

6) по выпускаемым проектным документам (на бумаге, машинных носителях, фото.., комбинированные);

7) по числу выпускаемых проектных докум. (малой производительности, ср., высокой);

8) по числу уровней в структуре технологического обеспечения ( 1-уровневые – вкл в себя ЭВМ-обработка и хранение данных, 2-уровневые – имеет в своем составе уровень для решения большого числа простых задач // с решением основных-сложных программных задач, 3-уровневые – имеет еще и переферийное программноуправляемое оборудование).

Составные части САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР) - это совокупность средств и методов для осуществления автоматизированного проектирования. Она состоит из нескольких составных частей, называемых техническим, математическим, программным, лингвистическим, информационным, методическим и организационным обеспечением .

Техническое обеспечение САПР представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. Техническое обеспечение делится на группы средств программной обработки данных, подготовки и ввода данных, средств отображения и документирования, архива проектных решений, средств передачи данных.

Средства программной обработки данных представлены процессорами и запоминающими устройствами, т.е. устройствами ЭВМ, в которых реализуются преобразования данных и программное управление вычислениями. Средства подготовки, ввода, отображения и документирования данных служат для общения человека с ЭВМ. Средства архива проектных решений представлены внешними запоминающими устройствами. Средства передачи данных используются для организации связей между территориально разнесенными ЭВМ и терминалами (оконечными пунктами).

Математическое обеспечение САПР включает в себя математические модели (ММ) проектируемых объектов, методы и алгоритмы проектных процедур, используемые при автоматизированном проектировании. Элементы математического проектирования САПР чрезвычайно разнообразны. К ним относятся принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиска экстремума и т.д. Специфика предметных областей проявляется прежде всего в ММ проектируемых объектов, она заметна и в способах решения задач структурного синтеза. Формы представления математического обеспечения также довольно разнообразны, но его практическое использование происходит после реализации в программном обеспечении Программное обеспечение САПР объединяет собственно программы для систем обработки данных на машинных носителях и программную документацию, необходимую для эксплуатации программы. Программное обеспечение (ПО) делится на общесистемное, базовое и прикладное (специальное). Общесистемное ПО предназначено для организации функционирования технических средств, т.е. для планирования и управления вычислительным про цессом, распределения имеющихся ресурсов, и представлено операционными системами ЭВМ и ВС. Общесистемное ПО обычно создается для многих приложений и специфики САПР не отражает. Базовое и прикладное ПО создаются для нужд САПР. В базовое ПО входят программы, обеспечивающие правильное функционирование прикладных программ.

В прикладном ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Прикладное ПО обычно имеет форму пакетов прикладных программ (ППП), каждый из которых обслуживает определенный этап процесса проектирования или группу однотипных задач внутри различных этапов.

Информационное обеспечение САПР объединяет всевозможные данные, необходимые для выполнения автоматизированного проектирования. Эти данные могут быть представлены в виде тех или иных документов на различных носителях, содержащих сведения справочного характера о материалах, комплектующих изделиях, типовых проектных решениях, параметрах элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений, структур и параметров проектируемых объектов и т.п. Основная часть информационного обеспечения САПР - банк данных, представляющий собой совокупность средств для централизованного накопления и коллективного использования данных в САПР. Банк данных (БНД) состоит из базы данных и системы управления базой данных.База данных (БД) - сами данные, находящиеся в запоминающих устройствах ЭВМ и структурированные в соответствии с принятыми в данной БД правилами. Система управления базой данных (СУБД) - совокупность программных средств, обеспечивающих функционирование БД. С помощью СУБД производятся запись данных в БД, их выборка по запросам пользователей и прикладных программ, обеспечивается защита данных от искажений, несанкционированного доступа и т.п.

Лингвистическое обеспечение САПР представлено совокупностью языков, применяемых для описания процедур автоматизированного проектирования и проектных решений. Основная часть лингвистического обеспечения - языки общения человека с ЭВМ.

Методическое обеспечение САПР составляют документы, характеризующие состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования. Допускается более широкое толкование понятия методического обеспечения, при котором под методическим обеспечением подразумевают совокупность математического, лингвистического обеспечения и названных документов, реализующих правила использования средств проектирования .

Организационное обеспечение САПР включает положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектной организации и их взаимодействие с комплексом средств автоматизированного проектирования .

Подсистемы САПР

Специализация некоторой части САПР на обслуживании проектных задач одного этапа проектирования приводит к выделению этой части как подсистемы САПР. Такая специализация затрагивает программное, математическое, лингвистическое обеспечение и иногда касается технического обеспечения. Как правило, в САПР устройств автоматизации имеются подсистемы функционально-логического проектирования и конструктивного проектирования.

В САПР различают подсистемы схемотехнического проектирования, проектирования компонентов, конструкторского (топологического) проектирования. Сложность современных технических объектов вызывает появление в САПР подсистем, реализующих функции самостоятельных автоматизированных систем проектирования (САПР электронных схем, САПР электрических машин и т.д.).

Для каждой подсистемы обычно разрабатывается свой входной язык и пакет прикладных программ.

Принципы построения САПР

Современные САПР создаются в соответствии со следующими принципами:

САПР - человеко-машинная система. Коллектив разработчиков является составной частью системы проектирования, выполняя проектные работы во взаимодействии с ЭВМ.

Комплексная автоматизация всех уровней проектирования позволяет внести такие изменения в структуру проектных предприятий, формы документов, которые соответствуют целям автоматизации - сокращению материальных и временных затрат, повышению качества проектирования, сохранению численности инженерно-технических работников на прежнем уровне, несмотря на усложнение проектируемых объектов.

Информационная согласованность подсистем и программ проектирования имеет место при следующих условиях: программы созданы для работы с одной и той же базой данных и не требуют ручной перекомпоновки числовых массивов, являющихся входными для одной и выходными для другой из сопрягаемых программ; задание исходной информации об объекте или о требуемых проектных операциях производится на едином входном языке.

Обычно в состав одного пакета входят только информационно согласованные программы.

Открытость САПР. Свойство открытости системы означает возможность внесения изменений в систему во время ее эксплуатации. Изменения могут заключаться в добавлении новых или замене старых элементов в программном, информационном, а возможно, также в техническом и лингвистическом обеспечениях. Внесение изменений должно быть максимально упрощено и доступно пользователям САПР. Свойство открытости приводит к увеличению срока службы системы, повышает ее универсальность.

Совместимость традиционного и автоматизированного проектирования. Этот принцип имеет значение в тех случаях, когда автоматизированное проектирование внедряется на уже действующем предприятии со сложившейся структурой, взаимоотношениями подразделений, формами и способами использования проектной документации. Именно в этих условиях целесообразен эволюционный путь внедрения САПР, при котором изменения, диктуемые особенностями автоматизированного проектирования, не будут нарушать на длительный срок нормального функционирования предприятия .

№ 81 Математическое обеспечение САПР: математические методы, модели и алгоритмы.

Математическое обеспечение (МО) объединяет в себе математические модели проектируемых объектов, методы и алгоритмы выполнения проектных процедур, используемые при автоматизированном проектировании.

Элементы МО чрезвычайно многообразны, среди них имеются инвариантные элементы, широко применяемые в различных САПР.

К ним относятся принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиска экстремума.

Специфика предметных областей проявляется, прежде всего, в математических моделях (ММ) проектируемых объектов, она заметна также в способах решения задач структурного синтеза. Формы представления МО также разнообразны, но его практическое использование происходит после реализации ПО.

Требования к математическим моделям:

• универсальность;

• адекватность;

• точность;

• экономичность.

Степень универсальности ММ характеризует полноту отображения в модели свойств реального объекта.

Точность ММ оценивается степенью совпадения значений параметров реального объекта и значений тех же параметров, рассчитанных с помощью оцениваемой ММ.

Например, пусть - вектор входных параметров, тогда относительная погрешность расчета j-го параметра может быть оценена по формуле

,

где y_jm, y_ист - значения выходного параметра истинное и рассчитанное по математической модели.

Адекватность ММ - способность отражать заданные свойства объекта с погрешностью не выше заданной. Адекватность ММ, как правило, имеет место лишь в ограниченной области изменения внешних параметров - в области адекватности (ОА):

ОА = , где >0 - заданная константа, равная предельно допустимой погрешности ММ; Q- вектор внешних параметров.

Экономичность модели характеризуется затратами вычислительных ресурсов (времени и памяти) на ее реализацию.

Классификация математических моделей по следующим признакам:

-характер отображаемых свойств объекта;

-принадлежность к иерархическому уровню;

-степень детализации описания внутри одного уровня;

-способ получения модели.

По характеру отображаемых свойств объекта ММ делятся на структурные и функциональные.

Различают структурные топологические и геометрические ММ.

В топологических ММ отображают состав и взаимосвязи элементов объекта. Эти ММ чаще применяют для описания объектов, состоящих из большого числа элементов, например, при решении задач привязки конструктивных элементов к определенным пространственным позициям или относительным моментам времени при разработке технологических процессов.

В геометрических ММ отображаются геометрические свойства объектов, в них

81.1 дополнительно к сведениям о взаимном расположении объектов содержатся сведения о форме деталей. Геометрические модели могут выражаться, например, совокупностью уравнений линий и поверхностей.

Функциональные математические модели предназначены для отображения физических и информационных процессов, протекающих в объекте при его функционировании или изготовлении.

Использование блочно-иерархического подхода к проектированию приводит к появлению иерархии математических моделей проектируемых объектов.

В зависимости от места в иерархии описаний математические модели делятся на ММ микро-, макро - и метауровня.

Особенностью ММ на микроуровне является отражение физических процессов, протекающих в непрерывных пространстве и времени. Типичными ММ этого уровня являются дифференциальные уравнения в частных производных. В них независимым переменными являются пространственные координаты и время.

ММ на макроуровне используют укрупненную дискретизацию пространства по функциональному признаку, что приводит к представлению ММ на этом уровне в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений.

На метауровне в качестве элементов принимают достаточно сложные совокупности деталей. Метауровень характеризуется большим разнообразием типов используемых ММ. Здесь ММ также представляются в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений. В этих моделях не описываются внутренние для элементов фазовые переменные, а фигурируют только фазовые переменные, относящиеся к взаимным связям элементов.

По способу представления свойств объектов функциональные модели делятся на аналитические и алгоритмические.

Аналитические ММ представляют собой явные выражения выходных параметров как функций входных и внутренних, т.е. имеют вид:

Y=F(X, Q),где Y=(y1,y2,...,ym) - вектор выходных параметров;

X=(x1,x2,..., xn) - вектор внутренних параметров;

Q=(q1,q2,..., ql) - вектор внешних параметров.

Аналитические модели характеризуются высокой экономичностью, однако их получение возможно лишь в частных случаях и, как правило, при принятии существенных допущений и ограничений, снижающих точность и сужающих адекватность модели.

Алгоритмические модели выражают связи выходных параметров с параметрами внутренними и внешними в форме алгоритма.

Для получения моделей используют неформальные и формальные методы.

Неформальные методы используют на различных иерархических уровнях для получения ММ элементов. Формальные методы применяют для получения ММ систем при известных математических моделях элементов.

Методика получения математических моделей

В общем случае методика получения ММ включает в себя следующие операции:

1. Выбор свойств объекта, которые подлежат отражению в модели;

2.Сбор исходной информации о выбранных свойствах объекта;

3.Синтез структуры ММ;

4.Расчет числовых значений параметров ММ. Эта задача ставится как задача минимизации погрешности модели заданной структуры, т.е.

min _M(X),

XX_Д

где X- вектор параметров ММ; X_Д- область варьирования параметров; _M- погрешность ММ;

5. Оценка точности и адекватности ММ.