1.1.3.2.Основные требования к сапр.

Для создания САПР необходимы следующие условия:

- совершенствование проектирования на основе применения математических методов и средств новейшей вычислительной техники;

- автоматизация поиска, обработки и выдачи информации;

- использование методов оптимизации и многовариантности проектирования; - применение эффективных математических моделей проектируемых объектов;

- создание банков данных, содержащих систематизированные справочные сведения, обеспечивающие автоматизацию проектирования;

- повышение качества оформления проектной документации;

- унификация и стандартизация методов проектирования;

- подготовка специалистов в области САПР;

- взаимодействие проектных подразделений с автоматизированными системами различного уровня и назначения.

При создании САПР и их составных частей нужно руководствоваться принципами системного единства, совместимости, типизации, развития.

Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и системную "свежесть" проектирования отдельных объектов и всего объекта проектирования в целом (иерархичность проектирования).

Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытой систему в целом.

Принцип типизации предусматривает разработку и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизируют элементы, имеющие перспективу многократного использования. Создание САПР с учетом данного принципа должно предусматривать разработку базового варианта комплекса средств автоматизации проектирования (КСАП) и его отдельных компонентов, а также создание модификации КСАП и его компонентов на основе базового варианта.

Принцип развития дает возможность пополнения, совершенствования и обновление составных частей САПР. Этот принцип обеспечивает взаимодействие и расширение взаимосвязи с автоматизированными системами различного уровня и функционального назначения.

1.1.3.3.Средства реализации сапр.

Создание САПР является сложной научно-технической проблемой. Внедрение САПР требует значительных капитальных затрат. Можно отметить ряд основных особенностей построения САПР.

САПР является человеко-машинной системой. Важная роль в ней принадлежит инженеру, разрабатывающего проект технического средства. Человек решает в САПР задачи, формализация которых еще не достигнута, а также задачи, решение которых на основе его эвристических способностей более эффективно, чем на современной ЭВМ. Одним из принципов построения и эксплуатации САПР является тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования.

САПР представляет собой иерархическую систему. Она реализует комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения (ПО) САПР в виде иерархии подсистемы.

САПР является совокупностью информационно-согласованных подсистем. Это означает, что все или большинство последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно-согласованными программами. Две программы будут информационно согласованы, если все данные, представляющие собой объект переработки в той и другой программе, входят в числовые массивы, не требующие изменений при переходе от программы к программе. Информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи могут быть использованы в качестве исходных данных для другой задачи. Программы, требующие для их согласования значительной переработки общего массива данных с участием человека путем добавления недостающих параметров, ручной перекомпоновки массива или изменения значений отдельных параметров, являются информационно плохо согласованными. Последнее обстоятельство превращает САПР в набор автономных программ. При этом из-за не учёта в ряде подсистем некоторых факторов, оцениваемых в других подсистемах, ухудшается качество проектных решений.

Важным аспектом является связь между САПР и внешней средой. Если при проектировании каждого последующего объекта в систему вводятся заново не только специфические новые исходные данные, но и данные справочного характера, то связи САПР с внешней средой организованы нерационально. Весь многократно используемый при проектировании массив данных должен храниться системой в банке данных. САПР должна быть открытой системой, способной к развитию, т.е. обладать свойством включения новых методов и средств.

САПР должна представлять собой систему с максимальным использованием унифицированных модулей. Требования универсальности и эффективности противоречивы. Эффективность САПР, прежде всего, определяется временными и материальными затратами при решении проектных задач. Уменьшение указанных затрат обеспечивается путем специализации САПР. Однако в этом случае увеличивается число различных САПР. Для снижения расходов специализированных САПР, последние следует строить на основе максимального использования унифицированных составных частей. Неотъемлемым условием унификации является нахождение общих положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов.

Современные САПР базируется на новой информационной технологии. Вследствие этого для этих систем характерен ряд признаков.

1. Объектно-ориентированное взаимодействие человека и ЭВМ, когда пользователь работает в режиме манипулирования (изображениями заготовок, деталей, сборочных единиц, машин, либо схемами, либо текстами и др.) в реальном масштабе времени. В основу манипулирования, заложено программирование соответствующих процедур, затем выполняемых ЭВМ. Человек видит информационные объекты, получаемые посредством средств вывода информации, и воздействует на них за счет средства ввода информации.

2. Сквозная информационная поддержка на всех этапах обработки информации на основе интегрированной базы данных. Последняя предусматривает единую унифицированную форму представления, хранения, поиска, отображения, восстановления и защиты информации. Банки данных обладают обширной процедурной (методы, методики, правила рекомендации) и декларативной (данные о свойствах используемых технологических средств, материалов, типовых объектов, процессах обработки и т.д.) информацией.

3. Безбумажный процесс обработки информации. Все промежуточные варианты и необходимые численные данные записываются на машинных носителях и доводятся до пользователя через экран монитора. На бумаге может фиксироваться только окончательный вариант документа: технологическая карта, технологический процесс и др.

4. Интерактивный режим решения задач, выполняемый в режиме диалога. Новая информационная технология требует высокого интеллектуального уровня, профессиональной и психологической подготовки пользователя. Пользователь должен досконально знать принцип работы САПР, ее возможности, уметь свободно пользоваться средствами общения с ЭВМ, ставить задачи и осмысливать их результаты.

Составными структурными частями САПР являются подсистемы. В подсистемах посредством специализированных комплексов средств решается функционально-законченная последовательность задач САПР.

Независимо от назначения каждая САПР состоит из подсистем собственного проектирования и обслуживания. Эти подсистемы имеют различное назначение.

Проектирующие подсистемы выполняют процедуры и операции получения новых данных. Они имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап проектирования или группу взаимосвязанных проектных задач. Примерами проектирующих подсистем являются: проектирование тканей, проектирование технологических процессов выработки ткани и т.д.

САПР объединяет технические средства, математическое, программное, методическое, информационное, лингвистическое и организационное обеспечения, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач проектирования и конструирования.

Математическое обеспечение САПР.

Наиболее сложным этапом создания САПР является разработка математического обеспечения (МО). Последнее во многом определяет производительность и эффективность работы САПР в целом, МО САПР базируется на алгоритмах, по которым разрабатывают программное обеспечение (ПО) САПР. МО САПР включает разнообразные элементы, среди которых имеются инвариантные — принципы разработки функциональных моделей, методы численного решения уравнений, поиски экстремума. По назначению и способом реализации МО САПР подразделяется на две части:

1) математические методы и построенные на их основе математические модели объектов проектирования;

2) формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.

Информационное обеспечение САПР

БД— совокупность структурированных данных, используемых многими ПП и хранящихся вместе с минимальной избыточностью. При этом описание структуры данных и сами данные отделены от программ и хранятся в БД на МД (вот почему на схемах БД обозначается таким же символом, как и МД).

СУБД — программный комплекс, обеспечивающий создание структуры, ввод, модификацию, удаление и поиск данных, а также язык программирования, с помощью которого формулируются перечисленные операции. Иногда используется понятие банка данных (БнД), под которым понимается совокупность БД и СУБД.

При автоматизированном проектировании для удовлетворе­ния потребностей прикладных программ и подсистем САПР, а также запросов пользователей в диалоговом режиме, возникает необходимость в машинном представлении данных. Совокуп­ность всех необходимых для функционирования САПР данных составляет информационный фонд САПР. Основная функция ин­формационного обеспечения (ИО) — ведение информационного фонда, т.е. создание, реорганизация и обеспечение доступа к данным с использованием ЭВМ. Таким образом, ИО САПР — это совокупность информационного фонда и средств его ведения.

Информационный фонд. В состав информационного фонда входят:

• нормативно-справочная информация, включая, например, сведения о типовых маршрутах обработки; о станках (модель, характеристики); сведения об инструменте (обозначение, разме­ры, материал...) и др.;

• записываемые временно данные, являющиеся результатом функционирования одной подсистемы САПР, для последующего ввода в другую;

— программные модули отдельных подсистем,

- чертежи инструментов и приспособлений;

• шаблоны для ввода информации и оформления документов (например, операционных карт) и т.п.

Ведение информационного фонда на ЭВМ. Известны три подхода к организации информационного фонда:

• размещение данных непосредственно в теле программы;

• запись данных в файлы;

• использование баз данных .

Недостаток первого подхода состоит в неизбежности модифи­кации программы при обновлении или реорганизации данных. При файловой организации информация записывается на маг­нитный диск (МД) отдельно от прикладной программы (ПП). Это обеспечивает относительную независимость ПП от данных, т.е. исключает изменение ПП в случае обновления данных. Од­нако при файловой организации данные ориентированы, как правило, на одну программу, в которой жестко предписано, где в файле найти нужные элементы. Основные недостатки такого подхода: зачастую одни и те же данные (или их фрагменты) используются различными ПП, в которых они имеют разную структуру и представлены по-разному; это приводит к их необоснованному дублированию (избыточности) на МД ; к данным, рассредоточенным по десяткам файлов и организованным так, чтобы удовлетворять только запросам конкретных ПП, нельзя обращаться пользователю, например, в диалоговом режиме.

Стремление избавиться от перечисленных недостатков, стимулируемое потребностями САПР и возросшими возможностями привело к реализации идеи создания качественно нового информационного фонда на МД, доступного как различным ПП, отдельным пользователям-проектировщикам. Речь идет о создании базы данных (БД) на основе особого класса программных средств — системы управления базой данных (СУБД), способностей интегрировать информацию и ее ведение в конкретной области .

Программное обеспечение САПР

Программное обеспечение (ПО) САПР представляет собой совокупность машинных программ и сопутствующих им эксплуатационных документов, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Полнота, свойства и характеристики ПО определяют функциональные возможности, область и эффективность использования САПР.

ПО САПР состоит из документов с текстами программ, программ на всех видах машинных носителей, а также эксплуатационных документов (инструкции по применению и т.д.).

Совокупность машинных программ, представленных в заданной форме, необходимых для выполнения какой-либо машинной процедуры называют пакетом прикладных программ (ППП).

Часть ПО, служащая для управления процессом переработки информации на ЭВМ, называется операционной системой (ОС). Последняя неотделима от комплекса аппаратуры, которая является частью КСАП и воспринимается пользователем как ее продолжение.

Программное обеспечение САПР подразделяют на общесистемное (общее) и прикладное (специальное).

Общесистемное ПО служит для организации функционирования технических средств. С совершенствованием ЭВМ возрастает значение ОС. Возможности, которые представляют пользователям современные вычислительные средства, в большей мере определяются их операционными системами, чем техническими устройствами. ОС выполняет организацию одновременного решения на ЭВМ различных задач, динамическое распределение каналов передачи данных и внешних устройств между задачами, планирование потоков задач и последовательность их решения, динамическое распределение памяти ВК, Однако для работы ОС требуются определенные ресурсы: процессор, внешняя и основная память. Ресурсы определяют возможности ОС. Генерацию операционных систем можно выполнять применительно к определенным наборам технических средств и кругу решаемых задач. Так, например, на ВК с объемом основной памяти до 128 Кбайт возможен только однопрограммный режим работы. Для обеспечения режима с фиксированным числом задач необходим объем основной памяти в 256-512 Кбайт, а с переменным числом задач еще больший объем.

Прикладное ПО ориентировано на конкретную предметную область автоматизированного проектирования. В прикладном ПО реализуется МО для непосредственного выполнения проектных процедур. Прикладное ПО, как правило, имеет форму ППП. Каждый из этих пакетов имеет четкую профессиональную направленность и обслуживает определенный этап процесса проектирования или группу аналогичных задач внутри различных этапов.

Программы, входящие в ПО, должны: 1) обеспечивать экономичность использования ресурсов ЭВМ (памяти и времени процессора), т.е. быть эффективными; 2) обладать надежностью; 3) обладать структурностью и модульностью, которые заключаются в том, что сложная задача может быть разделена на более простые, каждой из которых соответствует определенный программный модуль; 4) допускать модифицируемость, т.е. вносимые в программы изменения не должны ухудшать их качества; 5) допускать переносимость на новые виды вычислительной техники и технологических задач; 6) быть согласованными, т.е. данные, которые используются в двух и более программах, должны входить в числовые массивы, не требующие коррекций при переходе от одной программы к другой; 7) быть "дружественными", т.е. удобными для пользования.

Лингвистическое обеспечение САПР

Лингвистическое обеспечение САПР представляет собой совокупность представленных в заданной форме языков (включая термины и определения, правила формализации языка, а также методы сжатия и развертывания текстов), необходимых для автоматизированного проектирования. Языки, которые используются в вычислительной технике, являются алгоритмическими. Они служат для задания определенных алгоритмов переработки информации и построены посредством набора символов и системы правил соответствующего языка.

В САПР применяют языки программирования и языки общения человека с ЭВМ.

С помощью языков программирования составляются программы, входящие в состав общесистемного или прикладного ПО. Эти языки подразделяют на языки низкого и высокого уровней. Языки низкого уровня — машинные языки, операторы которых состоят из машинных команд, и ассемблеры, т.е. языки символического кодирования, в которых использованы мнемонические обозначения машинных команд. Языки высокого уровня не предполагают знания пользователем машинного языка. Они не связанны с определенным типом ЭВМ. Поэтому возможен перевод программ с одной ЭВМ на другую. Одна команда языка высокого уровня переводится на несколько команд машинного кода. Выражения языка соответствуют области его применения и имеют жесткую табличную форму. К языкам такого уровня относятся алгоритмические языки программирования ФОРТРАН, ПЛ/1, БЕИСИК, КОБОЛ, АЛГОЛ, ПАСКАЛЬ, АПЛ и др.

Входной язык САПР ориентирован на проблему проектирования объектов определенной области, т. е. является проблемно-ориентированным языком (ПОЯ) и предназначен, как правило, для использования в диалоговом режиме. В ряде случаев ПОЯ строят так, что описание любой задачи или задание на её решение включает в основном оригинальные термины физического и функционального содержания. Переход от физического и функционального описания какой-либо задачи к программам для ЭВМ выполняется затем автоматически посредством транслятора. В других случаях, например, при решении задач геометрического типа, ПОЯ объединяет средства алгоритмического языка высокого уровня, обеспечивающие решение вычислительных математических задач и специальные языковые средства моделирования геометрических объектов. Транслятор алгоритмического языка, при этом, дополняют специальными программами.

Таким образом, ПОЯ может подробно описать: 1) характеризованные в следующей главе задания на проектирование, т.е. описать совокупность констатирующих и ограничительных условий, образующих "модель выхода"; 3) объекты, рассматриваемые при проектировании (описать набор всех вариантов всех объектов, фигурирующих как "выбираемые факторы"), все промежуточные и результирующие решения; 3) все те процедуры, которые необходимо выполнить, чтобы получить решение. Первые два условия определяют ПОЯ как язык описания объекта, третье — как язык описания задания.

Входные языки САПР должны отвечать следующим основным требованиям: полно описывать любые объекты, на проектирование которых ориентирована данная САПР; иметь удобный алфавит и синтаксис текста, а также привычность геометрических построений; обеспечивать лаконичность записи; обеспечивать однозначность интерпретирования и толкования всех текстовых и графических построений; допускать возможность развития и корректировки языка в соответствии с совершенствованием САПР.

Техническое обеспечение САПР

Использование ЭВМ значительно уменьшает трудоемкость и продолжительность вычислительных работ. Однако их доля в процессе проектирования различных изделий и технологических процессов в среднем не превышает 15-20%. Поэтому автоматизация проектных работ потребовала создания специализированных средств САПР, которые составляют техническое обеспечение системы.

Технические (аппаратные) средства - это физическая среда функционирования САПР, включающая электронные (напри­мер, микросхемы), электромеханические (например, дисководы) и механические элементы вычислительной системы. С помощью технических средств обеспечивается ввод исходной информации и отображение результатов, хранение и доступ к базам данных, передача информации на расстояние, диалоговый режим работы, рациональное распределение ресурсов ЭВМ между коллективом пользователей и др.

Технические средства делятся на центральные и периферийные. К периферийным устройствам (ПУ) относятся такие аппаратные средства, как дисплеи или видеомониторы, клавиатура, принтеры, запоминающие устройства на магнитных носителях, графопостроители, сканеры, интерфейсные или коммуникационные кабели и т.п.

Эффективное функционирование САПР в большой степени от обоснованного выбора ЭВМ из широкой номенклатуры, предлагаемой сотнями западных фирм-производителей, и всего комплекса технических средств. Для ориентации в этих вопросах необходимо представлять основные характеристики и возможности различных классов ЭВМ.

Методическое обеспечение САПР

Под методическим обеспечением САПР понимают совокупность документов, устанавливающих состав и правила выбора и эксплуатации средств обеспечения автоматизированного проектирования, необходимых для его выполнения.

Организационное обеспечение САПР

Под организационным обеспечением САПР понимают совокупность документов, устанавливающих структуру и функции предприятия или организации, взаимодействующих с САПР, а также определяющих порядок ведения документации. Организационное обеспечение САПР как самостоятельная компонента содержит различные положения, инструкции, приказы, квалификационные требования, штатные расписания и ряд других документов, регламентирующих организационную структуру подразделений проектной организации, а также взаимодействие подразделений со средствами автоматизированного проектирования.

Эффективное функционирование САПР возможно только при наличии и заданном порядке взаимодействия данных выше компонентов обеспечения автоматизированного проектирования.

К признакам, характеризующим САПР, относятся: тип, разновидность, сложность объекта проектирования: уровень, комплексность автоматизации проектирования; характер, число выпускаемых проектных документов; число уровней в структуре технического обеспечения САПР. Для получения представления о конкретной САПР она должна быть оценена по всем признакам.