Типы сапр
Математическое обеспечение САПР (МО) — этот вид подразумевает объединение математических методов, моделей и алгоритмов с целью выполнения проектирования)
Лингвистическое обеспечение САПР (ЛО) — это обеспечение представляет собой выражение языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками обмена данными и языками программирования между техническими средствами САПР;
Техническое обеспечение САПР (ТО) — сюда относятся периферийные устройства, ЭВМ, линии связи, обработка и вывод данных и т. д.;
Информационное обеспечение САПР (ИО) — состоит из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД) и других данных, которые используются при проектировании;
Программное обеспечение САПР (ПО) — это, прежде всего компьютерные программы САПР;
Методическое обеспечение (МетО) — включает в себя различного рода методики проектирования;
Организационное обеспечение (ОО) — представляется штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые определяют работу проектного предприятия.
Назначение и основные задачи. САПР- производить геометрические построения; выполнять стандартное нанесение размеров; выполнять 3-х мерное моделирование; иметь возможность работы с библиотекой графических и текстовых объектов; работа с технической документацией; программирование функций с помощью встроенного языка.
С помощью САПР увеличивается эффективность выполняемых проектных работ за счет:
очень удобных и принципиально новых средств рисования схем;
в программном обеспечении заложено автоматическое формирование монтажно-коммутационных схем;
средств, которые управляют проектом, состоят из множества документов;
повышение уровня качества выпускаемой продукции [2].
Проектные процедуры. Проектные операции.
Проектирование как процесс, развивающийся во времени, расчленяется на стадии, этапы, проектные процедуры и проектные операции. При проектировании технических объектов выделяют следующие стадии:
1) предпроектные исследования;
2) техническое задание;
3)техническое предложение;
4)эскизный проект;
5)технический проект;
6) рабочий проект;
7) испытание;
8)внедрение.
Предпроектные исследования проводят на начальной фазе работы и они заключаются в анализе (обследовании) деятельности предприятия или целесообразности создания технического объекта. Стадии научно-исследовательских работ (1,2,3) определяют назначение, принципы построения технического объекта и формулируют (Т3) на его проектирование. На стадии опытно-конструкторских работ (4) проверяют корректность и реализуемость основных принципов и положений, определяющих функционирование будущего объекта, создается его эскиз. На стадии технического проекта — всесторонняя проработка всех частей проекта, конкретизируются и детализируются технические решения. На стадии рабочего проекта формируется вся необходимая документация для изготовления объекта, который затем испытывается, и по результатам испытаний вносятся изменения в проектную документацию. Этап проектирования — часть процесса проектирования, включающая в себя формирование всех требующихся описаний объекта, относящихся к одному или нескольким иерархическим уровням или аспектам проектирования. Составные части этапа проектирования — проектные процедуры. Проектные процедуры — формализованная совокупность действий, выполнение которых заканчивается получением проектного решения. Например, проектными процедурами являются оптимизация, расчет параметров, выбор типовой конструкции, компоновка оборудования, анализ кинематики. Различают проектные процедуры анализа и синтеза. Анализ заключается в определении функционирования объекта по его описанию, анализ необходим для оценки проектов. В противоположность этому, синтез состоит в создании описания объекта по заданному функционированию, т.е. при синтезе создаются проекты объектов. Составными частями проектных процедур являются проектные операции — действия или совокупность действий, которые неизменны для ряда проектных процедур. Например, проектными операциями являются вычерчивание типового графического изображения - рамки чертежа, вала, муфты; построение сетки, расчет внешних воздействий на систему или ее компоненты. Таким образом, проектирование можно представить как реализацию некоторых последовательностей проектных процедур - маршрутов проектирования [4].
Процедуры синтеза и анализа.
Проектные процедуры делятся на процедуры синтеза и анализа.
Процедуры синтеза заключаются в создании описаний проектируемых объектов. В таких описаниях отображаются структура и параметры объекта и соответственно существуют процедуры структурного и параметрического синтеза. Под структурой объекта понимают состав его элементов и способы связи элементов друг с другом. Параметр объекта—величина, характеризующая некоторое свойство объекта или режим его функционирования. Примерами процедур структурного синтеза служат синтез структурной схемы с корректирующими устройствами (структура которой выражается перечнем входящих в нее звеньев и их соединений) или синтез алгоритма (его структура определяется составом и последовательностью операторов). Процедура параметрического синтеза заключается в расчете значений параметров элементов при заданной структуре объекта, например коэффициентов корректирующих устройств.
Процедуры анализа заключаются в исследовании проектируемого объекта или его описания, направленном на получение полезной информации о свойствах объекта. Цель анализа — проверка работоспособности объекта. Часто задача анализа формулируется как задача установления соответствия двух различных описаний одного и того же объекта. При этом одно из описаний считается первичным и его корректность предполагается установленной. Другое описание относится к более подробному уровню иерархии или к другому аспекту, и его правильность нужно установить сопоставлением с первичным описанием. Такое сопоставление называется верификацией.
Маршруты проектирования и принципы их построения.
Маршрутом проектирования называется последовательность проектных процедур, ведущая к получению требуемых проектных решений.
Основные принципы построения маршрутов проектирования:
- расчленение сложной задачи синтеза полного комплекта конструкторско - технологической документации на более простые задачи синтеза промежуточных проектных решений
- чередование процедур синтеза/и верификации
- итерационность проектирования
- усиление тщательности анализа (многовариантность, усложнение моделей) по мере приближения к окончательному проектному решению.
Расчленение сложной задачи синтеза на ряд простых выполняется в соответствии с блочно - иерархическим подходом к проектированию. Расчленение позволяет организовать параллельно-последовательное выполнение проектных процедур коллективом разработчиков.
Чередование процедур синтеза и верификации обусловлено тем, что для большинства задач структурного синтеза отсутствуют методы, обеспечивающие безошибочное получение проектных решений, удовлетворяющих требованиям ТЗ. Это связано с трудностями формализации задач синтеза, поэтому основные решения принимает человек на основе эвристических приемов. При этом невозможно учесть все многообразие качественных и количественных требований и избежать ошибок. Поэтому результаты предложенных при синтезе проектных решений контролируются выполнением верификации.
Итерационность проектирования обусловлена двумя факторами. Во-первых, она вытекает из особенностей блочно-иерархического подхода. Действительно, при нисходящем проектировании на n-м иерархическом уровне можно лишь предположительно судить о свойствах неспроектированных элементов, которые будут разрабатываться на следующем (n+1)-м уровне. При восходящем проектировании неопределенность связана с требованиями ТЗ, корректность которых может быть установлена только при выполнении процедур самого верхнего иерархического уровня. Поэтому ошибочность или неоптимальность решений, полученных на предыдущих этапах, выявляется в последующем, что требует возврата к предыдущим этапам для перепроектирования. Во-вторых, итерационность связана с чередованием синтеза и верификации, представляющим собой последовательное приближение к приемлемому проектному решению. Очевидно, что на первых итерациях синтезируемые варианты хуже с точки зрения выполнения ТЗ, чем последующие.
Усиление тщательности анализа по мере приближения к окончательному решению выражается также в том, что проверка производится по все большему числу показателей, оговариваемых в ТЗ, зачастую с учетом статистического характера параметров и нестабильности внешних условий [5].
Сущность и содержание системного подхода в проектировании сложных ТС
Системный подход включает в себя выявление структуры системы, типизацию связей, определение атрибутов, анализ влияния внешней среды.
Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия.
Системный подход к проектированию
Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Для специалиста в области системотехники они являются очевидными и естественными, однако, их соблюдение и реализация зачастую сопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженеры используют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализа может оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задач инженерной деятельности.
Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход выявляет структуру системы ее внутренние и внешние связи.
Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения [6].
Системный подход отличается от традиционного предположением, что целое обладает такими качествами (свойствами), каких нет у его частей. Наличием этих качеств целое, собственно, и отличается от своих частей. Данная связь между целыми и его частями была положена в основу первых определений системы, например такого: «система - это совокупность связанных между собой частей».
Это, в общем-то, очевидный факт: целью объединения элементов в систему и является получение таких свойств и способностей в выполнении требуемых функций, каких нет у каждого отдельно взятого элемента:
- есть электромотор (простое вращение);
- есть программируемый контроллер (обработка информации).
Их соединение - программируемый электропривод (частотный привод).
При этом части системы могут, в свою очередь, представлять системы, тогда их называют подсистемами. Подсистема обладает свойством функциональной полноты, т.е. ей присущи все свойства системы.
Системный подход к проектированию АСУ ТП заключается в разбиении всей системы на подсистемы (декомпозиция системы) и учете при ее разработке не только свойств конкретных подсистем, но и связей между ними.
Например, при проектировании системы управления процессом приготовления бетонной смеси может быть поставлена задача максимизации производительности при заданных ограничениях на качество бетонной смеси. Однако данная система может быть подсистемой другой системы (например, домостроительного комбината). Если указанное повышение производительности бетоносмесительного узла не учтено при проектировании подсистем, потребляющих бетон, то показатели функционирования домостроительного комбината останутся на прежних уровнях.
Системный подход опирается на известный диалектический закон взаимосвязи и взаимообусловленности явлений в мире и в обществе и требует рассмотрения изучаемых явлений и объектов не только как самостоятельной системы, но и как подсистемы некоторой большей системы, по отношению к которой нельзя рассматривать данную систему как замкнутую. Системный подход требует прослеживания как можно большего числа связей - не только внутренних, но и внешних, чтобы не упустить действительно существенные связи и факторы и оценить их эффекты.
Системный подход к анализу и разработке систем находит применение в том или ином аспекте многими науками (системотехника, исследование операций, системный анализ и др.). Между этими науками нет четких границ, весьма часто в них используются одинаковые математические методы. Поэтому в настоящее время усилия специалистов направлены на разработку общей теории систем, использующей изоморфизм (аналогичность) процессов, протекающих в системах различного типа (технических, биологических, экономических, социальных). Общая теория систем должна стать теоретическим фундаментом системотехники и других, смежных с ней дисциплин. Остановимся кратко на сущности упомянутых теорий и их применении при проектировании АСУ ТП [7].
Задачи внутреннего проектирования. Документы, разрабатываемые на стадии внутреннего проектирования.
Проектирование системы (или устройства) состоит из двух основных этапов :
обоснование исходных данных (технических условий, технического задания) для проектирования;
проектирование системы для сформулированных исходных данных.
Первый этап называют внешним проектированием, а второй этап — внутренним проектированием.
Исходные данные обосновываются путем всестороннего рассмотрения условий работы системы и требований, предъявляемых к системе исходя из ее назначения. Вновь создаваемая система, как правило, содержит элементы уже существующих систем, поэтому этап уяснения задачи при проектировании включает в себя обследование всего достигнутого ранее в поисках методов, аналогов и элементов для разрабатываемой системы, а также предусматривает выявление потребностей. Этот этап характеризуется тем, что превращает начальную неопределенную ситуацию в набор данных, которые позволяют сформулировать цели, определяющие весь процесс проектирования. Следовательно, уяснение задачи начинается со сбора информации, касающейся проектируемой системы. При этом необходимо проведение анализа уже существующих систем и используемых методов в них, достигнутый уровень технического и технологического развития, природное окружение, экономические условия, общественные и индивидуальные человеческие факторы — все эти условия необходимо учитывать при проектировании системы.
Процесс обоснования исходных данных (внешнее проектирование)существенно зависит от того, является ли проектируемая система частью более сложной системы, т.е. подсистемой (или устройством), или она задумана автономной, т.е. может использоваться заказчиком самостоятельно. В том случае, когда разрабатываемая система будет составляющей (подсистемой) более сложной системы, перед тем как формулировать исходные данные для таких составляющих, надо систему разбить на эти части. Для сложных объектов выполнить одновременно оптимальное проектирование для всех частей не удается. Особенно это относится к тем случаям, когда требуется не только выбрать параметры системы, но и синтезировать ее структуру. Поэтому при проектировании систем средней и особенно большой сложности их обычно разбивают на подсистемы или сегменты.
Чем на большее число частей разбита система, тем труднее правильно сформулировать исходные данные для каждого сегмента, но тем легче провести оптимизацию для тех исходных данных, которые для него установлены. Поэтому в каждом конкретном случае проектирования определяют наиболее целесообразное число сегментов, на которое следует разбить систему, чтобы получить решение, наиболее близкое к оптимальному. Нередко это целесообразное число частей удается получить лишь в процессе совместного проведения ряда последовательных этапов внешнего и внутреннего проектирования .
При обосновании исходных данных для проектирования системы необходимо учитывать реальные ограничения. Эти ограничения сформулированы в ряде работ.
Исходные данные (исходное описание) не должны нести избыточной информации. В то же время должны быть заданы все основные параметры и характеристики будущей системы и технические условия проектирования, ограничивающие проектные решения. Если процесс проектирования разбивается на этапы, исходные данные каждого этапа должны содержать минимально необходимую информацию для его прохождения.
Язык представления исходных данных (в том числе язык исходных данных каждой из подсистем) должен быть близок к системе понятий, употребляемой инженерами-проектировщиками.
Внешний вид записи исходных и конечных данных на каждом этапе должен быть близким к обычно применяемым проектировщиками техническим описаниям. Например, готовый проект должен представлять совокупность описаний в виде чертежей, смет, пояснительных записок, содержащих всю технико-экономическую информацию, необходимую для изготовления, отладки и сдачи системы в эксплуатацию, и делиться на отдельные специализированные части: функциональные схемы, структурные схемы, спецификации, сметы, принципиальные схемы, алгоритмы управления, программы управления.
Всю исходную информацию, подготовленную для разработки технологических процессов, подразделяют на базовую, руководящую и справочную.
Базовая информация состоит из конструкторской документации на изделие и программы выпуска этого изделия.
Руководящая информация включает данные, содержащиеся в следующих документах:
отраслевых стандартах, устанавливающих требования к технологическим процессам и методам управления ими, а также стандартам на оборудование и оснастку;
документации на действующие единичные, типовые и групповые технологические процессы;
классификаторах технико-экономической информации;
материалах по выбору технологических нормативов (режимов, норм расхода материалов и т. д.);
документации по технике безопасности и промышленной санитарии.
Справочная информация включает данные, содержащиеся в следующих документах:
технической документации опытного производства;
описаниях прогрессивных методов изготовления и ремонта;
каталогах, паспортах, справочниках, альбомах компоновок прогрессивных средств технологического оснащения;
методических материалах по управлению технологическими процессами ;
планировках производственных участков.
Итак, для выполнения проектов систем автоматизированных технологических комплексов (АТК) должны быть представлены следующие исходные данные и материалы :
уточненные технологические схемы с характеристиками оборудования;
перечни контролируемых и регулируемых параметров с необходимыми требованиями (например, нормами, контрольными границами регулирования и т. д.);
чертежи производственных помещений с расположением технологического оборудования;
чертежи технологического оборудования, на котором предусматривается установка приборов и средств автоматизации;
требования к надежности систем автоматизации;
результаты НИР и ОКР, содержащие рекомендации по проектированию систем и средств автоматизации;
техническая документация по типовым и проектным решениям и др.
Основными рекомендациями, выдаваемыми в результате проведения НИР и ОКР, должны быть, как уже говорилось, перечень наиболее информативных (контролируемых и регулируемых) параметров, математические модели и алгоритмы управления, эскиз проектируемой системы.[3]