книги / Системы автоматизированного проектирования технологических процессов

Рис. 7.4. Структурная схема ПЭВМ с периферийными устройствами

Постоянная память —энергонезависимая, в отличие от оперативной, используется для хранения системных программ, в частности базовой про­ граммы ввода-вывода (BIOS - Basic Input and Output System).

Интерфейсы - это средства взаимодействия и сопряжения устройств компьютера.

НМЛ - накопитель на магнитной ленте. АЛУ - арифметико-логическое устройство. УУ - устройство управления.

Для расширения функциональных возможностей ПЭВМ можно под­ ключить дополнительные периферийные устройства, в частности: принтеры, накопители на магнитной ленте (стриммеры), различные манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, световое перо), устройства оптического считыва­ ния изображений (сканеры), плоттеры и др.

Эти устройства подсоединяются к системному блоку с помощью ка­ белей через специальные гнезда (разъемы), которые размещаются обычно на задней стенке системного блока.

В некоторых моделях ПЭВМ в системный блок вставляются дополни­ тельные устройства, например модем для обмена информацией с другими ЭВМ через телефонную связь, стриммер для хранения больших массивов информации, устройства на компакт-дисках (CD-ROM).

7.5.4. Организация технического обеспечения

Коллективный характер процесса проектирования обусловливает не­ обходимость взаимодействия участников этого процесса, которое должно поддерживаться программно-аппаратными средствами САПР. Эти средства объединяют отдельные программно-технические комплексы в систему пунк­ тов генерации, хранения, обработки информации, между которыми осущест­ вляются требуемые обмены данными. Такие системы называют вычисли­ тельными сетями. Следовательно, развитые САПР в части технического обеспечения представляют собой вычислительные сети.

Функциональные возможности сети определяются услугами, которые она предоставляет пользователю. Для реализации услуг сети и доступа поль­ зователя к услуге разрабатывается программное обеспечение. В настоящее время получили распространение два типа объединения ЭВМ:

1. Файловый сервер. Программное обеспечение (ПО) ориентировано на предоставление многим пользователям ресурсов главного компьютера се­ ти, называемого файловым сервером. Сервер - это ЭВМ, выполняющая функции обслуживания. Файловым он называется потому, что основным его ресурсом являются файлы. Это могут быть файлы, содержащие программные модули или данные. Файловый сервер - самый общий тип сервера. Очевид­ но, емкость дисков у файлового сервера больше, чем у обычного компьюте­ ра. В сети могут быть несколько файловых серверов. Можно назвать и дру­ гие ресурсы файлового сервера, предоставляемые в совместное использова­

ние, например принтер, модем, устройство для факсимильной связи. Модули программ и данные по необходимости из сервера переносятся на компьютер пользователя - рабочую станцию - и там выполняют работу, для которой они предназначены.

2. Архитектура «клиент-сервер». Программное обеспечение ориенти­ ровано не только на коллективное использование ресурсов, но и на их обра­ ботку в месте размещения ресурса по запросам пользователей. ПО архитек­ туры состоит их двух частей: ПО сервера и ПО пользоватсля-клиента. Работа организуется следующим образом: программы-клиенты выполняются на компьютере пользователя и посылают запросы к программе-серверу, которая работает на компьютере общего доступа. Основная обработка данных произ­ водится мощным сервером, а на ЭВМ пользователя посылаются только ре­ зультаты выполнения запроса. Например, сервер баз данных используется в мощных СУБД (системах управления базами данных), таких как Microsoft SQL Server, Oracle и др., работающих с распределенными базами данных. Серверы баз данных, рассчитанные на работу с большими объемами данных (десятки гигабайт и более) и большое число пользователей, обеспечивают при этом высокую производительность, надежность и защищенность.

Компьютерные сети подразделяют на локальные, региональные и глобальные по признаку территориальной распределенности.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) связывают ЭВМ и другие ап­ паратные средства в пределах одной организации, и именно они используют­ ся для организации коллективного проектирования. Слово «локальные» ука­ зывает на близость расположения технических средств: диапазон действия ЛВС колеблется от нескольких метров до 8-10 км. При необходимости воз­ можны связь нескольких ЛВС и подключение их к глобальным и региональ­ ным сетям.

7.6. Математическое обеспечение САПР

Характеристики программно-методического комплекса САПР зависят в основном от свойств реализованного в них математического обеспечения (МО).

Математическое обеспечение представляет собой совокупность мате­ матических моделей, методов и алгоритмов выполнения проектных процедур (рис. 7.5).

Математические модели служат для описания свойств объектов в процедурах автоматизированного проектирования.

Математическая модель - это совокупность математических объектов и связей между ними, отражающая существенные для проектировщика свой­ ства проектируемых объектов.

Рис. 7.6. Классификация структурных моделей

Втопологических моделях отображаются состав и взаимосвязи эле­ ментов объекта безотносительно к их пространственному расположению. Топологические модели представляются в виде графов, в частности в виде И-ИЛИ дерева, или в виде таблиц или матриц (например, таблица смежности поверхностей).

Вгеометрических ММ отображаются геометрические свойства объек­ тов. Используются несколько типов геометрических моделей.

Ваналитических моделях элементы объекта задаются в виде уравне­

ний. Например, уравнения прямой, плоскости, эллипсоида.

Логические модели используют логические выражения, например, от­

ражающие условия принадлежности точек поверхностям или внутренним областям тела.

Для сложных поверхностей аналитические и логические модели ока­ зываются слишком фомоздкими и для их описания применяют каркасные и кинематические ММ.

К аркасны е ММ представляют собой каркасы - конечные множества элементов, например точек или кривых, принадлежащих моделируемой по­ верхности. В результате появляется возможность описания поверхности лю­ бой сложности простыми уравнениями.

В кинематических моделях поверхность получается путем перемеще­ ния кривой, называемой образующей, по некоторой направляющей кривой в трехмерном пространстве.

Канонические модели используют в тех случаях, когда удается выде­ лить параметры, однозначно определяющие геометрический элемент и в то же время имеющие простую связь с его формой. Например, для плоского многоугольника такими параметрами являются координаты вершин.

Ггометрические макромодели являются описаниями предварительно отобранных типовых геометрических фрагментов. Такими фрагментами мо­ гут быть типовые сборочные единицы. При оформлении конструкторской документации макромодели используют для описания типовых графических изображений, например зубчатых колес, винтовых соединений, подшипни­ ков.

Структурные модели также делятся на модели различных иерархиче­ ских уровней. При этом на низких иерархических уровнях преобладает ис­ пользование геометрических моделей, на высших уровнях используются то­ пологические модели.

Функциональные ММ предназначены для отображения физических или информационных процессов, протекающих в объекте при его функ­ ционировании.

Обычно функциональные модели представляют собой системы урав­ нений, связывающих фазовые переменные, внутренние, внешние и выходные параметры. Деление описаний объектов на аспекты и иерархические уровни непосредственно касается математических моделей. Выделение аспектов приводит к выделению моделей электрических, механических, гидравличе­ ских, оптических, химических. Использование принципа блочно­ иерархического подхода к проектированию позволяет выявить иерархию ММ проектируемых объектов. Количество иерархических уровней при моделиро­ вании определяется сложностью объектов и возможностью средств проекти­ рования. Однако для большинства предметных областей можно отнести имеющиеся иерархические уровни к микро-, макро- и метауровням. В зави­ симости от места в иерархии описаний модели делятся на ММ, относящиеся к микро-, макро- и метауровням.

По способу представления свойств объекта функциональные ММ де­ лятся на аналитические и алгоритмические (рис. 7.7).

Аналитические ММ представляют собой явные выражения выходных параметров как функции внутренних и внешних параметров, т.е. имеют вид y = F{X,Q), где X - внутренние параметры, Q - внешние параметры (на­ пример, зависимость усилия зажима от площади поршня цилиндра и давле­ ния). Получение таких ММ удается лишь в отдельных случаях.

Алгоритмические ММ выражают связь выходных параметров с внут­ ренними и внешними параметрами в виде алгоритма, вычислительный про­ цесс которого моделирует функционирование объекта.

Имитационные ММ представляют алгоритм или программу, имити­ рующие функционирование системы. В алгоритм имитационной модели вво­

дится элемент, соответствующий течению времени.

Рис. 7.7. Классификация функциональных моделей

Детерминированные ММ характеризуются определенностью условий, и при одних и тех же входных и внутренних параметрах выходные парамет­ ры будут неизменными.

Стохастические ММ описываются в терминологии случайных про­ цессов, и в отличие от детерминированных при одном и том же начальном состоянии и одних и тех же входных сигналов выходные параметры могут быть различными.

Статические ММ характеризуются тем, что их состояние не изменяет­ ся в течение любого интервала времени.

Динамические ММ задают некоторый процесс изменения состояний во времени.

Дискретные ММ характеризуются тем, что изменение их состояний может происходить лишь в особые (узловые) моменты времени.

Непрерывные ММ в каждый момент времени характеризуются изме­ ненным состоянием, и время рассматривается как непрерывный фактор.

7.6.2.Требования к математическим моделям

Кматематическим моделям предъявляются требования адекватности, простоты и экономичности, универсальности.

Важнейшим требованием является требование адекватности ММ изу­ чаемому реальному объекту относительно выбранной системы его характе­ ристик. Под этим обычно понимается:

1)правильное качественное описание объекта по выбранным характе­ ристикам;

2)правильное количественное описание объекта с некоторой разум­ ной степенью точности.

Адекватность - это соответствие модели моделируемому объекту. Отношения, используемые в модели, должны с заданной степенью точности отображать отношения, существующие в объекте.

Если ориентироваться только на требование адекватности, то слож­ ные модели предпочтительнее простых. В самом деле, применяя сложную модель, можно учесть большее число факторов, которые могут так или иначе повлиять на изучаемые характеристики. Например, при составлении системы уравнении, описывающих исследуемый объект, с точки зрения адекватности выгоднее привлечь как можно больше параметров, характеризующих этот

объект. Но такой подход может привести к громоздким системам уравнений, не поддающимся изучению.

Таким образом, мы приходим к требованию достаточной простоты модели по отношению к выбранной системе ее характеристик. Это требова­ ние до некоторой степени противоположно требованию адекватности. Мо­ дель является достаточно простой, если современные средства исследования (в частности, вычислительные) дают возможность провести экономно (по за­ тратам труда) анализ выбранных свойств объекта и осмыслить результат. Экономичность рассматривается с точки зрения расходования вычислитель­ ных ресурсов (процессорного времени, емкости оперативной и внешней па­ мяти).

Степень универсальности модели определяется возможностью приме­ нения программно-методического комплекса для проектирования широкой номенклатуры объектов внутри заданного класса и адаптации к изменяю­ щимся условиям проектирования.

7.7.Программное обеспечение САПР

7.7.1.Классификация программного обеспечения. Системное программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) — совокупность программ и про­ граммных документов, необходимых для выполнения операций проектиро-

вания. В зависимости от выполняемых функций совокупность программ

Рис. 7.8. Системноепрограммноеобеспечение

Прикладное ПО представляет собой совокупность программ решения задач из различных сфер человеческой деятельности.

В состав системного ПО входят:

-операционные системы;

-сервисные программы;

“системы программирования;

- средства контроля.