§ 2. Общие принципы построения систем автоматизированного проектирования

При создании систем автоматизированного проек­тирования (САПР) целесообразно использовать следующие об­щие принципы: 1) блочно-модульный; 2) иерархии; 3) адап­тации и развития; 4) информационного единства; 5) итерации.

Блочно-модульный принцип построения состоит в том, что система создается из отдельных самостоятельных частей блоков и модулей. Это существенно упрощает программи­рование.

Блоком системы проектирования называют ее часть, имею­щую функциональную определенность (например, блок огра­ничений, блок управления и т. д.).

Модули — наименьшие структурные элементы блока (мо­дуль определения контактных напряжений, расчета вращающего момента и т. п.).

Каждый из блоков системы выполняет определенные за­дачи, имеет свою входную и выходную информацию, сос­тавляется и доводится отдельно и только после этого вклю­чается в систему машинного проектирования. Блоки системы могут быть стандартными (например, блок решения системы уравнений и т. д.). Стандартные блоки инвариантны по от­ношению к элементам и узлам изделия и включаются в автоматические модели как стандартные элементы. При формировании таких блоков широко используется библиотека стандартных программ. Принцип иерархии моделей состоит в том, что каждая ма­тематическая модель включается как составная часть в модель более высокого класса.

Математическая модель детали входит в модель узла, которая, в свою очередь, включается в модель изделия.

Принцип иерархии отображает соотношения «старшинства», имеющиеся в любой сложной технической системе.

Принцип адаптации и развития требует, чтобы система машинного проектирования была согласованной со сложив­шейся практикой проектирования. Действующие методы рас­чета и проектирования, их программное обеспечение должны стать основной при разработке упрощенных и уточненных моделей.

Целесообразно, чтобы модели и их блоки, создаваемые для САПР, могли использоваться и независимо при прове­дении инженерных расчетов. Это ускорит и облегчит синтез сложных систем, разработку САПР.

Создаваемая система должна предусматривать возможность развития путем включения новых моделей и более широкого взаимодействия с другими системами.

Принцип информационного единства означает, что все пото­ки информации в системе должны быть совместимыми. Про­граммирование должно осуществляться на одном из универсаль­ных языков (например, на языке ПЛ-1 и ФОРТРАН). Тер­мины, условные обозначения, размерности физических вели­чин должны быть одинаковыми для всех систем.

При большом количестве действующих программ оказы­вается необходимым иметь управляющие программы. Для формирования таких программ и работы с ними удобно использовать проблемно ориентированные языки, специально приспособленные для системы автоматизированного проекти­рования. Они могут строиться двумя способами — с помощью дискрипторов (ключевых слов) и командных процедур или путем добавления специальных процедур в универсальные алгоритмические языки.

По принципу итерации система автоматизированного про­ектирования работает итеративно, т. е. путем последователь­ных приближений, постепенно уточняя и конкретизируя резуль­таты.

Общая схема функционирования системы показана на рис. 35.1. Сначала, исходя из потребностей старшей системы и предварительной оптимизации, формируются технические предложения для основных параметров изделия. Эти пара­метры поступают в линию анализа, где перерабатываются в более детальном виде технические характеристики раз­личных типов изделий и их конструктивных вариантов. Тех­нические условия для всего изделия позволяют указать тре­буемые параметры узлов и элементов, что дает возможность выбрать их конструктивные схемы, определить размеры, мас­су, габариты, провести их локальную оптимизацию. К этому следует добавить экономические оценки — стоимость проекти­рования, производства и эксплуатации будущего изделия.

После того как выяснен «облик» отдельных элементов, начинается синтез проекта, предусматривающий создание в па­мяти ЭВМ математической модели вариантов будущего изде­лия (в виде табличных зависимостей, соотношений и цифро­вой информации о размерах, массе и рабочих характеристи­ках отдельных элементов изделия). В процессе синтеза по тех­ническим характеристикам элементов уточняются параметры узлов и всего изделия и эти параметры поступают в блок оптимизации старшей системы. В блоке оптимизации вы­рабатываются указания по изменению параметров и харак­теристик изделия и их новые значения поступают в линию анализа для второй итерации (второго цикла) и процесс итерации продолжается. Такой подход к проектированию су­ществует лишь потому, что конструктору не известно заранее, как должен выполняться сразу синтез конструкции или проекта.

Конструктор умеет только анализировать пробный вариант проекта, изменять его параметры и таким образом строить процесс, сходящийся к решению.

Отметим следующую важную особенность итерационного процесса автоматизированного проектирования. Первые циклы процесса выполняются, как правило, только для упрощенных моделей. Уточненные модели используются при разработке проекта на стадиях технического задания и проектирования (когда выбран основной вариант конструкции).