Литература:

1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М. Из-во МГТУ им. Баумана, 2002 г.

2. аааа

3. Берхеев М.М., Кожевников Ю.В. и др. «Основы систем автоматизированного проектирования». Казань, изд-во КГУ, 1988.

Общие сведения о САПР

Определение САПР

САПР – представляет собой организационно техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации и выполняющую автоматизированное проектирование.

Комплекс средств автоматизированного проектирования включает:

1. Техническое обеспечение

Представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. Делится на группы:

а) средств программной обработки данных (процессор, ЗУ);

б) средства подготовки и ввода данных (клавиатура, дисплей);

в) средства отображения и документирования данных (клавиатура, дисплей);

г) средство архива данных (внешние ЗУ);

д) средства передачи данных между ЭВМ и терминалами (вычислительные сети).

2. Математическое обеспечение

Состоит:

- из математических моделей проектируемых объектов;

- из методов и алгоритмов выполнения проектных операций и процедур.

Математическое обеспечение делится также на инвариантное и специальное:

а) инвариантное - применимое ко многим, к нему относятся принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиск экстремума и т.д. Например МАТСАD.

б) специальное отражает специфику объекта проектирования. Например при проектировании ЭВМ это системное проектирование, функционально- логическое проектирование, схемотехническое проектирование, проектирование компонентов, конструкторское проектирование.

3. Программное обеспечение (ПО)

Делится на:

а) общесистемное программное обеспечение

Оно предназначено для организации функционирования технических средств, для планирования и управления вычислительным процессом, распределения имеющихся ресурсов и представлено операционными системами. Общесистемное программное обеспечение создается для многих приложений и специфику проектирования объекта не отражает;

б) базовое программное обеспечение

Оно составляет программы, обеспечивающие правильное функционирование прикладных программ;

в) прикладное программное обеспечение

В нем реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Прикладное программное обеспечение имеет форму пакета прикладных программ (ППП), каждый из которых обслуживает определенный этап проектирования, либо группу однотипных задач на различных этапах

Структура ПО:

ОС ЭВМ

Мониторная система

С УБД

ППП ППП ППП

4. Информационное обеспечение (ИО)

Оно объединяет все возможные данные необходимые для выполнения автоматизированного проектирования. Это документация на машинных носителях, данные справочного характера, данные о типовых решениях, в том числе и данные о проектных решениях и т.д.

Основой ИО является банк данных – совокупность средств для централизованного накопления и коллективного использования данных в САПР. Банк данных состоит из базы данных и СУБД (системы управления базовых данных). База данных – это сами данные, находящиеся в запоминающих устройствах ЭВМ и организованные в соответствие с типом СУБД . СУБД – это совокупность программных средств обеспечивающих функционирование баз данных. С помощью СУБД производится запись данных в базу данных, выборки данных по запросу пользователя и программ обеспечивающих защиту данных от несанкционированного доступа. Возможные типы баз данных: иерархическая, сетевая и реляционная.

5. Лингвистическое обеспечение

Оно представляет совокупность языков, применяемых для описания процедур проектирования и проектных решений. Различают языки программирования и проектирования.

Языки программирования – это средства разработчика САПР. Это языки ассемблера, Фортран, ПЛ/1, АДА, бейсик, СИ, Паскаль и др.

Языки проектирования, которые относятся к средствам пользователя САПР. Среди них выделяют входные языки, которые служат для описания исходной информации об объектах и задачах проектирования (ЯОО и ЯОЗ). ЯОО – языки описания проектируемого объекта, они делятся на графические и схемные. ЯОЗ – языки описывается заданий.

Выходные языки для выражения результата проектирования.

Языки сопровождения для корректировки и редактирования данных при выполнении проектных процедур.

Есть языки управления.

6. Методическое обеспечение

В него входят документы характеризующие состав, правила отбора и эксплуатации средств САПР.

Допускается более широкое истолкование методического обеспечения как совокупность математического, лингвистического обеспечений и названных документов.

7. Организационное обеспечение

В него входят инструкции, положения, приказы, штатное расписание и т.д. регламентирующие организационную структуру подразделения проектной организации и взаимодействия этого подразделения со средствами САПР.

Цели создания САПР.

1. Повышение качества и технико-экономического уровня проектируемого объекта достигается:

а) с помощью использования метода многовариантного проектирования и оптимизации;

б) с помощью повышения роли творческого труда и снижения рутинных работ;

в) повышением качества проектной документации.

2. Сокращение сроков проектирования и трудоемкости:

- за счет автоматизации рутинных работ: вычерчивания чертежей, ведение текстовой и табличной информации и т.д.

3. Уменьшение стоимости проектных работ:

- за счет уменьшения численности персонала, либо с тем же персоналом, но за более короткий срок;

- замена частично натурных испытаний моделированием.

Основные принципы создания САПР

САПР – сложная система, поэтому в основу ее развития включены принципы системного подхода. Это:

1. Системное единство при создании, функционировании и развитии САПР; связи между подсистемами должны обеспечивать целостность системы;

2. Принцип развития состоит в том, что САПР разрабатывают с учетом ее дальнейшего развития, расширения, совершенствования и обновления компонентов и связей между ними;

3. Принцип совместимости заключается в обеспечении совместного функционирования всех подсистем САПР и достижения открытости системы в целом;

4. Принцип стандартизации заключается в проведение унификации, типизации, стандартизации подсистем и компонентов САПР, чтоб эти подсистемы и компоненты были инвариантны к проектируемым объектам и они должны обладать свойством адаптации к изменяющимся условиям и объектам проектирования.

Классификация САПР

САПР можно классифицировать по следующим признакам:

1. Степень формализации решаемых задач;

2. Функциональное назначение;

3. Специализация;

4. Техническая организация.

ПО степени формализации решаемых задач САПР могут быть построены на решении:

а) полностью формализуемых задач;

б) частично формализуемых задач;

в) неформализуемых задач.

Системы построенные на решение полностью формализуемых задач, для проектировании сложных объектов обычно не пригодны, поскольку математические модели объектов проектирования и процессов их функционирования настолько сложны, что полное и точное их математическое описание на сегодняшний день невозможно. Такие системы могут применяться только для решения простейших задач проектирования.

Системы, построенные на решении неформализуемых задач, в настоящее время находятся в стадии исследований и разработки («искусственный интеллект») и в целях проектирования пока не применяются.

Для решения задач в области самолето-и автомобилестроения в настоящее время пригодны только системы, построенные на решении частично формализуемых задач.

По функциональному назначению САПР могут быть подразделены в зависимости от решаемых задач, определяемых составом функциональной части системы:

- расчетно-оптимизационные;

- графические;

- графоаналитические;

- информационные и т.п.

По специализации САПР бывают специализированные и инвариантные. Так как задачи автоматизированного проектирования очень сложны, то, как правило, САПР представляют собой специализированные системы, создаваемые для решения достаточно узких задач в одной области техники.

По технической организации САПР бывают одноуровневые, построенные на базе одной достаточно производительной ЭВМ с набором необходимых периферийных устройств, и многоуровневые, включающие в себя помимо базовой ЭВМ ряд подчиненных автоматизированных рабочих мест (АРМ), построенных на основе ЭВМ более низкого уровня.

Системный анализ процесса проектирования

Общие положения

Проектирование представляет собой лишь всесторонне зависимую часть замкнутого цикла обновления, который состоит в последовательной возвратно- поступательной смене этапов.

Цели обновления

Э ксплуатация Законы развития Средства достижения цели -

объекты проектирования

Производство Проектирование

Цикл обновления

Цели обновления – инициирующий этап. На этом этапе идет формирование новых целей деятельности человека, подготовленных объективным развитием событий и обобщением накопленного опыта в конкретных областях материального производства.

Средства достижения цели – объекты проектирования (всевозможные конструкции, изделия, системы, которые существуют в воображении или на бумаге).

Проектирование – процесс исчерпывающего обоснования и описания объекта проектирования.

Жизненный цикл изделия это время от возникновения идеи создания изделия до снятия его с эксплуатации.

Цели проектирования

Цель проектирования ожидаемый результат деятельности. Сначала формируется общая цель. Она допускает многовариантное развитие событий в данном направлении. После формирования общей цели строится «дерево целей» (иерархического графа целей).

Общая цель Цели 1-го уровня Цели 2-го уровня

Цели n-го уровня

Процесс декомпозиции общей цели продолжается до нижнего уровня соответствующего конструктивным целям. Это уже конкретные цели, например тактико-технические требования к объектам проектирования или технические задания на проектирование изделия и т.д.

Целеполагание, его декомпозиция и связная логическая увязка всех компонентов – сложный творческий процесс, требующий большую работу по обобщению накоплению опыта, выявление и прогноз закономерностей развития в определенной сфере материального производства. Необходимо обработать большой объем информации. Для этого требуются использование средств автоматизации.

Объекты проектирования

Объекты проектирования это будущие средства достижения цели: конструкции, процессы, системы и т.д. В процессе проектирования идет уточнение объекта проектирования от качественного описания до проекта. При этом имеет место единство цели, объекта и процесса проектирования.

Необходимая стадия проектирования – формализация описания и моделирования объекта проектирования.

Различают три вида формального описания объекта: функциональное, морфологическое, информационное.

Функциональное описание дает характеристику назначения объекта проектирования через его функциональные характеристики. Например для самолета это: подъемная сила, тяговые усилия, управление и т.д.

После описания функций определяют структуру объекта для реализации этих функций. В результате объект проектирования становится сложной системой, состоящей из подсистем, агрегатов, узлов, элементов и т.д.

Описание устройств объектов, их структур, геометрий называют морфологическим описанием.

Задача функционального и морфологического описания объектов проектирования связана с использованием и переработкой значительных потоков информации. Под информацией об объекте понимают сведения, сообщения, документы (схемы, чертежи, описания и т.д.), сигналы. Это информационное описание объекта.

Объект проектирования – сложная система. Он может быть описан в виде иерархического дерева (иерархические уровни).

1-й уровень

2-й уровень

n-й уровень

На 1-ом уровне сложный объект S рассматривается как система S из n элементов (взаимосвязанных и взаимодействующих). Каждая из этих подсистем S_j на 2-ом уровне тоже рассматривается как сложная система, состоящая из m_j элементов.

Как правило, выделение элементов происходит по функциональному признаку и подобное разделение продолжается до получения на n-ом уровне элементов, которые не делятся. Это базовые элементы.

Такой блочно-иерархический подход позволяет распределить работы по проектированию сложных объектов между подразделениями.

Пример:

- базовые элементы: интегральные микросхемы, резисторы, конденсаторы, транзисторы и т.д.;

- функциональные узлы: усилители, вторичные источники питания, сумматоры и т.д.;

- функциональные схемы: процессор, ОЗУ, передатчик и т.д.

- электронные системы: система управления, ЭВМ и т.д.

Процессы проектирования

Проектный процесс развивается во времени и делится на стадии, этапы, проектные процедуры и операции. При проектировании выделяют следующие стадии: