Формализация проектных задач и режимы проектирования в сапр

Формализация проектируемых задач является необходимым условием для решения их на ЭВМ. С точки зрения полноты формализации задач их можно разделить следующим образом:

1) полностью формализованная задача (задача полностью описывается математическим языком);

2) не формализуемые задачи – это творческие задачи, связанные с поиском новых неизвестных решений, т.е. задача выбора принципов построения объектов, синтеза схем и конструкций.

3) частично формализуемые задачи, для которых возможна или целесообразна только частичная формализация.

В зависимости от формализации задач и степени участия человека и ЭВМ в их решении различают несколько режимов проектирования:

а) автоматический режим – задачи решаются на ЭВМ без участия человека – решаются полностью формализованные задачи;

б) неавтоматизированный (ручной) – без применения ЭВМ, решение неформализованной задачи;

в) автоматизированное проектирование – решаются частично формализованные задачи с помощью ЭВМ и при участии человека при этом возможны следующие случаи:

- проектирование является частично автоматизированным, когда часть задач решается вручную, а часть с использованием ЭВМ;

- диалоговый режим, когда все процедуры выполняются с помощью ЭВМ, а инженер оперативно оценивает результаты проектирования, выбирает продолжать или корректировать ход проектирования. Может быть активный диалог, если инициатором диалога является человек, который может прервать процесс вычисления в любом месте. Пассивный диалог, когда прерывание осуществляется ЭВМ в предусмотренный момент времени.

Обобщенный алгоритм автоматизированного проектирования

Обобщенность подразумевает отсутствие привязки к конкретному изделию, к его процессу проектирования. Процесс автоматизированного проектирования, в отличие от ручного, содержит ряд сервисных и системных операций и процедур, присущих САПР (ввод-вывод данных, поиск информации и т.д.).

Рассмотрим обобщенную процедуру автоматизированного проектирования, которая повторяется на всех стадиях проектирования.

Формирование концепции разработки

Формирование математической модели

Формирование проектной задачи

Выбор компонент средств решения задачи

Корректировка ранее принятых решений

Оформление предварительных решений

Испытание и доводка предварительных решений

Предварительный анализ

Анализ выполнения целей проектирования

Окончательное оформление проектных решений

нет

да

да

Выбор алгоритмов решения

Формирование отладочной задачи

Решение отладочной задачи

нет

нет

1) Формирование концепции разработки включает:

1. постановку и формулирование целей проектирования;

2. анализ соответствующих исходных данных;

3. выработку предварительных предложений;

4. независимое описание объектов проектирования

В основном этот творческий процесс выполняют квалифицированные проектировщики. Их работа в составе САПР состоит:

1) в обращении в базу данных для сбора информации по будущему объекту;

2) при описании объекта в использование графических средств для представления первоначальной структуры объекта;

3) результаты этапа заносятся в банк данных.

2) При формировании математической модели выбирается или формулируется структурные, геометрические и функциональные модели объекта.

3)При формировании проектной задачи определяется:

1. состав геометрических и функциональных характеристик;

2. критерии оптимальности;

3. ограничение задач;

4) Выбор алгоритмов решения задач – это поиск алгоритмов в банке данных или разработка новых алгоритмов. Если САПР развита (система с высокой степенью автоматизации), то она на основе математических моделей выдаёт совокупность допустимых алгоритмов. Проектировщики выбирают подходящий или при необходимости заказывают новый алгоритм.

5) Выбор компонентов средств решения задач в развитых САПР выполняет ЭВМ без участия человека. ЭВМ решает какие средства использовать, осуществляет планирование вычислительного процесса. Для этого вызывает необходимый ППП, взаимодействует с базой данных через СУБД, оценивает вычислительные мощности и т.д. В мало развитых САПР эти действия выполняются проектировщиком на основе методического обеспечения.

6) При формировании отладочной задачи проектировщик формирует упрощённую проектную задачу, чтобы по ней однозначно оценить полученные результаты. Если результаты отрицательные, то сначала тестируются техническое, программное и информационное обеспечение. Если там нет сбоев, то проводятся изменения в математических моделях и алгоритмах.

7) При решении отладочной и основной задач используются все программные и технические средства САПР:

1. ввод на проблемно-ориентированном языке постановки задачи и информации, которой нет в банке данных;

2. задание параметров алгоритмов;

3. решение задач на ЭВМ;

4. анализ промежуточных результатов;

5. оперативная корректировка стратегического решения задач;

6. вывод результатов на внешние носители;

8) Для предварительного анализа результатов проводятся вычислительные эксперименты на более сложных, чем при синтезе, моделях. Если результат отрицательный, то возвращаются к предыдущим этапам с целью корректировки ранее принятых решений. Если результат положительный, то производится оформление предварительного проектного решения для изготовления макетов или опытных образцов. Далее этот образец изготавливается и на нем проводят экспериментальные исследования .

9) Во время испытания и доводки предварительных решений идёт получение экспериментных характеристик объекта проектирования, корректировка проектных решений.

10) Анализ выполнения целей проектирования проводится по результатам испытательных и доводочных работ. Если результат отрицательный, объект отправляется на доработку. Если положительный, то объект передается в производство. При передаче в доработку формируются дополнительные требования к проектным решениям.

11) Окончательно проектные решения оформляются в виде комплекта документов на соответствующем носителе для изготовления объектов проектирования.

Конкретизируем основные особенности применения обобщенного алгоритма автоматизированного проектирования на стадии определения общей концепции о средствах достижения цели проектирования. На этой стадии проектировщики непосредственно приступают к созданию объекта, осуществляя его первоначальный вариант.

Формирование концепции разработки заключается в выборе основных функций и принципов действия объектов. Проектировщики используют часть банка данных САПР, которая содержит информацию фундаментальных и прикладных наук, относящихся к предметной области объекта проектирования. В диалоговом режиме проектировщики осуществляют варианты обобщённой структуры объекта.

На этапе математического моделирования производится выбор или разработка структурных и функциональных моделей, отражающих общие свойства объекта проектирования.

При постановке проектных задач осуществляется выбор и формализация критериев достижения целей проектирования, выделение состава общих характеристик объекта и условий, в которых должен функционировать будущий объект. При этом формулируются два класса задач – синтеза и анализа; и соответственно этому выбираются или разрабатываются две группы алгоритмов.

При решении проектной задачи предусматривается активная работа проектировщиков по оперативному анализу и корректировки искомых характеристик в диалоговом режиме.

Предварительный анализ полученных результатов подразумевает анализирование результатов задач синтеза и анализа, после чего часть неперспективных вариантов общей структуры объекта отсеивается. Остается один или два варианта. Характеристики этих вариантов заносятся в банк данных и документируются.

Испытание и доводка на данной стадии осуществляется с помощью макетов и других физических моделей. На основе этих испытаний выбирается определённый вариант структуры объекта для последующей проработки. Этот вариант документируется и заносится в проектную базу САПР.