Рефераты

Лекция: САПР

Лекция: САПР

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ САПР

Различные возможности и границы применения вы­числительной техники для

автоматизации проектирова­ния определяются уровнем формализации научно-

тех­нических знаний в конкретной отрасли. Чем глубже разработана теория того

или иного класса технических систем, тем большие возможности объективно

существуют для автоматизации процесса их проектирования.

Применение ЭВМ при проектно-конструкторских ра­ботах в своем развитии прошло

несколько стадий и пре­терпело значительные изменения. С появлением

вычисли­тельной техники был сделан акцент на автоматизацию проектных задач,

имеющих четко выраженный расчетный характер, когда реализовывались методики,

ориентиро­ванные на ручное проектирование. Затем, по мере накоп­ления опыта,

стали создавать программы автоматизиро­ванных расчетов на основе методов

вычислительной мате­матики (параметрическая оптимизация, метод конечных

элементов и т. п.). С внедрением специализированных терминальных устройств

появляются универсальные про­граммы для ЭВМ для решения как расчетных, так и

не­которых рутинных проектных задач (изготовление чер­тежей, спецификаций,

текстовых документов и т. п.). В последние годы большое внимание уделяется

автома­тизации расчетно-конструкторских работ при проекти­ровании типовых

узлов и агрегатов, когда синтез кон­струкции проводится эвристически, а

основные пара­метры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме

диалога проектировщика и ЭВМ.

Однако на всех этих стадиях автоматизации проекти­рования инженеру помимо

изучения инструкций по экс­плуатации и написанию программ приходится

познавать ряд по сути дела ненужных ему подробностей системных программ и

языков программирования. Кроме того, при использовании в проектировании

специализированных по объектам разрозненных пакетов прикладных программ (ППП)

инженер вынужден каждый раз вновь кодировать и вводить информацию согласно

инструкции ППП. Отмеченные недостатки приводят к тому, что частичная

(«позадачная») автоматизация не оказала существенного влияния на повышение

качества и производитель­ности проектирования технических систем и средств в

целом.

Решение проблем автоматизации проектирования с по­мощью ЭВМ основывается на

системном подходе, т. е. на создании и внедрении САПР — систем

автоматизиро­ванного проектирования технических объектов, которые решают весь

комплекс задач от анализа задания до раз­работки полного объема

конструкторской и технологиче­ской документации. Это достигается за счет

объединения современных технических средств и математического обес­печения,

параметры и характеристики которых выби­раются с максимальным учетом

особенностей задач проектно-конструкторского процесса. САПР представляет

собой крупные организационно-технические системы, со­стоящие из комплекса

средств автоматизации проектиро­вания, взаимосвязанного с подразделениями

конкретной проектной организации.

1. ЦЕЛЬ СОЗДАНИЯ САПР

Под автоматизацией проектирования понимают си­стематическое применение ЭВМ в

процессе проектирова­ния при научно обоснованном распределении функций между

проектировщиком и ЭВМ и научно обоснованном выборе методов машинного решения

задач.

Цель автоматизации — повысить качество проектиро­вания, снизить материальные

затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа

ин­женерно-технических работников, занятых проектирова­нием и

конструированием.

Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ

подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер,

а ЭВМ — задачи, решение которых поддается алгоритмизации.

Существенным отличием автоматизированного проекти­рования от

неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и

занимающего много времени физического моделирования — математическим

моделиро­ванием. При этом следует иметь в виду одно важнейшее обстоятельство:

при проектировании число вариантов необозримо. Поэтому нельзя ставить задачу

создания универсальной САПР, а необходимо решать вопросы проектирования для

конкретного семейства машин.

Для создания САПР необходимо:

· совершенствовать проектирование на основе примене­ния математических

методов и средств вычислительной техники;

· автоматизировать процессы поиска, обработки и вы­дачи информации;

· использовать методы оптимального и вариантного про­ектирования;

применять эффективные, отражающие су­щественные особенности, математические

модели проек­тируемых объектов, комплектующих изделий и мате­риалов;

· создавать банки данных, содержащих систематизиро­ванные сведения

справочного характера, необходимые для автоматизированного проектирования

объектов;

· повышать качество оформления проектной докумен­тации;

· повышать творческую долю труда проектировщиков за счет автоматизации

нетворческих работ;

· унифицировать и стандартизовать методы проекти­рования;

· подготавливать и переподготавливать специалистов;

· реализовывать взаимодействие с автоматизированными системами

различного уровня и назначения.

Комплекс средств автоматизации проектирования вклю­чает методическое,

лингвистическое, математическое, про­граммное, техническое, информационное и

организацион­ное обеспечение.

2. СОСТАВ САПР

САПР — система, объединяющая технические сред­ства, математическое и

программное обеспечение, пара­метры и характеристики которых выбирают с

максималь­ным учетом особенностей задач инженерного проектиро­вания и

конструирования. В САПР обеспечивается удоб­ство использования программ за

счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных

проб­лемно-ориентированных языков и наличия информаци­онно-справочной базы.

Структурными составными составляющими САПР яв­ляются подсистемы, обладающие

всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это

выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечиваю­щие выполнение

некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных

решений и проектных документов.

По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и

обслуживающие.

К проектирующим относятся подсистемы, выполняю­щие проектные процедуры и

операции, например:

· подсистема компоновки машины;

· подсистема проектирования сборочных единиц;

· подсистема проектирования деталей;

· подсистема проектирования схемы управления;

· подсистема технологического проектирования.

К обслуживающим относятся подсистемы, предназна­ченные для поддержания

работоспособности проектирую­щих подсистем, например:

· подсистема графического отображения объектов про­ектирования;

· подсистема документирования;

· подсистема информационного поиска и др.

В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида

проектирующих подсистем:

· объектно-ориентированные (объектные);

· объектно-независимые (инвариантные).

К объектным подсистемам относят подсистемы, выпол­няющие одну или несколько

проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного

объекта проектирования, например:

· подсистема проектирования технологических систем;

· подсистема моделирования динамики, проектируемой конструкции и др.

К инвариантным подсистемам относят подсистемы, выполняющие унифицированные

проектные процедуры и операции, например:

· подсистема расчетов деталей машин;

· подсистема расчетов режимов резания;

· подсистема расчета технико-экономических показа­телей и др.

Процесс проектирования реализуется в подсистемах в виде определенной

последовательности проектных про­цедур и операций. Проектная процедура

соответствует части проектной подсистемы, в результате выполнения которой

принимается некоторое проектное решение. Она состоит из элементарных

проектных операции, имеет твердо установленный порядок их выполнения и

направ­лена на достижение локальной цели в процессе проекти­рования. Под

проектной операцией понимают условно Выделенную часть проектной процедуры или

элементар­ное действие, совершаемое конструктором в процессе проектирования.

Примерами проектных процедур могут служить процедуры разработки

кинематической или ком­поновочной схемы станка, технологии обработки изделий

и т. п., а примерами проектных операций — расчет при­пусков, решение какого-

либо уравнения и т. п.

Структурное единство подсистем САПР обеспечивается строгой регламентацией

связей между различными ви­дами обеспечения, объединенных общей для данной

под­системы целевой функцией. Различают следующие виды обеспечения:

· методическое обеспечение — документы, в которых отражены состав,

правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;

· лингвистическое обеспечение — языки проектирова­ния, терминология;

· математическое обеспечение — методы, математические модели, алгоритмы;

· программное обеспечение — документы с текстами про­грамм, программы

на машинных носителях и эксплуата­ционные документы;

· техническое обеспечение — устройства вычислитель­ной и

организационной техники, средства передачи дан­ных, измерительные и другие

устройства и их сочетания;

· информационное обеспечение — документы, содержа­щие описание

стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов,

комплектующих изделий, материалов и другие данные;

· организационное обеспечение — положения и инструк­ции, приказы,

штатное расписание и другие документы, регламентирующие организационную

структуру подраз­делений и их взаимодействие с комплексом средств

авто­матизации проектирования.

3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ САПР

Разработка САПР представляет собой крупную на­учно-техническую проблему, а ее

внедрение требует зна­чительных капиталовложений. Накопленный опыт позво­ляет

выделить следующие основные принципы построе­ния САПР.

1. САПР — человеко-машинная система. Все создан­ные и создаваемые системы

проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них

играет человек — инженер, разрабатывающий проект тех­нического средства.

В настоящее время и по крайней мере в ближайшие годы создание систем

автоматического проектирования не предвидится, и ничто не угрожает монополии

человека при принятии узловых решении в процессе проектирова­ния. Человек в

САПР должен решать, во-первых, все задачи, которые не формализованы, во-

вторых, задачи, решение которых человек осуществляет на основе своих

эвристических способностей более эффективно, чем со­временная ЭВМ на основе

своих вычислительных воз­можностей. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в

про­цессе проектирования — один из принципов построения и эксплуатации САПР.

2. САПР — иерархическая система, реализующая ком­плексный подход к

автоматизации всех уровней проекти­рования. Иерархия уровней проектирования

отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде

иерархии подсистем.

Следует особо подчеркнуть целесообразность обеспе­чения комплексного

характера САПР, так как автома­тизация проектирования лишь на одном из

уровней ока­зывается значительно менее эффективной, чем полная автоматизация

всех уровней. Иерархическое построение относится не только к специальному

программному обес­печению, но и к техническим средствам САПР, разделяе­мых на

центральный вычислительный комплекс и авто­матизированные рабочие места

проектировщиков.

3. САПР — совокупность информационно-согласован­ных подсистем. Этот очень

важный принцип должен отно­ситься не только к связям между крупными

подсистемами, но и к связям между более мелкими частями подсистем.

Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных

последовательностей задач про­ектирования обслуживаются информационно

согласован­ными программами. Две программы являются информа­ционно

согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект

переработки в обеих програм­мах, входят в числовые массивы, не требующие

измене­ний при переходе от одной программы к другой. Так, информационные

связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи будут

исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется

существенная переработка общего массива с участием человека, который

добавляет недостающие параметры, вручную перекомпоновывает массив или

изме­няет числовые значения отдельных параметров, то про­граммы информационно

не согласованы. Ручная пере­компоновка массива ведет к существенным временным

задержкам, росту числа ошибок и поэтому уменьшает спрос на услуги САПР.

Информационная несогласован­ность превращает САПР в совокупность автономных

программ, при этом из-за неучета в подсистемах многих факторов, оцениваемых в

других подсистемах, снижается качество проектных решений.

4. САПР — открытая и развивающаяся система. Существует, по крайней мере, две

веские причины, по которым САПР должна быть изменяющейся во времени системой.

Во-первых, разработка столь сложного объекта, как САПР, занимает

продолжительное время, и экономи­чески выгодно вводить в эксплуатацию части

системы по мере их готовности. Введенный в эксплуатацию базовый вариант

системы в дальнейшем расширяется. Во-вторых, постоянный прогресс техники,

проектируемых объектов, вычислительной техники и вычислительной математики

приводит к появлению новых, более совершенных мате­матических моделей и

программ, которые должны заме­нять старые, менее удачные аналоги. Поэтому

САПР должна быть открытой системой, т. е. обладать свойством удобства

использования новых методов и средств.

5. САПР — специализированная система с максималь­ным использованием

унифицированных модулей. Требо­вания высокой эффективности и универсальности,

как правило, противоречивы. Применительно к САПР это положение сохраняет свою

силу. Высокой эффективности САПР, выражаемой прежде всего малыми временными и

материальными затратами при решении проектных задач, добиваются за счет

специализации систем. Очевидно, что при этом растет число различных САПР.

Чтобы сни­зить расходы на разработку многих специализирован­ных САПР,

целесообразно строить их на основе макси­мального использования

унифицированных составных ча­стей. Необходимым условием унификации является

поиск общих черт и положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных

технических объектов. Безусловно, может быть сформулирован и ряд других

принципов, что подчеркивает многосторонность и слож­ность проблемы САПР.

4. СТАДИИ СОЗДАНИЯ САПР

Создание и развитие САПР осуществляется самой про­ектной организацией с

привлечением (при необходимости) других организации-соисполнителей, в том

числе научно-исследовательских институтов и высших учебных заведе­ний.

Следует подчеркнуть, что создание САПР — слож­ная и трудоемкая работа,

выполнение которой под силу только большому высококвалифицированному

коллек­тиву разработчиков.

Процесс создания САПР включает в себя восемь ста­дий: предпроектные

исследования, техническое задание, техническое предложение, эскизный проект,

технический проект, рабочий проект, изготовление, отладка и испыта­ние, ввод

в действие.

Руководство разработкой, внедрением, эксплуатацией и модернизацией систем и

компонентов САПР в проектной организации должно заниматься специализированное

под­разделение, включающее группы специалистов соответ­ствующих направлений.

Предпроектные исследования проводятся для выявле­ния готовности конкретной

проектной организации к вне­дрению автоматизированных методов. Основу этой

ра­боты составляет системное обследование объекта проек­тирования и

используемых в инженерной практике тра­диционных методов и приемов

проектирования, а также объема технической документации, разрабатываемой в

про­цессе проектирования. Процесс обследования осуще­ствляется главным

образом опросом опытных проекти­ровщиков и конструкторов.

В результате обследования определяется необходимость и экономическая

эффективность создания автоматизиро­ванной системы. При этом учитывается

объем проектно-конструкторских работ, их периодичность, общие за­траты

инженерного труда, возможность создания адекват­ного математического описания

и оптимизационных про­цедур, необходимость повышения качественных

показа­телей проектируемого изделия, сокращение сроков про­ектирования.

Существенным фактором при решении вопроса о це­лесообразности создания САПР

является подготовленность соответствующего проектного подразделения к

соз­данию и внедрению САПР. Подготовленность может быть оценена по следующим

критериям:

· возможность формализации проектно-конструкторских задач и реализации

математических методов их решения;

· наличие требуемых технических средств и необходи­мость приобретения

и установки дополнительных агре­гатов;

· подготовленность информационных фондов и техниче­ских средств

хранения и обработки информации.

Кроме того, важно выявить факторы оценки подготов­ленности кадров для

эксплуатации САПР, к которым можно отнести следующие:

· соответствие внедряемой системы принятой организа­ции проектных работ;

· наличие в проектно-конструкторской организации кад­ров для

эксплуатации и поддержания работоспособности САПР;

· отношение руководства организации к созданию си-темы и уровень

организации этих работ;

· психологическая подготовленность коллектива к вне­дрению САПР.

Техническое задание (ТЗ) является исходным доку­ментом для создания САПР и

должно содержать наиболее полные исходные данные и требования. Этот документ

разрабатывает головной разработчик системы. ТЗ на создание САПР должно

содержать следующие основные разделы:

«.Наименование и область применения», где указы­вают полное наименование

системы и краткую характе­ристику области ее применения;

«Основание для создания», где указывают наименование директивных

документов, на основании которых создается САПР;

«Характеристика объектов проектирования», где при­водят сведения о

назначении, составе, условиях примене­ния объектов проектирования;

«Цель и назначение», где перечисляют цель создания САПР, ее назначение и

критерий эффективности ее функ­ционирования;

«Характеристика процесса проектирования», где при­водят общее описание

процесса проектирования, требо­вания к входным и выходным данным, а также

требования по разделению проектных процедур (операции), выполняемых с помощью

неавтоматизированного и автоматизи­рованного проектирования;

«Требования к САПР», где перечисляют требования к САПР в целом и к

составу ее подсистем, к применению в составе САПР ранее созданных подсистем и

компонен­тов и т. п.;

«Технико-экономические показатели», где оценивают затраты на создание

САПР, указывают источники полу­чения экономии и ожидаемую эффективность от

приме­нения САПР.

На стадиях технического предложения, эскизного и рабочего проектирования

выбираются и обосновываются варианты САПР, разрабатываются окончательные

реше­ния. При этом выполняются следующие основные виды работ:

· выявление процесса проектирования (его алгоритм), т. е. принятие

основных технических решений;

· разработка структуры САПР и ее взаимосвязи с дру­гими системами

(определение состава проектных проце­дур и операции по подсистемам; уточнение

состава под­систем и взаимосвязи между ними; разработка схемы

функционирования САПР в целом);

· определение состава методов, математических моделей для проектных

операций и процедур; состава языков про­ектирования; состава информации

(объем, способы ее организации и виды машинных носителей информации); состава

общего, специализированного общего и специ­ального программного обеспечения;

· формирование состава технических средств (ЭВМ пе­риферийные

устройства и другие элементы);

· принятие решений по математическому, информацион­ному, программному

и техническому видам обеспечения по САПР в целом и отдельно по подсистемам;

· расчет технико-экономических показателей САПР.

Оформление всей документации, необходимой для создания и функционирования

САПР, выполняют на стадии рабочего проектирования.

На стадии изготовления, отладки и испытания произ­водят монтаж, наладку и

испытание комплекса техниче­ских средств автоматизации проектирования, на

тестовых примерах доводят программное обеспечение и подготавли­вают проектную

организацию к вводу в действие САПР.

Ввод в действие системы осуществляют после опытного функционирования и

приемочных испытаний у заказчика.

5. ОТОБРАЖЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР

Важнейшим вопросом при создании САПР после фор­мализации процесса

проектирования является вопрос отображения проектно-конструкторской

деятельности ин­женера в программное обеспечение.

В общем, виде процесс проектирования в САПР можно упрощенно представить

схемой, показанной на рис. 1. Эта схема отображает элементарную ячейку

проектно-конструкторского процесса, из цепочки, которых состоит реальный

автоматизированный процесс. Все системы про­ектирования, создаваемые с

помощью современных средств вычислительной техники, являются

автоматизирован­ными. Важнейшую роль в этих системах играет человек-инженер,

разрабатывающий проект новых технических средств. Человек в САПР решает все

неформализованные проектные задачи и задачи планирования работ. Совре­менная

САПР является инструментом высококвалифици­рованного инженера-проектировщика,

поэтому тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирова­ния —

один из важнейших принципов построения и эксплуатации САПР.

Основным блоком в схеме процесса автоматизирован­ного проектирования (рис. 1)

является блок проектных решений. В зависимости от полноты формализации наших

знаний в конкретной предметной области проектное решение может быть выполнено

автоматически или в интерак­тивном режиме. На основе входных данных и

ограниче­ний (независимые параметры проектирования) блок изме­няет

варьируемые параметры (факторы решения) до полу­чения приемле-

Лекция: САПР

Ограничения

Лекция: САПР

Лекция: САПР

Получение проектных решений

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР

Лекция: САПР Входные Варьируемые Проектные Проектные

Лекция: САПР Лекция: САПР

данные параметры процедуры

решения

Лекция: САПР
Лекция: САПР
Лекция: САПР

Лекция: САПР

Лекция: САПР Оценка результатов проектирования

Лекция: САПР

Лекция: САПР

Выходная документация

Рис. 1. Схема процесса автоматизированного проектирования

мых проектных решений (зависимых пере­менных).

Результаты проектирования должны быть представ­лены в виде, удобном для

восприятия человеком, и содер­жать информацию, на основе которой инженер мог

бы вынести суждение о результатах проектирования.

Если проектное решение утверждается, то оформляется требуемая выходная

документация; если необходима кор­ректировка проекта, инженер, уточняя

варьируемые пара­метры, в интерактивном режиме добивается нужных

ре­зультатов; когда же проектно-конструкторский процесс не приводит к

намеченной цели, необходимо уточнить входные данные и ограничения.

Рассмотрение даже такой упрощенной схемы процесса проектирования позволяет

уточнить разделение функции между инженером и ЭВМ в САПР. Получение вариантов

проектных решений и их представление в виде, удобном для восприятия

человеком, может быть возложено на ЭВМ в той мере, в какой это позволит

сделать математи­ческое обеспечение проектных процедур. Но даже при

автоматическом получении вариантов проектных решений за инженером остаются

важнейшие функции — ввод исход­ных данных для проектирования, окончательная

оценка и утверждение проектных решении. В интерактивном же режиме

проектирования инженер непосредственно уча­ствует в ходе решения задач,

воздействуя на выбор фак­торов решения и уточняя независимые переменные.

Полу­чение выходной документации в соответствии с существую­щими требованиями

является операцией рутинной и должно выполняться автоматически.

На основании изложенного модель программного обес­печения автоматизированной

проектной процедуры можно представить схемой, показанной на рис. 2.

Лекция: САПР

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР

Формирование

Задание

Лекция: САПР Лекция: САПР

входных данных

варьируемых

параметров

Лекция: САПР Лекция: САПР

Корректировка Список

Список

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР

входных данных входных

варьируемых Распечатка

Лекция: САПР

данных параметров

варьируемых

Лекция: САПР Распечатка

параметров

Лекция: САПР Лекция: САПР входных данных Расчетный

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР

модуль Подготовка

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР

Формирование Список

Проектные данных для

Лекция: САПР ограничений

ограничений решения

оценки решений

Лекция: САПР

Лекция: САПР Корректировка

Визуализация

ограничений

проектных

решений

Лекция: САПР Лекция: САПР Распечатка

Лекция: САПР Лекция: САПР

ограничений

Документирование

проектных решений

Рис. 2. Модель программного обеспечения проектной процедуры в САПР

Обобщенная модель программного обеспечения проектной процедуры в САПР имеет

ряд составляющих и списки данных. В общем, виде каждая составляющая должна

реализоваться своим программным модулем.

Назначение модуля формирования входных данных состоит в создании списка этих

данных для проектирова­ния и его контроля при вводе в систему. Структура и

фор­мат списка входных данных зависят от содержания про­ектной процедуры

(расчетного модуля). Необходимо преду­смотреть существование нескольких

версий списка вход­ных данных, которые с заданными именами хранятся на

участках магнитного диска. Структура списка данных определяется разработчиком

САПР, а формируется он либо в диалоговом режиме пользователем, либо

генери­руется автоматически предыдущими проектными про­цедурами.

Программный модуль корректировки входных данных предусматривает

редактирование (удаление, вставку и т. п.) списка, потребность в котором

возникает из-за ошибок пользователя при вводе данных, обнаруживае­мых при

контроле, а также при необходимости их уточне­ния в результате анализа и

оценки проектных решений.

Для обеспечения тщательного контроля в САПР должны быть предусмотрены

программные средства для визуализации списков данных. В общем случае

необ­ходимо иметь возможность получения нескольких видов распечатки списка

данных: двоичный, десятичный, сим­вольный, табличный и по записям. Для

реализации различных требований пользователя распечатка может выводиться на

экран дисплея или на АЦПУ. Все эти операции выполняет модуль распечатки

входных данных.

Программные модули формирования, корректировки и распечатки ограничении на

процесс проектирования функ­ционируют аналогично описанным. Структура и

формат ограничений зависят от проектного модуля, но они суще­ственно меньше

подвержены изменениям, чем структура и формат исходных данных. Однако

необходимо преду­сматривать существование нескольких версий этих списков

(например, общих требований к техническим средствам со стороны различных

заказчиков).

Создание и контроль списка варьируемых параметров осуществляются программными

модулями их задания и распечатки.

Расчетный модуль программного обеспечения про­цесса проектирования

предназначен для автоматичес­кого выполнения ЭВМ всех тех операций проект­ной

процедуры, которые удалось полностью формали­зовать.

Получаемые варианты проектных решений обрабаты­ваются программным модулем

подготовки данных для оценки решений и передаются модулю визуализации.

Анализируя результаты проектно-конструкторского процесса, инженер должен

иметь возможность про­смотра выходных данных на АЦПУ, дисплее и

гра­фопостроителе, например, в виде таблиц, схем и чер­тежей.

Допустимо существование нескольких версий проект­ных решений, которые

хранятся на магнитном диске и могут быть представлены в требуемом виде с

помощью программного модуля документирования проектных ре­шений.

Связь между различными программными модулями проектной процедуры и

взаимодействие данной проект­ной процедуры с другими происходит через общую

память.

Это позволяет осуществлять интерактивный автомати­зированный процесс

проектирования с сохранением множе­ства различных версий, как входных данных,

так и проект­ных решений. Для выполнения требования принципа ра­циональной

связи САПР с окружающей средой при про­ектировании программного обеспечения

следует стре­миться к тому, чтобы список входных данных был резуль­татом

предыдущих проектных процедур или модулей. Это достигается при разработке

информационного обеспече­ния САПР.

6. СПЕЦИФИКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР

В комплекс средств автоматизированного проектиро­вания входит информационное

обеспечение, которое пред­ставляет собой совокупность документов, описывающих

стандартные проектные процедуры, типовые проектные решения, типовые элементы

и комплектующие изделия, материалы и другие данные, а также файлы и блоки

дан­ных на машинных носителях с записью указанных доку­ментов. Главной целью

создания информационного обес­печения САПР является разработка информационной

системы, позволяющей правильно и быстро решать проект­ные задачи. Это может

быть достигнуто своевременной выдачей источнику запроса полной и достоверной

инфор­мации для выполнения определенной части проектно-конструкторского

процесса.

Основные требования к информационному обеспечению САПР следующие:

1. Наличие необходимой информации для обеспечения как автоматизированных, так

и ручных процессов проек­тирования.

2. Возможность хранения и поиска информации, пред­ставляющей результат ручных

и автоматизированных процессов проектирования.

3. Достаточный объем хранилищ информации. Струк­тура системы должна допускать

возможность наращива­ния емкости памяти вместе с ростом объема информации,

подлежащей хранению. Одновременно необходимо обес­печить компактность

хранимой информации и минималь­ное изнашивание носителей информации.

4. Достаточное быстродействие системы информацион­ного обеспечения.

5. Возможность быстрого внесения изменений и кор­ректировки информации,

доведения этих изменений до потребителя, а также получение твердой копии

документа.

При создании информационного обеспечения САПР основная проблема заключается в

преобразовании инфор­мации, необходимой для выполнения проектно-

конструкторских работ над определенным классом объектов, в фор­му, приемлемую

и наиболее рациональную для машинной обработки, и выводе информации на ЭВМ в

виде, удобном для восприятия человеком.

Множество данных, которые потенциально могут ис­пользоваться при

функционировании САПР или служить запоминаемым результатом ее работы,

образуют информа­ционную базу данных (БД) системы. Типовыми группами данных

информационного обеспечения автоматизирован­ного проектирования являются

классификаторы и таблицы соответствия для них, научно-техническая и расчетно-

проектная (оперативная) информация.

Лекция: САПР Информационная база

Лекция: САПР Лекция: САПР Информационная система

Лекция: САПР Интерфейс

Лекция: САПР Проектные модули

(программы)

Лекция: САПР Пользователи САПР

(конструкторы)

Рис. 3 Схема информационного обеспечения САПР

Информационное обеспечение САПР можно предста­вить в виде схемы (рис. 3), из

которой видно, какое место занимает база данных, и каково взаимодействие

информа­ционной системы с проектными модулями. Это взаимодей­ствие

осуществляется через специально организуемый интерфейс, который защищает

проектные программные модули от влияния специфики программной реализации

информационной системы, поддерживая тем самым неза­висимость проектных

операций от вида представления информации в базе данных, В функции этого

интерфейса входит также согласование и сопряжение информационной системы и

проектных модулей по форматам записей (инфор­мационный аспект), по колам и

обозначениям данных (со­держательный аспект), и по программным средствам,

язы­кам программирования и т. п. (программный аспект).

Сложность разработки базы данных обусловлена тем, что формирование ее

структуры возможно только после разработки алгоритмов проектирования. Степень

разра­ботки алгоритмов должна быть доведена до машинной реа­лизации, так как

структура базы данных должна учиты­вать специфику процесса

автоматизированного проекти­рования. Но для разработки пакета прикладных

программ (ППП) необходимы сведения о структуре базы данных. Следовательно,

информационное обеспечение и специаль­ное программное обеспечение САПР должны

создаваться параллельно.

Информация, используемая при проектировании, может быть разделена на

статическую и динамическую (рис. 4).

Лекция: САПР

Администратор

базы данных

Лекция: САПР Лекция: САПР

База данных

Статическая информация Динамическая информация

Лекция: САПР Лекция: САПР

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР

Справочные Данные Промежуточные Результаты

Лекция: САПР данные

Т3 данные

проектирования

Лекция: САПР

Лекция: САПР

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР ППП1 ППП2 ... ПППi .... ПППn

Лекция: САПР Лекция: САПР
Лекция: САПР

Лекция: САПР

ПРОЕКТИРОВЩИК

Лекция: САПР

Рис. 4. Схема информационных потоков в САПР

Статическая информация характеризуется сравнительно редкими изменениями. К

этой информации следует отнести данные ТЗ на проектирование и справочные

данные, имеющие большой объем. Формирование, загрузка и кор­ректировка

справочных данных осуществляется исключи­тельно администратором базы данных,

т. е. системным программистом, формирующим базу данных. Администра­тор базы

данных поддерживает непосредственный контакт со службой нормализации и

стандартизации проектной организации. Объем данных ТЗ на проектируемый объект

значительно меньше объема справочных данных, но круг лиц, имеющих право

вносить изменения в ТЗ, должен быть еще более ограничен, чем круг лиц,

имеющих право кор­ректировать справочные данные.

Динамическая информация состоит из данных, накап­ливаемых для выполнения

определенных операции проектирования (промежуточные данные), и данных,

представ­ляющих собой результат проектирования при выполнении данных операций

(на рис. 72 проектные операции показаны в виде прямоугольников, обозначенных

ППП1, ППП2, ... , ПППi, ... ,

ПППn,). Промежуточные данные постоянно меняются при функционировании

САПР. Вносить изме­нения в варианты проектных решений имеет право только

конструктор-исполнитель и его руководитель.

Информация, используемая при проектировании, по виду ее представления может

быть подразделена на доку­ментальную, иконографическую и фактографическую.

Документальная информация — это метаинформация. Она представляет собой

поисковый образ документа, находя­щегося в базе данных. При необходимости

может быть выдана совокупность документов, удовлетворяющих поис­ковому

образу. В САПР информация такого вида широко используется для нахождения

сведений об аналогах объек­та проектирования, о патентах и авторских

свидетель­ствах, методике проектирования и расчетов, результатах испытания и

т. п.

Информация, которая содержится в изображениях документов (чертежи, фотографии

и т. д.), в идентичной форме представления называется иконографической. Для

ее хранения используют специальные носители (микро­фиши, рулонные

микрофильмы, магнитные ленты видео­записей и т. д.). В современных САПР этот

вид информации служит для хранения больших объемов графической ин­формации,

поиск которой может осуществляться с по­мощью сопровождающей ее

документальной информации.

Основу базы данных САПР составляет фактографиче­ская информация. Она

представляет собой числовые и буквенные справочные данные о материалах,

ценах, комп­лектующих изделиях, о спроектированных в САПР объек­тах и т. п.

Сюда же относятся данные, необходимые для выполнения расчетов: коэффициенты,

таблицы, аппрокси­мированные графические зависимости и т. д.

В настоящее время различают два вида автоматизиро­ванных информационных

систем САПР — банки данных и информационно-поисковые системы (ИПС). Эти

системы различаются видом хранимой и обрабатываемой информа­ции и

информационным языком, с помощью которого осу­ществляется описание данных и

манипуляции с ними. Эти различия накладывают определенные ограничения на

ор­ганизацию информации в системе (структуры данных, форматы, связи, доступ и

т. д.) и на программную реали­зацию.

Функционирование информационной системы обеспе­чивается программно-

техническими средствами (машинная организация) и средствами внемашинной

организации.

Программно-технические средства информационных систем — это, как правило,

специальные ППП, которые обеспечивают накопление (ввод, изменения,

модификацию), хранение и поиск информации.

К средствам внемашинной организации данных в ин­формационных системах относятся:

система классификации и кодирования информации;

система ведения информационных массивов (входные формы и таблицы, оперативные

документы на изменение информации и т. д.);

методические инструментальные материалы для "систем­ного персонала (службы

администрации).

Проектирование, организацию функционирования и развитие информационной

системы обеспечивает систем­ный персонал.

В информационно-поисковых системах САПР хранится и обрабатывается, как

правило, документальная инфор­мация. Информационный язык в ИПС — это

ограничен­ный (нормированный) естественный язык, с помощью которого описывают

содержание документальных источ­ников информации (статей, книг, стандартов и

т. д.) в виде набора понятий, отражающих основное содержание доку­ментов.

В информационно-поисковых системах ППП не имеет специального названия, и

говорят о ППП для ИПС.

Единицей хранения информации в ИПС является опи­сание конкретного документа.

Прообразами накапливае­мых в системе описаний документов служат некоторые

внешние первичные документы, содержащие информацию, используемую в процессе

автоматизированного проекти­рования. Такими первичными документами могут быть

отчеты по научным и конструкторским работам, патенты, справочники, статьи,

каталоги и т. д.

С точки зрения пользователя, каждое описание доку­мента представляет собой

краткую библиографию источ­ника информации (автор, заглавие, название

источника, год выпуска, издательство, аннотация или реферат).

Для обеспечения взаимодействия пользователей и ИПС служит нормативный

(фиксированный) словарь понятий, с помощью которого можно описывать

содержание, как документов, так и запросов. Такой словарь называется

тезаурусом. Тезаурус является моделью системы понятий предметной области.

Поэтому документ, записанный в па­мять ЭВМ, кроме библиографии, имеет

поисковые признаки или поисковый образ, который составляется по определен­ным

правилам с помощью понятий тезауруса. Запросы к системе формулируются также с

помощью тезауруса по определенным правилам. Совокупность правил перевода с

естественного языка на язык системы, и тезаурус образуют информационно-

поисковый язык системы.

Совокупность документов в памяти ЭВМ образует по­следовательный массив

(файл). Поиск информации в сис­теме осуществляется путем сравнения понятий

поискового образа документа и понятий запроса. При их полном или частичном

совпадении (в зависимости от критерия выдачи) документ считается релевантным,

т. е. соответствующим запросу.

Но при такой последовательной организации информа­ции поиск и сравнение со

всеми поисковыми образами заняли бы много времени. Для более эффективной

органи­зации информации в систему вводят инверсный (поиско­вый) массив, в

котором каждому понятию тезауруса поставлен в соответствие набор номеров

документов, в которых это понятие встречается.

К функциям ППП для ИПС относятся:

· ведение и использование информационно-поискового языка;

· ввод, накопление и изменение информации;

· поддержка инверсного массива;

· поиск и выдача информации по запросам.

ИПС описанного выше типа называются документаль­ными ИПС.

Существует ИПС фактографического типа. Они отли­чаются тем, что в них

хранение и поиск осуществляется не по набору понятий, а по набору признаков

каких-либо объектов, т. е. кроме тезауруса в системе предусмотрен еще и

специальный классификатор признаков объектов. ИПС фактографического типа

более близки по своей орга­низации к банкам данных.

Наиболее высокой формой организации информацион­ного обеспечения больших САПР

являются банки данных. Они представляют собой проблемно-ориентированные

ин­формационно-справочные системы, которые обеспечивают ввод необходимой

информации, автономное от конкретных задач ведение и сохранение

информационных массивов, и выдачу необходимой информации по запросу

пользователя или программы.

В банках данных используется информация фактогра­фического вида.

Информационный язык — совокупность двух языков: языка описания структуры

данных и языка манипулирования данными. Пакетом прикладных про­грамм этих

информационных систем является система управления базами данных (СУБД),

которая обеспечивает работу с информационной базой, организованной в виде

структуры данных. По этой заранее сформированной структуре (модели) данных

производится их описание, хранение и поиск.

В СУБД описание структуры информации принято на­зывать схемой. В зависимости

от уровня представления информации различают следующие типы схем:

· концептуальный (общее представление об информа­ционной базе

предметной области);

· внешний (представление нн4юрмации со стороны поль­зователей или

задач; при большом числе задач их пред­ставления могут пересекаться); внешних

схем бывает несколько;

· внутренний (представление информации в базе данных, т. е. на

физических носителях — магнитных дисках).

Среди всех перечисленных уровней представления ин­формации концептуальный

уровень занимает особое место. Он связывает внешний уровень с внутренним и

обеспечи­вает их относительную независимость, т. е. возможность изменения

внешней схемы при неизменной внутренней и наоборот. Роль концептуального

уровня состоит, прежде всего, в том, что на нем отображается та часть общей

информационной базы, которая должна быть представлена в виде базы данных.

Концептуальный уровень обеспечи­вает независимость СУБД от конкретного вида

ЭВМ. Формализованное описание информационной базы на концептуальном уровне,

как правило, осуществляется в терминах конкретной СУБД.

Но на начальном этапе проектирования информацион­ной базы еще неизвестно,

какая СУБД удовлетворяет требованиям создаваемого банка данных. Поэтому

вво­дится дополнительный уровень, на котором можно было бы задать описание

предметной области, не касаясь вопро­сов реализации, т. е. использования

конкретной СУБД. Его называют информационно-логическим (инфологическим).

Общая схема отображения уровней информации представлена на рис. 5.

Лекция: САПР

В рамках конкретной СУБД

Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР Лекция: САПР

Информационное Информационная Концептуальная Внутренняя

пространство модель модель

модель

Лекция: САПР Лекция: САПР

Внешняя Внешняя

модель 1 модель 2 . . . . . .

Рис. 5 Схема отображения уровней информации при

проектировании банков данных

Информационно-логическая модель определяет инфор­мационные потребности

проектируемой системы и харак­теристики информационной базы.

СУБД выполняет следующие основные функции:

· определение баз данных (т. е. описание концептуаль­ного, внешнего и

внутреннего уровней схем);

· запись данных в базу;

· организацию хранения данных (изменение, дополне­ние, реорганизация

данных);

· представление доступа к данным (поиск и выдача дан­ных).

Дополнительные функции (диалог, многопользователь­ский режим и т. д.) могут

быть реализованы в виде пакетов программ окружения СУБД.

Для определения данных и доступа к ним в СУБД имеются языковые средства

(специальные языки). Так, определение данных (описание концептуальной,

внутрен­ней и внешней структур) обеспечивается с помощью языка определения

данных. Функции доступа к данным реали­зуются с помощью языка манипулирования

данными и языка запросов.

По типу поддерживаемых структур различают следую­щие виды СУБД:

иерархический, сетевой и реляционный.


© 2010 Собрание рефератов