Лекция 9. Информационное обеспечение САПР.

Организационное и методическое обеспечение САПР

 

План лекции

В лекции будут рассмотрены следующие вопросы:

- информационное обеспечение САПР;

- организационное и методическое обеспечение САПР;

- автоматизированное проектирование систем автома­ти­чес­ко­го уп­­­­равления;

- автоматизированное проектирование АСУТП.

Литература: Л.3, Л.4.

 

9.1. Информационное обеспечение САПР

Определение 9.1. Информационное обеспечение САПР – это совокупность документов, содержащих следующую информацию:

- о проектных процедурах;

- о типовых проектных решениях;

- данные о ранее выпущенных проектах в данной предметной области;

- данные о комплектующих изделиях;

- данные о материалах, которые могут быть использованы при строи­тель­стве, сооружении или изготовлении проектируемого объекта;

- и т.д.

Множество данных, которые используются при функционировании САПР, образует базу данных (БД) системы. БД САПР является основной частью ин­фор­­мационного обеспечения системы автоматизированного проектирования.

Определение 9.2. База данных САПР – это совокупность данных неко­торой предметной области, определяемой свойствами и харак­теристиками про­ектируемых объектов.

Замечание 9.1. Абонентами БД САПР, т.е. информационного обеспечения системы, являются проектировщики (конструктора) и программные модули.

Проектировщики используют БД в итерационном диалоговом режиме, поэ­тому БД должна быть разработана таким образом, чтобы затраты времени на поиск необходимых данных были минимальными.

Замечание 9.2. БД САПР является основным связующим звеном между отдельными проектными процедурами, операциями, задачами.

Основные требования к информационному обеспечению САПР:

1. Наличие необходимой информации для обеспечения как автома­тизированных, так и ручных процедур проектирования. 

2. Возможность хранения и поиска информации, представляющей результат выполнения автоматизированных и ручных процедур проектирования.

3. Достаточный объём памяти с возможностью её наращивания вместе с увеличением объёма информации, подлежащей хранению.

4. Необходимость обеспечить сжатие и архивирование хранимой информации, т.е. обеспечить её компактное хранение.

5. Должна быть обеспечена быстрая реакция на обращения и запросы.

6. Возможность быстрого внесения изменений в хранимую информацию, т.е. осуществление процедур корректировки.

7. Обеспечение возможности получения твёрдых копий по всем данным информационного обеспечения.

Интерфейс обеспечивает взаимодействие базы данных САПР с про­­­г­­­­раммами для выполнения проектных операций (для решения про­­­­­ектных задач) и с проектировщиками (рис.9.1). В функции ин­тер­­­фейса входит согласование и сопряжение БД САПР с прог­рам­ма­ми и проектировщиками по форматам записей (информационный ас­пект), по обозначениям данных (содержательный аспект) и по программным ­­­средствам (программный аспект). Информация, образую­щая ин­­фор­ма­­­ционное обеспечение системы, может быть классифи­ци­ро­вана по нескольким признакам. По кратности применения ин­фор­­мация может быть подразделена на общую и частную.

Определение 9.3. Общая информация – это информация много­разового применения. Эта информация используется для разработки целого ряда проектов в данной предметной области.

 

     

       Рис.9.1. Место базы данных в системе автоматизированного    

                                               проектирования

 

Определение 9.4. Частная информация – это информация, пред­назначенная для применения при проектировании только одного объекта (при работе над одним проектом).

По характеру изменения во времени информация САПР может быть подразделена на статическую и динамическую.

 Определение 9.5. Статическая информация – это информация сис­те­мы, характеризующаяся сравнительно редкими изменениями. К этой информации относятся справочные данные, информация о дей­ствую­­щих стандартах, о типовых решениях в данной предметной об­ла­сти, о ранее выполненных проектах и разработках.

Определение 9.6. Динамическая информация – это промежу­точ­ные данные, накапливаемые при выполнении определённых проект­ных процедур и операций, а также информация в виде результатов выполнения проектной работы; промежуточная информация в про­цес­се проектирования постоянно пополняется.

Формирование, загрузка и корректировка справочной информации осуществляется исключительно администратором базы данных. Ад­ми­нистратор базы данных САПР поддерживает непосредственный контакт со службой нормализации и стандартизации проектной орга­ни­зации.

В состав статической информации входят нормативные документы (законы, руководящие документы, постановления, ГОСТы, стандар­ты, ценники, информационные материалы фирм-производителей де­та­лей, модулей, приборов ит.д., методики, инструкции, типовые про­екты, проекты-аналоги и т.д.).

По виду представления информации САПР может быть подраз­делена на документальную, иконографическую и фактогра­фи­чес­­кую.

Определение 9.7. Документальная информация системы – это ин­фор­мация об аналогичных объектах в данной предметной области, о патентах, методиках проектирования и расчётов и т.д.

Определение 9.8. Иконографическая информация – это инфор­мация в виде чертежей, фотографий, графиков.

Определение 9.9. Фактографическая информация – это числовые и текстовые данные о комплектующих деталях, материалах, ценах, нор­мах, стандартах, о полученных результатах при проектировании; данные, необходимые для выполнения расчётов: коэффициенты, таблицы, аппроксимированные графические зависимости и т.д.

На рис.9.2 показана схема информационных потоков САПР. Здесь: ТЗ – техническое задание на выполнение проектной или кон­струк­торской работы; ППП i- программа i-ой проектной процедуры (решение системой i-ой проектной задачи).

 База данных САПР представляет собой совокупность частей – подмножеств базы данных. Пользуясь символикой теории множеств, обозначим БД САПР как объединение некоторого числа частей – подмножеств базы данных:

                      ,

где - символ объединения подмножеств;

n – число частей (подмножеств) данной БД САПР.

 

                     Рис.9.2. Схема информационных потоков САПР

 

Назовём ту часть БД, в которой содержится информация мно­горазового при­менения, т.е. общая информация, системной частью базы данных (СЧ БД).

Приступая к разработке проекта, в САПР вводят исходные сведения (ТЗ, сро­ки выполнения проекта и т.д.). На основании исходных данных САПР формулирует подмножество БД для данного конкретного объекта (для данного проекта). Эту часть БД САПР назовём объектной частью базы данных (ОЧ БД).

В проектной или конструкторской организации в работе может на­ходиться од­­но­временно несколько проектов. Для каждого проекта соз­­­даётся своя часть ба­­зы данных (ОЧ₁ БД, ОЧ₂ БД, …).Срок дей­ствия ОЧ_i БД определяется продол­жительностью выполнения работ по i-му проекту.

При начале проектирования i-го объекта в ОЧ_i БД переписыва­ется из систем­ной части базы данных (СЧ БД) информация, необхо­ди­­мая для выполнения про­екта (данные по комплектующим деталям, типо­вым решениям, данные по аналогам и т.д.). В дальнейшем в ре­зуль­та­те решения проектных задач по i-му объекту осуществляется по­пол­­­не­ние ОЧ_i БД. Схема формирова­ния объектной части базы дан­ных для i-го проекта показана на рис.9.3.   

На рис.9.3:

1 – системная часть базы данных;

2 – задание на проектирование (ТЗ);

3 – процедура начального формирования объектной части БД;

4 – объектная часть БД (начальное состояние);

5 – подсистемы проектирования объекта;

6 – промежуточные и окончательные результаты решения проектных задач;

                         

       Рис.9.3. Схема формирования объектной части базы

                                 данных для i-го проекта

 

7 – процедуры пополнения объектной части БД;

8 – объектная часть БД (текущее состояние) – наполнение промежуточными и конечными результатами.

К базе данных САПР предъявляются следующие основные требования:

1. Универсальность, т.е. наличие в БД всей необходи­мой инфор­мации и возможность доступа к ней при решении проектных задач.

2. Открытость БД для внесения в неё новой информации и кор­ректиров­ки имеющейся.

3. Секретность – невозможность несанкционированного доступа к ин­фор­­мации и её изменение.

4. Оптимизация организации базы данных САПР, заключаю­щаяся в ми­ни­­ми­зации избыточности данных.

5. Целостность данных, т.е. их непротиворечивость и досто­вер­ность.

    6. Восстанавливаемость – возможность восстановления БД пос-­  

        ле сбоя сис­темы или отдельных видов порчи системы. В ос­ -

        новном свойство восстанавливаемости обеспечивается дуб-­ 

        лиро­ванием БД и исполь­зованием аппаратных средств повы-­ 

        шен­­­­­ной надёжности.

7.Эффективность – минимальное время реакции на запрос поль­­­- 

зователя (программы или проектировщика) и минималь­ные  

потребности в па­мяти.

Создание БД САПР, поддержка её в целостном, непротиворе­чи­вом состоя­нии, обеспечение безопасности её использования и сохран­ности информации вплоть до восстановления её после различных сбо­­ев, предоставление данных поль­зователям (прикладным програм­мам и проектировщикам) обеспечивается выбранной и применённой системой управления базой данных (СУБД).

При разработке БД САПР должны быть определены:

- объекты;

- атрибуты и их значения;

- связи между объектами.

Анализ состава данных, подлежащих включению в базу данных, т.е. определение состава объектов, атрибутов и их значений, начина­ют с изучения будущих запросов со стороны прикладных программ и проектировщиков.

Кроме того, при разработке БД САПР необходимо провести сис­те­матиза­цию свойств и особенностей информации, которая должна использоваться при проектировании или конструировании объектов определённого вида.

Систематизация должна привести к классификации данных.

В качестве примера приведём один из возможных вариантов ис­следования свойств данных, причём, только для нормативно-справоч­ной информации.

                                                                                                    

                                                                                                       Таблица 9.1

Классификация свойств и состава проектных данных

Признак классификации	Свойства и состав проектных данных
Масштаб применения	Системные (многоразовые), объектные
Время действия	Условно-постоянные, переменные
Назначение сведений	Исходные, промежуточные, выходные
Форма представления	Текстовые, табличные, цифровые, гра­фические
Вид информационных    документов	Организационные, методические, нор­мативные, справочные
Предметная принад­-    леж­­ность	Строительство, теплоснабжение, элек­троснабжение и т.д.
Вид ресурсов	Сырьё, материалы, оборудование и др.

 

Классификационные признаки позволяют описывать данные в различных аспектах. Приведём в качестве примера состав файлов для следующих призна­ков классификации:

- предметная принадлежность (например, БД технологического раздела по рис. 9.4);

- ресурсы.

        

Рис.9.4. Состав файлов базы данных САПР «Технологический раздел»

 

На рис. 9.4:

1 – файлы технологических процессов (сварка, шлифование, фре­зерование и т.д.);

2 – файлы оборудования и приборов (станок типа А, станок типа Б и т.д.);

3 – файлы ресурсов (трудоёмкость, сырьё, материалы, инстру­мент, энергоресурсы и т.д.);

4 – нормативные файлы (расходы электроэнергии, расходы сы­рья, расходы материалов и т.д.).

Внутри БД САПР файлы связаны между собой. Например, в при­ведённом примере файлы «Оборудование и приборы» связаны с фай­лами «Ресурсы» и «Нормативы». Поэтому в структуре файлов дол­жны использоваться адреса связей.

Анализ связей должен быть очень тщательным, так как должны быть предусмотрены связи как между файлами раздела базы, так и связи между её разделами.

Для отражения связей используют главные и связующие файлы. Посредством организации цепочек связей БД САПР формирует пол­ный состав выдаваемых данных.

 Один и тот же файл может принадлежать различным подмно­же­ствам БД САПР. В этом случае принадлежность файла к тем или иным подмножествам определяется через адреса связей. Фрагмент ва­рианта взаимосвязи файлов показан на рис.9.5.

 На рис. 9.5:

1 – файл «Оборудование»;

2 – файл «Режимы работы; временные характеристики»;

3 – файл «Загрязнение окружающей среды»;

4 – файл «Габаритные размеры, масса, вибрация»;

Подмножество А базы данных – «Проектирование вентиляции»;

Подмножество Б базы данных – «Строительное проектирование».   

Важное значение имеет словарь данных (интегрированный сис­тем­­ный каталог), являющийся хранилищем информации, описываю­щей данные базы данных.

В словаре данных должна содержаться следующая информация:

- имена, типы и размеры элементов данных;

- имена связей;

- имена пользователей, которым предоставлено право доступа к данным;

- форматы представления данных.

           

Рис.9.5. Фрагмент взаимосвязей файлов в базе данных САПР

 

База данных САПР является фундаментальным компонентом сис­темы автоматизированного проектирования. Поэтому разработка БД САПР является важнейшей частью работы по созданию системы ав­томатизированного проектирования.

 

Рис.9.6. Схема разработки базы данных САПР

 

На рис.9.6 показана схема процесса разработки базы данных САПР.

На рис.9.6:

1 – планирование разработки базы данных БД САПР;

2 – определение требований к БД САПР;

3 – анализ требований;

4 – концептуальное проектирование БД САПР;

5- учёт требований выбранной СУБД;

6 – логическое проектирование БД САПР;

7 – физическое проектирование БД САПР;

8 – анализ и оценка полученных результатов;

9 – реализация БД САПР.

 

 

9.2. Методическое и организационное обеспечение САПР

 

САПР представляет собой не только совокупность технических, ма­темати­ческих, программных, информационных, языковых компо­нентов, но и объеди­ня­ет эти компоненты с коллективами проекти­ров­щиков и конструкторов, уча­ствующих в процессах автоматизирован­ного проектирования. Иными словами, САПР - организационно-тех­ническая система. Поэтому важными компонен­та­ми САПР являются методическое и организационное обеспечение.

Методическое обеспечение представляет собой набор докумен­тов, в кото­рых описывается организация работ по разработке САПР; определяются задачи проектирования, подлежащие автоматизации фор­мулируются требования к тех­ническому, математическому, ин­фор­мационному обеспечению системы; при­водятся характеристики компонентов системы; правила и рекомендации по от­ладке и испыта­ниям системы.

В состав методических материалов входят должностные инструк­ции об­слу­живающего персонала, рекомендации по устранению неис­правностей и от­казов, формы эксплуатационной документации, реко­мендации по профилак­ти­ческим работам.

Организационное обеспечение представляет собой совокуп­ность докуме­н­тов, характеризующих состав проектной или конструк­тор­ской организации; взаимодействие подразделений этой организа­ции (отделов, лабораторий, секто­ров, групп) при выполнении проект­ной или конструкторской работы; виды ра­бот, выполняемых система­ми автоматизированного проектирования; организа­цию контроля за хо­дом разработки технической документации и за получае­мыми ре­зуль­татами.

Отличительной чертой любого процесса проектирования являет­ся его не­определённость, которая устраняется в результате итераци­он­­ных циклов про­ек­тирования заданного объекта.

Неопределённость исходных данных, ограничений, критериев, це­­лей в за­даче проектирования вызывает необходимость контроля за текущим состоя­ни­ем процесса автоматизированного проектирования и обмена проектными реше­ниями между блоками системы проекти­ро­­вания (между проектировщиками, секторами и отделами проектной организации).

В проектной (конструкторской) организации должна быть разра­бо­тана струк­турная технологическая схема, в которой указываются все проектные бло­ки и взаимосвязи между ними. А по каждому про­ектному блоку должны быть разработаны структурные схемы взаи­мо­связи проектных решений.

Могут использоваться следующие типовые структурные схемы процесса автоматизированного проектирования (рис.9.7):

а) - последовательная;

б) - параллельная;

в) - итерационная;

г) - последовательно-параллельная.

В результате анализа проектных решений, операций и процедур разрабатывают структурную схему, которая отображает технологию автоматизированного проектирования объектов определённого клас-­ са. Как правило, в такой схеме используются все типовые структур­ные схемы, показанные на рис.9.7.

9.3. Автоматизированное проектирование систем автома­ти­чес­ко­го уп­­­­равления

Системы автоматического управления (САУ) широко ис­пользу­ются в различных областях производства для управления тех­­­нологи­ческими процессами, установками, аппаратами и механизма­ми. С по­мощью САУ осуществляется как программное изменение значений

 

 Рис.9.7. Типовые структурные схемы процесса автоматизированного    

                      проектирования

 

технологических параметров, так и поддержание значений парамет­ров на заданных уровнях. ­Рассмотрим этапы работы, выполняемые при автоматизирован­ном проектировании системы автоматического управления (рис.9.8).

На рис.9.8:

1 – изучение требований ТЗ; ознакомление со свойствами, особенностями, характеристиками управляемого объекта;

2 – выбор структуры системы управления (структурный синтез);

3 – анализ решений по структуре системы;

4, 7, 9 – проверка решений на соответствие требованиям техни­чес­кого задания;

5 – выбор параметров системы (параметрический синтез);

6 – компьютерное моделирование проектируемой АСУ;

7, 8, 9 – выбор аппаратных и программных средств для реализации АСУ;

10 – определение характеристик САУ (надёжность, устойчивость, точность, стоимость и т.д.);

11 – оформление документации

 

                 

 Рис.9.8. Этапы работы при автоматизированном проектировании систем   

                                автоматического управления

 

При автоматизированном проектировании систем САУ разраба­ты­ваются функциональная, структурная и прин­­­­­­­­­ци­пиальная схемы. Определяются парамет­ры системы, вы­би­­раются аппаратные и прог­раммные средства системы.

 

9.4. Автоматизированное проектирование АСУТП (автомати­зированных систем управления технологическими процессами)

При проектировании АСУТП наибольшие трудности связаны с вы­бором структуры систе­мы, информационных, функциональных и логи­чес­ких связей между элементами и устройствами системы управ­ления.

При проектировании системы управления необходимо учиты­вать, что объект управления или уже существует, или проектируется заранее и даже другими организациями. В связи с этим большинство свойств и характеристик объекта управления уже не подлежит изме­нению.

В перспективе желательно, чтобы объект управления и управ­ля­ю­­­щая им система проектировались одновременно и комплексно. В этом случае будет создан более эффективный автоматический или ав­томатизированный комплекс, представляющий собой взаимосвя­зан­ное объединение объекта управления и системы управления.

Необходимо учитывать, что математические модели при проекти­ровании разрабатывают в условиях существенно неполной информа­ции об объекте управления, о возмущениях, которые будут на него дей­ствовать. Кроме того, недостаточно полной может быть и инфор­ма­­ция, которая будет поступать в систему управления от объекта. По­мимо всего прочего, при функционировании на систему управле­ния могут оказывать воздействие случайные помехи.

Важнейшим условием работоспособности систем автоматичес­ко­го и автоматизированного управления является устойчивость. Поэто­му в состав САПР должна входить  процедура проверки проектируе­мой системы на устойчивость.

Как правило, автоматизированные системы управления сложны­ми технологическими комплексами имеют многоуровневую иерархи­ческую структуру (рис.9.9).

Структура АСУТП состоит из следующей последовательности уровней:

- управляемого технологического процесса, представляющего со­бой совокупность взаимосвязанных аппаратов и установок (А₁, А₂, …А_n) – объектов управления;

 

                    

                Рис.9.9. Иерархическая структура АСУТП сложным

                                  технологическим комплексом

 

- уровня систем автоматического управления (САУ₁, САУ₂, … САУ_n), стабилизирующих или изменяющих режим протекания про­цессов в аппаратах и установках А₁, А₂, …А_n в соответствии с задаю­щими воздействиями, поступающими от уровня управления;

- уровня управления (оптимизации), состоящего из управляю­щих устройств С₁, С₂, …С_n, вырабатывающих значения уставок систе­мам САУ₁, САУ₂, …САУ_n на основе локальных критериев управления объ­ектами А₁, А₂, …, А_n;

- уровня координации, координирующего (подчиняющего) ло­каль­ные цели управления объектами управления А₁, А₂, …А_n глобаль­ной цели управления всем технологическим процессом в целом.

При автоматизированном проектировании АСУТП должны быть решены следующие основные задачи:

- определена структура системы;

- выбраны законы автоматического регулирования и управления (второй уровень системы);

- выбраны методы оптимального управления, предназначенные для применения на третьем уровне системы;

- выбраны методы теории координированного управления, пред­назначенные для применения на четвёртом уровне системы;

- разработаны алгоритмы и программы реализации выбранных методов обработки информации и управления;

- выбраны аппаратные средства системы (датчики, исполнитель­ные механизмы объектов управления, микропроцессоры, преобразо­ватели сигналов, компьютеры и др.).

САПР автоматизированных систем управления должны предус­матривать возможности исследования вопроса о рациональном рас­пределении функций между человеком и средствами вычислительной техники в процессе эксплуатации системы. Должны быть определены режимы интерактивного взаимодействия между операторами и компьютерами так, чтобы обеспечить не только требуемое качество и точность регулирования и управления, но и выполнение других тре­бо­ваний, предъявляемых к системе управления (экономические пока­затели, надёжность и т.д.).

 

Заключение

Определены понятия информационного обеспечения и базы данных САПР, сформулированы требования к ним для нормального функционирования системы. БД САПР является основным связую­щим звеном между отдельными проектными процедурами, операция­ми, задачами. Формирование, загрузка и корректировка справочной информации осуществляется исключительно администратором базы данных. База данных САПР является фундаментальным компонентом сис­темы автоматизированного проектирования. Поэтому разработка БД САПР является важнейшей частью работы по созданию системы.

Методическое обеспечение представляет собой набор докумен­тов, в кото­рых описывается организация работ по разработке САПР; определяются задачи проектирования, подлежащие автоматизации, фор­мулируются требования к тех­ническому, математическому, ин­фор­мационному обеспечению системы. Организационное обеспече­ние представляет собой совокуп­ность докуме­н­тов, характеризующих состав проектной или конструк­тор­ской организации; взаимодействие подразделений организа­ции при выполнении проект­ной или кон­­ст­рук­торской работы; виды ра­бот, выполняемых система­ми автомати­зированного проектирования; организа­цию контроля за хо­дом раз- ботки технической документации и за получае­мыми ре­зуль­татами.

­Определены этапы работы, выполняемые при автоматизирован­ном проектировании системы автоматического управления, призван­ных осуществлять как программное изменение значений технологи­ческих параметров, так и поддержание значений парамет­ров на задан­ных уровнях.

При проектировании АСУТП наибольшие трудности связаны с вы­­бором структуры систе­мы, информационных, функциональных и логи­чес­ких связей между элементами и устройствами системы управ­ления. Математические модели при проекти­ровании разрабатывают в условиях неполной информа­ции об объекте управления, о возмуще­ни­­­ях, которые будут на него дей­ствовать; недостаточно полной мо­жет быть и инфор­ма­­ция, которая будет поступать в систему управле­ния от объекта. Как правило, автоматизированные системы управле­ния сложны­ми технологическими комплексами имеют многоуров­не­вую иерархи­ческую структуру.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что понимают под термином «Информационное обеспечение САПАР»?

2. Какие функции выполняет база данных САПР?

3. Как классифицируется информация, образующая информационное обеспечение САПР?

4. Приведите схему информационных потоков САПР.

5. Схема формирования и функции объектной части базы данных САПР.

6. Требования, предъявляемые к базе данных САПР.

7. Расскажите об этапах разработки базы данных САПР.

8. Что представляет собой методическое обеспечение САПР?

9. Что представляет собой организационное обеспечение САПР?

10. Из каких этапов состоит автоматизированное проектирование систем автоматического управления?

11. Какую структуру имеет АСУТП сложным технологическим комплек­сом?

12. Основные задачи, которые должны быть решены при автоматизирован­ном проектировании АСУТП.

Выводы

 

Учебное пособие «Системы автоматизации проектных работ: курс лекций» написано по материалам лекций, которые авторы чита­ют много лет студентам специальности «Вычислительные машины, комп­лексы, системы и сети» на ФАИТ и заочном факультете Самар­ского государственного технического универси­тета. Кроме того, ав­торы ведут лабораторные работы по данной дисциплине.

Естественно, курс лекций в процессе работы над рукописью был существенно переработан.

В учебном пособии приводятся общие сведения о проектиро­ва­нии и конструировании. Поясняется – в чём разница между проект­ными и конструкторскими работами. Перечисляются недостатки неавтоматизированной технологии проектирования.

При переходе к автоматизированному проектированию в органи­за­ции должна создаваться технология автоматизированного проекти­рования.

Наиболее важными целями перехода к автоматизированному про­­­­­ек­ти­рованию являются: сокращение затрат времени на разработку проекта; увеличение числа проектов, выпускаемых проектной орга­ни­­­­­зацией; повышение качества проектной документации; возмож­ность решения оптимизационных задач.

Даны четыре взаимодополняющие определения понятия САПР. Од­­но из определений  САПР – это взаимосвязанная совокупность ря­да компонентов. Компоненты САПР (состав САПР): техническое об­ес­печение, математическое обеспечение, программное обеспе­че­ние, информационное обеспечение, лингвистическое обеспечение, мето­ди­­ческое обеспечение, организационное обеспечение.

Приведена классификация САПР по различным признакам.

Важной компонентой САПР является её техническое обеспе­че­ние. Рассмотрена структура технического обеспечения САПР и тре­бования к используемым аппаратным средствам САПР.

Поясняется, что такое программное обеспечение САПР и из ка­ких частей оно состоит.

Математическое обеспечение является важнейшей компонентой САПР. В состав математического обеспечения входят математи­чес­кие модели проектируемых объектов, систем, процессов; численные методы решения математических задач, алгоритмы выполнения про­ектных процедур.

Даны определения понятию «математическая модель проекти­руе­мого объекта», перечислены требования к математичес­ким моделям САПР, рассмотрены этапы построения математических моделей САПР. В некоторых случаях математическую модель проектируемого объекта можно представить в виде чёрного ящика.

Подробно рассмотрена классификация математических моделей, которая может оказаться полезной при разработке математического обеспечения проектируемой САПР.

Процедуры синтеза в САПР представлены в виде последо­ва­тель­ности ряда задач: разработка функциональной схемы, опреде­ле­ние состава объекта, структурный синтез (разработка или выбор струк­туры объекта), параметрический синтез, проектирование кон­струкции объекта.

Подробно рассмотрена задача размещения. Задача размещения весьма универсальна и широко используется для решения задач раз­мещения станочного и другого производственного оборудования, энергетических узлов, узлов связи и т.д.

Рассмотрена задача размещения на печатной плате радиоэлек­трон­ных элементов. Приведены формулировка задачи и целевая функ­ция, которая должна быть минимизирована.

Следующая после синтеза группа проектных процедур – про­це­ду­ры анализа. Отмечено, что анализ объектов при автома­тизиро­ван­ном проектировании основан на математическом моделировании, т.е. на исследовании проектируемых объектов, систем, процессов путём оперирования их математическими моделями.

Обращено внимание на то, что при создании САПР усилия дол­жны быть направлены не только на разработку математических моде­лей проектируемых объектов, систем, процессов, но и на развитие чис­­ленных методов решения задач и алгоритмов анализа получаемых проектных решений.

Большое внимание было уделено вопросам оптимизации. Задача оптимизации при автоматизированном проектировании возникает в связи с необходимостью выбора наилучших вариантов конструкции аппаратов, станков, машин, механизмов; параметров схем и проек­ти­руемых устройств, режимов работы оборудования и т.д.

Приведены примеры проектных оптимизационных задач: проек­ти­рование контроллера для автоматической системы управления, про­­ектирование магистрального нефтепровода, проектирование ма­гис­­трального газопровода, проектирование высоковольтной ЛЭП.

Показана необходимость при разработке САПР получение зави­си­мости численного критерия оптимальности от внешних и внут­рен­них параметров проектируемого объекта, системы, процесса и от эле­ментов решения оптимизационной задачи.

При решении оптимизационной задачи важное значение имеет критерий оптимальности.

Во многих случаях проектируемый объект характеризуется нес­коль­­кими показателями качества. Оптимизационные задачи с нес­коль­кими критериями качества называются многокритериальными. Рассмотрены методы решения оптимизационной задачи при нес­коль­ких показателях качества.

Рассмотрены подходы к решению задач синтеза объекта, систе­мы, процесса. Рассмотрены вопросы структурного и парамет­ричес­ко­го синтеза. Подчёркнуто, что для структурного синтеза объектов, сис­тем, процессов расширяется применение интеллек­туальных сис­тем.

Все САПР выполняют как процедуры синтеза проектных реше­ний, так и процедуры анализа.

К математическому обеспечению анализа относятся математичес­кие модели анализа проектных решений, численные методы и алго­ритмы выполнения проектных процедур анализа. В пособии рассмот­рены этапы разработки математической моде­ли анализа проектных решений.

Рассмотрены вопросы построения математических моделей ана­ли­за проектных решений для различных иерархических уровней объ­екта, системы, процесса.

Для многих объектов, систем, процессов анализ проектных реше­ний на системном уровне связан с исследованием прохождения через объект, систему, процесс потока заявок (требований). Подробно рас­смотрено применение в качестве математического аппарата моде­ли­рования теории массового обслуживания.

Подсистемы машинной графики и геометрического модели­ро­ва­ния входят в состав многих САПР. В пособии приведены сведения по двумерным системам (2D) и по программному пакету КОМПАС-3D. Описано, какие задачи могут быть решены при помощи графического редактора AutoCAD и при помощи программ КОМПАС-3D.

Важнейшим компонентом любой САПР является её информа­ционное обеспечение. В пособии даны определения понятий «Инфор­мационное обеспечение САПР», «База данных САПР». Показана схе­ма информационных потоков САПР, приведён перечень требова­ний к базам данных САПР. Определена последовательность этапов разра­бот­ки базы данных САПР.

САПР – организационно-техническая система. Поэтому важными компонентами любой САПР являются её организационное и методи­чес­кое обеспечение. Рассмотрены типовые структурные схемы про­цес­­­са автоматизированного проектирования.

В качестве примера рассмотрены этапы работ, выполняемые при автоматизированном проектировании систем автоматического и авто­ма­­тизированного управления.

Данное учебное пособие ориентировано на подготовку в области САПР студентов специальности «Вычислительные машины, компле­ксы, системы и сети».

 

 

Заключение

 

В XX1 веке специалистам (обществу) придётся решать ряд слож­ных проблем, связанных с экологией, с поиском новых источников энергии, материалов, технологий. Ещё более актуальными станут проблемы обеспечения населения земли продовольствием и питьевой водой. Определяющая роль в решении названных проблем отводится информационным технологиям.

Среди информационных технологий автоматизация проектиро­ва­ния занимает особое место.

Во-первых, автоматизация проектирования – комплексная дис­цип­­лина, её составными частями являются многие другие дисципли­ны (прикладная математика, теория оптимизации, машинная графика и др.) и информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных тех­нологий, в САПР используются современные компьютеры и перифе­рийное оборудование.

В состав математического обоснования САПР входят математи­чес­кие модели проект<

⇐ Предыдущая123456789

Поделиться: