Сегодня на многих предприятиях применяются системы автоматизированного проектирования, или проще говоря САПР. Существует довольно большое количество поставщиков подобных решений. Возможности и функции таких систем проектирования, представленных специализированным программным обеспечением соответствующего назначения, могут быть самыми различными. В чем же состоит главная сущность систем автоматизированного проектирования? Какие особенности разработки таких систем можно отметить?
САПР – что это?
Итак, что же собой представляют системы автоматизированного проектирования? Под САПР подразумеваются автоматизированные системы, которые призваны реализовывать ту или иную информационную технологию путем проектирования. На практике САПР представляют собой технические системы, которые позволяют таким образом автоматизировать, обеспечить функционирование процессов, которые составляют разработку проектов. Под САПР в зависимости от контекста может иметься в виду:
— программное обеспечение, применяемое в качестве основного элемента соответствующей инфраструктуры;
— совокупность технических и кадровых систем (в том числе и тех, что предполагают использование САПР в виде программного обеспечения), применяемых на предприятии с целью автоматизации процесса разработки проектов;
Таким образом, можно выделить широкую и более узкую трактовку термина, о котором идет речь. Тяжело сказать, какая из этих трактовок чаще применяется в бизнесе. Все зависит от конкретной сферы использования систем автоматизированного проектирования, а также от тех задач, для решения которых предполагается применять данные системы. Так, например, в контексте отдельно взятого цеха на производстве, под САПР предполагается конкретная программа для автоматизированного проектирования. Если речь идет о стратегическом планировании развития организации, то такое понятие как САПР скорее всего будет соответствовать масштабной инфраструктуре, которая задействуется с целью повышения эффективности разработки различных проектов. Необходимо отметить, что сам термин САПР представляет собой аббревиатуру, которая может расшифровываться по-разному. В общем случае данная аббревиатура соответствует сочетанию слов «система автоматизированного проектирования». Также существуют и другие варианты расшифровки данной аббревиатуры. Например, довольно распространен вариант «система автоматизации проектных работ». По смыслу английским аналогом термина САПР является аббревиатура CAD, в некоторых случаях также используется CAX.Давайте более подробно рассмотрим следующий вопрос: в каких целях могут создаваться системы автоматизированного проектирования в машиностроении и других сферах?
САПР: цели создания
Основной целью разработки САПР является повышение эффективности труда специалистов предприятия, которые решают различные производственные задачи, в том числе и те, которые связаны с инженерным проектированием. В данном случае повышение эффективности может осуществляться за счет следующих факторов:
— снижения трудоемкости процесса проектирования;
— сокращения сроков реализации проектов;
— снижения себестоимости проектных работ, и издержек, связанных с эксплуатацией;
— обеспечение повышения качества инфраструктуры проектирования.
— снижение издержек на проведение испытаний и моделирование.
САПР – это инструмент, который позволяет добиться отмеченных преимуществ за счет следующих факторов:
— эффективная информационная поддержка специалистов, участвующих в разработке проектов;
— автоматизация документации;
— применение концепций параллельного проектирования;
— унификация различных решений;
— применение математического моделирования, как альтернативы дорогостоящим испытаниям;
— оптимизация методов проектирования;
— повышение качества процессов управления бизнесом.
Теперь давайте рассмотрим, в какой структуре может быть представлена система автоматического проектирования.
Структура САПР
В систему автоматизированного проектирования технологических процессов могут входить следующие компоненты:
— комплекс элементов автоматизации;
— программно-техническая инфраструктура;
— методические инструменты;
— элементы поддержки функциональности САПР.
Большое распространение получил подход, в соответствии с которым в структуре САПР следует выделять подсистемы. Ключевыми считаются:
— обслуживающие подсистемы, поддерживающие функционирование основных проектирующих компонентов САПР, инфраструктуры, поддержание программного обеспечения;
— проектирующие подсистемы, которые в зависимости от соотнесения с объектом разработки, могут быть представлены с объектными задачами или инвариантными, т.е. связанными с реализацией конкретных проектов или совокупностью нескольких.
САПР представляют собой системы, включающие в себя определенные функциональные компоненты. Давайте рассмотрим их основные особенности.
САПР: компоненты
Как мы уже знаем, автоматизированное проектирование систем управления и промышленной инфраструктуры, состоит из различных подсистем. Их составляющими в свою очередь являются компоненты, которые обеспечивают функционирование соответствующих элементов САПР. К примеру, это может быть аппаратное обеспечение, файл или программа. Компоненты, которые обладают общими признаками, формируют средства обеспечения систем проектирования. Они могут быть представлены следующими типами:
— техническое обеспечение, которое представляет собой совокупность различных технических средств, типа сетевых компонентов, компьютеров, измерительных приборов;
— математические модели, которые объединяют в себе те или иные алгоритмы, используемые с целью решения различных задач;
— программное обеспечение – системное и прикладное;
— информационное обеспечение, которое представляет собой совокупность различной информации, необходимой для внедрения проектирования;
— лингвистические модели, представляющие собой совокупность различных языков, применяемых в САПР с целью отражения сведений о проектировании;
— методическое обеспечение, представляющее собой совокупность различных методов подбора технологических концепций, подходов к обеспечению функционирования САПР для достижения максимальных результатов при реализации определенных проектов;
— организационное обеспечение, представленное в основном источниками, определяющими структуру проектной документации, а также характеристики системы автоматизации и то, как должны отображаться результаты реализации тех или иных проектов.
Можно классифицировать автоматизированные системы проектирования, обработки информации по различным критериям. Давайте рассмотрим несколько основных классификаций.
САПР: классификации
К наиболее распространенным критериям классификации САПР относится отраслевое назначение. Выделяют следующие типы:
- Автоматизированное проектирование инфраструктуры машиностроения;
- САПР для электронного оборудования;
- САПР в сфере строительства.
Первый тип систем САПР может быть использован в широком спектре отраслей: авиастроении, автомобилестроении, судостроении, производстве товаров народного потребления. Также соответствующая инфраструктура может быть использована с целью разработки как отдельных деталей, так и различных механизмов при использовании всевозможных подходов в рамках моделирования и проектирования.
Системы САПР второго типа используются для проектирования готового электронного оборудования и его отдельных элементов, например, интегральных микросхем, процессоров, и других типов аппаратного обеспечения.
САПР третьего типа могут быть задействованы с целью проектирования различных сооружений, зданий, элементов инфраструктуры.
Еще одним критерием, по которому можно классифицировать системы автоматизированного проектирования, является целевое назначение. Здесь выделяют:
— средства проектирования, используемые с целью автоматизации двумерных или трехмерных геометрических моделей, для формирования конструкторской документации;
— системы, используемые с целью разработки различных чертежей;
— системы, разработанные для геометрического моделирования;
— системы, предназначенные для автоматизации расчетов в рамках инженерных проектов и динамического моделирования;
— средства автоматизации, применяемые с целью технологической оптимизации проектов;
— системы, предназначенные для компьютерного анализа различных параметров по проектам.
Данная классификация считается условной.
В автоматизированную систему технологического проектирования может входить широкий спектр функций из числа перечисленных выше. Конкретный перечень возможностей САПР прежде всего определяет разработчик данной системы. Давайте рассмотрим, какие задачи он может решать.
Разработка САПР
Проектирование автоматизированных систем обработки информации, управления, программирования и реализации иных функций, направленных на повышение эффективности разработки проектов в тех или иных отраслях. Данный процесс характеризуется высоким уровнем сложности. Он требует от всех участников вложения значительных ресурсов – финансовых и трудовых.
Эксперты выделяют несколько основных принципов, в соответствии с которыми ведется разработка САПР. К ним относятся:
— унификация;
— открытость;
— интерактивность;
— комплексность.
Давайте рассмотрим эти принципы более подробно.
Основные принципы разработки САПР: унификация
Работа с системами автоматизированного проектирования на стадии разработки и в период использования соответствующей инфраструктуры предполагает следование принципу унификации. В соответствии с этим принципом, те или иные решения могут по схожим алгоритмам могут одинаково эффективно внедряться в различные отрасли производства. Этот принцип предполагает, что пользователь, который использует знакомый ему модуль САПР, или, например, методику автоматизированного проектирования в определенной среде, сможет без труда приспособить их к специфике использования в других условиях.
Большое значение унификация САПР имеет и с точки зрения развития предприятия, которое занимается разработкой соответствующей системы. Чем более универсальными будут подходы и модули, которые хозяйствующий субъект предлагает рынку, тем более интенсивным будет его рост. Возрастает и конкурентоспособность, и готовность новых потребителей к сотрудничеству.
Основные принципы разработки САПР: комплексность
Следующим принципом, характеризующим процесс проектирования САПР, является комплексность. Данный принцип предполагает, что производитель сможет наделить свою продукцию теми компонентами, которые позволят решать поставленные задачи на различных уровнях реализации проекта. Возможно, данный аспект является ключевым с точки зрения обеспечения конкурентоспособности продукта и освоения новых рынков. При этом необходимо учитывать, что комплексные решения должны удовлетворять остальным принципам разработки САПР, к которым относятся открытость.
Основные принципы разработки САПР: открытость
В данном контексте открытость может пониматься по-разному. Ее интерпретация во всех случаях будет уместна. Разработка системы автоматизированного проектирования представляет собой процесс, который, прежде всего, должен характеризоваться большой открытостью с точки зрения формирования обратной связи между разработчиком системы и ее пользователями. Человек, которые задействует такую систему, всегда должен иметь возможность информировать разработчика о возникающих проблемах, особенностях функционирования САПР при различных внешних условиях, а также передавать производителю свои пожелания относительно улучшения качества продукта. Также открытость при разработке САПР может выражаться в готовности производителя осуществлять активный мониторинг технических разработок, в том числе и от конкурирующих производителей, следить за новыми трендами. Ведущую роль в бизнесе в данном случае могут сыграть не только технологические подразделения, но и маркетологи компании, менеджеры, специалисты по PR. Открытость при разработке САПР также свидетельствует о том, что разработчик готов к прямому диалогу с другими поставщиками. Обмен технологиями позволяет создавать продукты, при помощи которых может быть осуществлено эффективное автоматизированное проектирование систем управления. Это также является значимым фактором повышения конкурентоспособности бренда, который поставляет САПР в тех или иных сегментах рынка.
Основные принципы разработки САПР: интерактивность
Еще одним важным принципом разработки САПР является интерактивность. Данный принцип предполагает создание разработчиком соответствующих систем интерфейсов, которые максимально облегчают процедуру их использования человеком, а также осуществления им необходимых коммуникаций с другими пользователями САПР. Еще одним аспектом интерактивности является обеспечение в необходимых случаях взаимодействия между различными моделями САПР в рамках формирования производственной инфраструктуры. Принцип интерактивности тесно связан с принципом унификации. Все дело в том, что обмен данными в рамках тех или иных интерактивных процедур будет наиболее эффективным только при условии необходимой стандартизации взаимодействии между субъектами. Это может быть выражено в унификации документов, файловых форматов, процедур, инженерных подходов при разработке проектов. Большое значение данный принцип играет в САПР, при помощи которых осуществляется проектирование информационных систем. В частности данная сфера применения САПР характеризуется высокой степенью потребности пользователей соответствующей инфраструктуры. Им как правило, требуется связь между большим количеством модулей САПР, регулярное, динамическое взаимодействие, осуществление оптимизации различных процедур, оперативное формирование отчетности. Только при условии достаточной интерактивности систем автоматизированного проектирования пользователь может рассчитывать на эффективное решение любых задач на производстве.
Подобные документы
Рассмотрение информационных технологий выполнения функций проектирования. Техническое обеспечение системы автоматизированного проектирования (САПР). Создание САПР для повышения эффективности труда инженеров. Эргономическое и правовое обеспечение САПР.
реферат, добавлен 09.06.2015
Создание систем автоматизированного проектирования (САПР). Цель - повышение эффективности труда инженеров, сокращение трудоёмкости проектирования и планирования. Категории САПР, структура, подсистемы. Примеры обслуживающих и проектирующих подсистем.
статья, добавлен 01.04.2019
Понятие и сущность проектирования технического объекта. Системы автоматизированного проектирования (САПР) и их структура. Классификация САПР по приложениям, виды обеспечения САПР. Этапы решения задач конструкторского проектирования, теория графов.
лекция, добавлен 12.06.2016
Назначение, термины и классификация систем автоматизированного проектирования (САПР). Системный подход к проектированию. Структура технического обеспечения. Вычислительные системы и периферийные устройства в САПР. Автоматизированные системы управления.
методичка, добавлен 14.03.2013
Анализ тесной связи инженерной деятельности с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР). Классификация САПР по функциональным возможностям. Рейтинг популярности систем автоматизированного проектирования, их сравнительный анализ.
статья, добавлен 02.04.2019
Основные принципы построения системы автоматизированного проектирования (САПР). Применение электронно-вычислительных машин при проектно-конструкторских работах. Процесс проектирования в программное обеспечение САПР. Информационное обеспечение САПР.
контрольная работа, добавлен 28.09.2016
Изучение истории и этапов развития систем автоматизированного проектирования. САПР "Ассоль" на базе технологий Autodesk. САПР "Грация" и программа конструирования одежды. Анализ эффективности программного обеспечения на предприятиях различной мощности.
реферат, добавлен 23.10.2013
Понятие, структура и история развития систем автоматизированного проектирования (САПР). Классы продуктов САПР для машиностроений: тяжелый, средний и легкий. Состав и принципы проектирования программного обеспечения САПР, его функциональное назначение.
курсовая работа, добавлен 05.10.2011
Разработка и внедрение САПР - систем автоматизированного проектирования технических объектов, цель, основные принципы построения, стадии создания. Отображение процесса проектирования в программном лингвистическом и информационном обеспечении САПР.
реферат, добавлен 10.12.2009
Достоинства САПР. Классификация и обозначение, функции САПР. Характеристики CAE/CAD/CAM-систем и CALS-технологии. Структура технического обеспечения САПР. Системные среды и программно-методические комплексы. Назначение и состав системных сред САПР.
Материал из ПИЭ.Wiki
Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации.
Введение в САПР
Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Во первых, автоматизация проектирования - синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции.
Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 95/NT, языках программирования. С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.
Во вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из за невысокого качества проектов. Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в СССР относится к началу 60 х гг. Тогда были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных схем, проектирования печатных плат.
Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.
К настоящему времени создано большое число программно методических комплексов для САПР с различными степенью специализации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей; инженер, не владеющий знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться полноценным специалистом.
Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах.
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.
Системный подход к проектированию
Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Для специалиста в области системотехники они являются очевидными и естественными, однако, их соблюдение и реализация зачастую сопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженеры используют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализа может оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задач инженерной деятельности.
Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход выявляет структуру системы ее внутренние и внешние связи.
Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.
Структура САПР
Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.
Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.
Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.
Виды обеспечения САПР
Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:
- техническое (ТО) , включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);
- математическое (МО) , объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
- программное (ПО) , представляемое компьютерными программами САПР;
- информационное (ИО) , состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, которые используются при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, база данных вместе с СУБД носит название банка данных;
- лингвистическое (ЛО) , выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
- методическое (МетО) , включающее различные методики проектирования; иногда к нему относят также математическое обеспечение;
- организационное (ОО) , представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые регламентируют работу проектного предприятия.
Разновидности САПР
Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы - ядра САПР.
По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:
- САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD);
- САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation);
- САПР в области архитектуры и строительства.
Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т. п.
По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы.
По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.
По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:
1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер.
В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Urographies и ACIS фирмы Intergraph).
2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.
3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.
4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.
Техническое обеспечение САПР
С точки зрения системной модели САПР, техническое обеспечение представляет собой самый нижний уровень, в который “погружается” и реализуется операционно-программное и другие виды обеспечений САПР.
Задача проектирования технического обеспечения, таким образом, может быть сформулирована как задача оптимального выбора состава технических средств САПР. Исходной информацией при этом являются результаты анализа задач внутреннего проектирования и ресурсные требования к техническим средствам в виде критериев и ограничений.
Основные требования к техническим средствам САПР состоят в следующем:
- эффективность;
- универсальность;
- совместимость;
- надежность.
Технические средства (ТС) в САПР решают задачи:
- ввода исходных данных описания объекта проектирования;
- отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;
- преобразования информации (изменения формы и структуры представления данных, перекодировки и др.);
- хранения информации;
- отображения итоговых и промежуточных результатов решения;
- оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.
Для решения этих задач ТС должны содержать:
- процессоры,
- оперативную память,
- внешние запоминающие устройства,
- устройства ввода- вывода информации,
- технические средства машинной графики,
- устройства оперативного общения человека с ЭВМ,
- устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами.
При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в состав ТС должны быть включены устройства, преобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками.
ТС САПР могут одно- и многоуровневыми.
ТС, в состав которых входит одна ЭВМ, оснащенная широким набором периферийного оборудования, носят название одноуровневых. Они широко применяются при проектировании изделий общепромышленного применения с установившейся конструкцией, имеющих узкоспециализированные математические модели и фиксированную последовательность этапов проектно- технологических работ.
Развитие САПР предполагает расширение набора терминальных устройств, представление каждому проектировщику возможности взаимодействия с ЭВМ, обработку технической информации непосредственно на рабочих местах. С этой целью терминальные устройства снабжаются мини - и микроЭВМ, имеющими специальное математическое обеспечение интеллектуальные терминалы. Они соединяются с ЭВМ высокой производительностью с помощью специальных или обычных телефонных каналов.
»Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий.
Проектирование – процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующего объекта или алгоритма его функционирования, на основе первичного описания данного объекта и (или) алгоритма его функционирования.
Объектами проектирования может быть продукция производственно-технического назначения (средства производства - технологическое оборудование и оснастка); технологические процессы, в результате реализации которых проекты объектов воплощаются в материально-вещественную форму; здания, инженерные сооружения; транспортные средства, средства связи, вычислительной техники; организационно-управленческие системы и т.д.
Цель процесса проектирования состоит, прежде всего, в том, чтобы на основе исходной информации, получаемой в процессе проектирования, разработать техническую документацию для изготовления объекта проектирования. Проектирование включает в себя разработку технического задания (ТЗ), отражающего потребности, и реализацию ТЗ в виде проектной документации.
Проектирование, по существу, представляет собой процесс управления с обратной связью. Техническое задание формирует входы, которые сравниваются с результатами проектирования, и если они не совпадают, цикл проектирования повторяется вновь до тех пор, пока отклонение от заданных технических требований не окажется в допустимых пределах.
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.
Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а ЭВМ – задачи, решение которых поддается алгоритмизации.
Автоматизированное проектирование – проектирование, при котором отдельные преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представления описаний на различных языках осуществляется взаимодействием человека и ЭВМ.
Автоматизированное проектирование обычно осуществляют в режиме диалога человека с машиной на основе применения специальных языков общения человека с машиной.
Автоматическое проектирование – проектирование, при котором все преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представление описаний на различных языках осуществляются без участия человека.
При автоматическом проектировании пуск соответствующего оборудования и ввод в ЭВМ первичного описания объекта осуществляет человек.
Задачи автоматического проектирования
1. Сокращение трудоемкости и сроков конструкторской подготовки производства.
2. Повышение качества конструкторской документации.
3. Сокращение трудоемкости и сроков технологической подготовки производства.
4. Повышение качества разрабатываемых технологических процессов.
5. Уменьшение числа инженерно-технических работников, занятых проектированием и конструированием.
Существенным отличием автоматизированного проектирования от неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования – математическим моделированием.
Решение проблем автоматизации проектирования с помощью ЭВМ основывается на системном подходе, т.е. на создании и внедрении САПР – систем автоматического 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.
Система автоматизированного проектирования (САПР) – комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователем системы), выполняющий автоматизированное проектирование.
Система автоматического проектирования – комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователем системы), выполняющий автоматическое проектирование.
Интегрированная система автоматического проектирования – система автоматического проектирования, имеющая альтернативное программное обеспечение и операционную систему автоматического проектирования, позволяющую выбирать совокупность машинных программ применительно к заданному объекту проектирования или классу объектов проектирования.
Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Так, например, в машиностроении производственный цикл предприятия, определяемый временем нахождения деталей, узлов и готовых изделий в цехах, составляет 1 % всего времени от начала проектирования до выпуска готовой продукции, остальные 99% приходятся на опытно-конструкторскую, конструкторскую и технологическую подготовку производства. С другой стороны сложность решения задачи автоматизированного проектирования связана с многообразием и спецификой конкретных предметных областей.
Создание САПР-продуктов происходит в следующих направлениях:
универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации;
открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях);
графический редактор и графическая среда приложений;
открытая среда конструкторского проектирования;
САПР для непрофессионалов (домашнего использования).
Наиболее полно возможности САПР-продукта на уровне универсального графического пакета можно проследить на примере AutoCAD 2000 - новой версии самого популярного в России чертежного пакета. Рассмотрим основные особенности новой разработки фирмы AutoDesk:
возможность работы с несколькими файлами чертежей в одном сеансе без потери производительности;
контекстное всплывающее меню, включающее группу операций буферного обмена, повтора последней операции, отмены действий и возврата отмененного действия, вызова динамических интерактивных операций панорамирования и зуммирования и др.;
наличие средств моделирования, позволяющих редактировать твердотельные объекты на уровне ребер и граней;
возможность обращения к свойствам объектов;
возможность выбора, группировки и фильтрации объектов по типам и свойствам;
наличие технологии создания и редактирования блоков;
возможность вставки в чертеж гиперссылок;
включение Design Center - нового интерфейса технологии drag-and-drop для работы с блоками, внешними ссылками, файлами изображений и чертежей;
управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на экране;
возможность работы со слоями без вывода на печать;
наглядная работа с размерами и размерными стилями;
наличие средств управления видами и системами координат;
наличие нескольких режимов визуализации от проволочного каркаса до закраски;
наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании;
возможность компоновки чертежей и вывода на печать;
работа с внешними базами данных;
наличие средств настройки с помощью редакторов Visual LISP и Visual Basic;
совместимость версий (в форматах DWG AutoCAD R14, R13 И форматах DFX AutoCAD R14, R13, R12).
По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/ЗD (двух- и трехмерной геометрии) графическим пакетом средней ценовой категории.
Создание приложений связано со спецификой конкретной предметной области и решается эта задача на различных инструментальных платформах. Рассмотрим эту проблему применительно к САПР в радиоэлектронике. Радиоэлектроника является очень широкой научно-технической областью, поэтому остановимся только на проблеме проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
Основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования РЭА:
решение всего комплекса задач проектирования РЭА: ввод структурной, функциональной и принципиальной схем; проведение расчетов; моделирование; конструирование аппаратуры; технологическая подготовка производства и изготовление;
наличие полной библиотеки элементов и узлов, источников (генераторов) сигналов и шумов, с большим набором параметров и возможностью их легкой модификации;
наличие справочной базы данных и ГОСТов;
проведение необходимых расчетов (надежности, мощности, рабочих режимов и других параметров);
возможность импорта и экспорта информации из других информационных систем;
поддержка разнообразной периферии.
Процесс проектирования РЭА принято разбивать на этапы (системный, схемный, конструкторский, технологический, производственный), а саму проектируемую РЭА на уровни (система, подсистема или аппаратура, прибор, блок, ячейка или узел). Исходя из такого разбиения, представляется естественным требование, чтобы САПР поддерживали все этапы и уровни проектирования в полном объеме. К сожалению, на практике данный подход полностью не реализован.
В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование ландшафта, интерьера и др. Основные требования к системам подобного класса - приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера.
Наиболее перспективным в области автоматизированного проектирования является использование открытых сред, основной особенностью которых является автоматизация процесса проектирования: выбор структуры объекта проектирования; необходимые Расчеты, включая геометрические и т.д. Примером реализации такого подхода является СПРУТ-технология, реализованная в виде графической оболочки со сменной проблемной ориентацией DiaCAD.
Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-технологии и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивно го черчения, так же как в известных средствах графического редактирования.
Возможности DiaCAD определяются перечнем решаемых задач:
оперативная разработка чертежей с соблюдением требований ГОСТов;
создание и использование иерархических графических баз данных;
интерактивная параметризация чертежа и его типовых фрагментов;
интеллектуальное редактирование (редактирование чертежа путем изменения значений размеров);
получение параметризированных программ без программирования.
Функционально DiaCAD можно разделить на две части: среда администратора графической базы данных и среда конструктора.
Среда администратора графической базы данных предназначена для работы с иерархическими графическими базами данных и позволяет решать следующие задачи:
создание базы данных с произвольной иерархической структурой;
оперативный просмотр чертежа;
копирование данных из одного чертежа в другой;
вывод чертежа на графопостроитель или печатающее устройство.
Среда конструктора позволяет создавать и редактировать чертежи и геометрические модели.
Принципиальной отличительной особенностью DiaCAD является возможность создания на ее основе с использованием единой интегрированной среды СПРУТ собственной САПР.