5 Описание обеспеченИй сапр.

Система автоматизированного проектирования (САПР) - организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования (КСАП), взаимосвязанного с необходимыми подразделениям проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы) и выполняющая автоматизированное проектирование.

Выделяют следующие виды обеспечения:

- Математическое обеспечение САПР — математические модели, методики и способы их получения;

- Лингвистическое обеспечение САПР;

- Техническое обеспечение САПР — устройства ввода, обработки и вывода данных, средства поддержки архива проектных решений, устройства передачи данных;

- Информационное обеспечение САПР — информационная база САПР, автоматизированные банки данных, системы управления базами данных (СУБД).

- Программное обеспечение САПР;

- Методическое обеспечение САПР.

5.1 Математическое обеспечение.

Словесная постановка задачи формулируется так: найти, с учетом всех правил, требований и ограничений такое пространственное расположение прокладываемых кабелей, при котором затраты на проектируемый объект будут минимальны.

Для начала математически описать решаемую задачу.

Для описания процесса трассировки введем ряд допущений:

- Рассматривается прямоугольная система координат XY0;

- Все объекты аппроксимируются параллелепипедами, а участки прокладки кабеля цилиндрами;

- Объекты пересекаются, если пересекаются соответствующие параллелепипеды или цилиндры;

- Участки прокладываемого кабеля параллельны координатным осям.

Обосновать допущения

Введем обозначения.

Структуру связей между аппаратами зададим в виде матрицы связей SV_NLx6.

SV_i1 – аппарат-источник связи.

SV_i2 – выход аппарата-источника связи.

SV_i3 – аппарат-приемник связи.

SV_i4 – вход аппарата-приемника связи.

SV_i5 – тип транспорта.

SV_i6 – стоимость связи.

TRAS_j={(x_ji,y_ji,z_ji,d_j)|i=1..NT} – пространственное положение j-й трассы j=1..NL – число технологических связей, NT – число точек изменения направления прокладки кабеля.

x_ji, y_ji, z_ji – координаты i-й точки поворота j-й трассы.

d_j – диаметр кабеляода j-q трассы.

APP_i=(xa_i,ya_i,za_i,gxa_i,gya_i,gza_i) – пространственное расположение i-го аппарата, i=1..NA – количество аппаратов, где xa_i, ya_i, za_i – координаты базовой точки (точки пересечения диагоналей параллелепипеда), gxa_i, gya_i, gza_i – габариты параллелепипеда.

Под строительными конструкциями будем понимать совокупность колонн, перекрытий, металлоконструкций, фундаментов и опор:

KON_i=(xk_i,yk_i,zk_i,gxk_i,gyk_i,gzk_i) – пространственное расположение i-й конструкции, i=1..NK – количество строительных конструкций, где xk_i,yk_i,zk_i – координаты базовой точки конструкции, gxk_i,gyk_i,gzk_i – габариты конструкции.

По условиям производства должны быть предусмотрены зоны, запретные для прокладки кабеля.

ZZ_i=(xz_i,yz_i,zz_i,gxz_i,gyz_i,gzz_i) – пространственное расположение i-й запретной зоны, i=1..NZ – количество зон, запретных для прокладки кабеля, где xz_i,yz_i,zz_i – координаты базовой точки i-й зоны, gxz_i,gyz_i,gzz_i – габариты зоны.

Для выбора оптимального решения из множества допустимых решений необходимо принять критерий оптимальности.

В качестве критерия оптимальности в задаче трассировки чаще всего используют приведенные затраты. Можно выделить следующие составляющие, определяющие экономическую эффективность полученного проекта: стоимости кабелей, патч-панелей, разъемы, так же надо учесть стоимость электроэнергии, затраты на амортизацию и ремонт. Все эти показатели зависят от длины и количества поворотов трассы.

Критерий оптимальности можно записать следующим образом:

OPT(TRAS)=E_экс(TRAS)+E_нE_кап(TRAS), (4.1)

где E_экс(TRAS)=Э(TRAS)+А(TRAS)+Р(TRAS) – эксплуатационные затраты; Э(TRAS) – стоимость электроэнергии на транспорт продуктов; А(TRAS), Р(TRAS) – затраты на амортизацию и ремонт соответственно; E_н – нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений.

Капитальные затраты:

E_кап(TRAS)=T(TRAS)+H(TRAS)+И(TRAS)+K(TRAS)+ (4.2) +O(TRAS)+M(TRAS),

где T(TRAS), H(TRAS), И(TRAS), K(TRAS), O(TRAS), M(TRAS) – соответственно стоимость кабелей, патч-панелей, разъемы и монтажа.

С учетом введенных обозначений установим основные ограничения математической модели, которые должны быть выполнены при трассировке.

Прокладка кабеля осуществляется в ортогональной метрике параллельно стенам цеха:

(x_ji=x_ji-1) ˅ (y_ji=y_ji-1), (4.3)

где i=1..NT, j=1..NL.

Трассы кабеля должны прокладываться в пределах дома:

(4.4)

где i=1..NT, j=1..NL, ,, - нижние и верхние пределы размеров цеха.

Минимальное расстояние между участками трасс должно быть не меньше допустимого:

R(TRAS_i,TRAS_j)>R_T, (4.5)

где R(TRAS_i,TRAS_j) – расстояние между учасками i-й и j-й трасс, R_T - допустимое расстояние между кабелями.

Минимальное расстояние между участками трасс и аппаратами должно быть не меньше допустимого:

R(APP_i,TRAS_j)>R_А, (4.6)

где R(APP_i,TRAS_j) – расстояние между учасками j-й трассы и i-м аппаратом, R_А - допустимое расстояние между кабелем и аппаратом.

Минимальное расстояние между участками трасс и конструкциями должно быть не меньше допустимого:

R(KON_i,TRAS_j)>R_K, (4.7)

где R(KON_i,TRAS_j) – расстояние между учасками j-й трассы и i-й конструкцией, R_К - допустимое расстояние между кабелем и конструкцией.

Трассы не должны пересекаться друг с другом:

(4.8)

Трассы не должны пересекаться с аппаратами:

(4.9)

Трассы не должны пересекаться со строительными конструкциями:

(4.10)

Трассы не должны проходить в зонах, запретных для прокладки кабеля:

(4.11)

Постановка задачи оптимальной трассировки кабеля ЛВС:

Найти такой вариант построения сети (x_ji,y_ji,d_j) i=1..NT, j=1..NL, при котором критерий (4.1) достигает минимума при ограничениях (4.3) – (4.11).

Рассмотрим алгоритм трассировки кабелей.

Для решения задачи трассировки был выбран волновой алгоритм. Алгоритм Ли, или волновой алгоритм, был предложен одним из первых и оказался столь удачным, что до настоящего времени его принцип является основой большинства современных программ трассировки. В этом алгоритме имитируется распространение волн по водной поверхности, например, от брошенного камня, и возвращение к источнику волн. Если двигаться перпендикулярно к фронтам волн, то будет получен путь минимальной длины. Если волны встречают препятствие, то огибают его. При реализации алгоритма на ЭВМ распространяется числовая волна – модель волны на водной поверхности.

Рассмотрим последовательность действий при реализации волнового алгоритма.

1) Область разбивается на множество элементарных объемов - ячеек.

2) Вводится функция качества трассы F. Длина трассы в числе ячеек.

3) Вводятся правила соседства ячеек. Будем считать соседними ячейки, имеющие общую грань.

4) Выделяются подмножества ячеек, через которые запрещается проведение связей.

5) Выделяются две элементарные ячейки, соответствующие соединяемым входам. Одна из ячеек (любая) объявляется источником волны, вторая – приемником.

6) Распространение числовой волны. Ячейка-источник представляет фронт волны с номером (весом) 0. Соседние с источником свободные ячейки образуют первый фронт волны. Свободные ячейки, соседние с площадками первого фронта образуют второй фронт. Затем формируются третий, четвертый и последующие фронты до тех пор, пока очередной фронт не достигнет ячейки-приемника.

7) Поиск трассы. От ячейки-приемника возвращаются к источнику, последовательно переходя к ячейкам с минимальным номером фронта. Путь возврата и есть искомая трасса. Если таких путей несколько, то вводят правила выбора трассы. Обычно выбирают вариант с минимальным числом перегибов.

Волновой алгоритм всегда находит трассу, если ее проведение возможно. Полученная трасса будет иметь наилучшее значение в соответствии с заданным критерием F (в примере – минимальную длину).

Для трассировки кабелей, соединяющих более двух домов, используют принцип Прима – формирования кратчайших связывающих деревьев (деревья Штейнера):

- первыми соединяются две ближайшие вершины;

- к фрагменту присоединяется ближайшая вершина.

В качестве точки соединения очередного дома к уже проведенной трассе выбирается ближайшая точка изменения направления проложенной трассы.

В разделе полный сумбур. Сначала описать мат. формулировку, привести уравления мат. модели, затем поставить задачу оптимизации, затем рассматривать алгоритмы решения.

5.2 Информационное обеспечение.

Информационное обеспечение — создание информационных условий функционирования системы, обеспечение необходимой информацией, включение в систему средств поиска, получения, хранения, накопления, передачи, обработки информации, организация банков данных. Создание информационного обеспечения — непременное условие построения и функционирования автоматизированных систем управления.

Наибольшее распространение получила реляционная модель, вследствие простой формы представления данных и развитому теоретическому аппарату, позволяющему легко описывать различные преобразования над ними. Основу реляционной модели составляет совокупность данных, сформированных в виде таблицы. Такая форма представления информации привычна для специалиста, пользующегося различной справочной литературой, поэтому в данной САПР используется именно реляционная модель БД.

В данной САПР используется только одна общая база данных «data.xls».

База данных «data.xls» содержит 3 таблицы:

- Таблица «Готовые решения» - в этой таблице хранятся данные о проктах которые были сделаны другими пользователями в разрабатываемой подсистеме САПР. В таблице находятся данные о результате работы подсистемы(выходной файл), исходный чертеж, и используемом оборудовании в этом проекте;

- Таблица «Оборудование» - в этой таблице содержатся данные о файлах оборудования, которые были заложены в базу данных разработчиком а также пользователями в процессе эксплуатации;

-Таблица «Заказы» - в этой таблице содержатся данные о заказчиках, их данные и их заказ.

Перечисленные таблицы загружаются в подсистему САПР сразу при запуске приложения.

Привести описания полей таблиц. Описание СУБД.