Системы автоматизированного проектирования
Проектирование как объект автоматизации
Для создания любой системы автоматизации необходимо знать свойства объекта автоматизации. Для САПР таким объектом является процесс проектирования, основные понятия которого рассмотрены ранее.
Автоматизированное проектирование - проектирование, при котором отдельные преобразования описаний объекта или процесса и (или) алгоритма его функционирования осуществляются при взаимодействии человека с компьютерной профаммои.
Степень автоматизации проектирования оценивается долей проектных работ, выполняемых на компьютере без участия человека, в общем объеме проектных работ. Если компьютер не используется, то проектирование неавтоматизированное, а полное его применение - автоматическое.;-'Для автоматизированного проектирования характерно рациональное распределение функций между человеком и программой, обоснованный выбор моделей и методов для проектных процедур. Рациональность и обоснованность выбора средств и методов проектирования определяется уровнем развития вычислительной техники, вычислительной математики, теории автоматизированного проектирования и конкретных технических дисциплин.
Под автоматизацией проектирования будем понимать широкий круг вопросов, решаемых с использованием средств вычислительной техники при выполнении многочисленных этапов и процедур проектирования объекта (машины, комплекса машин, системы и др.). На рис.2.1 представлена в качестве примера обобщенная схема процесса автоматизации проектирования.
ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ САПР
{
Для создания САПР необходимы следующие предпосылки совершенствования проектирования:
организация проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;
автоматизация процесса поиска, обработки и выдачи информации;
использование методов оптимизации и многовариантного проектирования:
создание банков данных, содержащих сведения справочного характера;
повышение качества оформления проектной документации:
увеличение творческой доли труда проектировщика:
унификация и стандартизация методов проектирования;
подготовка и переподготовка специалистов-пользователей САПР;
взаимодействие проектных подразделений с автоматизированными системами различного уровня и назначения, j
При создании САПР и их составных частей следует руководствоваться принципами системного единства, совместимости, типизации и развития
Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и системную «свежесть» проектирования отдельных элементов и всего объекта проектирования в целом (иерархичность проектирования).
Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытую систему в целом.
Принцип типизации ориентирует на преимущественное создание и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизации подлежат элементы, имеющие перспективу многократного применения. Типовые и унифицированные элементы периодически проходят экспертизу на соответствие современным требованиям САПР и модифицируются по мере необходимости.
Принцип развития обеспечивает пополнение, совершенствование и обновление составных частей САПР, а также взаимодействие и расширение взаимосвязи с автоматизированными системами различного уровня и функционального назначения.
Разработка САПР представляет собой крупную научно-техническую проблему, а ее внедрение требует значительных капиталовложений. Накопленный опыт позволяет выделить следующие основные особенности их построения.
САПР'^учеловеко-машинная система. Все созданные и создаваемые САПР являются автоматизированными. Важную роль в них играет инженер- пользователь. Человек должен решать, во-первых, задачи, формализация которых не обеспечена, во-вторых, задачи, которые решаются им на основе эвристического подхода более эффективно, чем компьютерной программой. Взаимодействие человека и компьютера в процессе проектирования - один из принципов построения и эксплуатации САПР.
САПР - иерархическая система. Она реализует комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Блочно-иерархический подход к проектированию должен быть сохранен и при применении САПР. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем. Иерархическое построение относится не только к программному обеспечению, но и к техническим средствам САПР.
САПР — совокупность информационно согласованных подсистем. Информационная согласованность означает, что все или большинство последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами. Две программы являются информационно согласованными, если данные, представляющие собой объект переработки в обеих программах, входят в числовые массивы, не требующие изменении при переходе от одной программы к другой.
Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива данных с участием человека, то это значит, что программы информационно плохо согласованы. Перекомпоновка массива ведет к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому снижает эффективность работы САПР. Ипохая информационная согласованность
программ, при этом из-за неучета в подсистемах многих факторов, оцениваемых в других подсистемах, снижает^ качество проектных решений. Близким по ^
смыслу, но не полностью совпадающим с рассмотренным^ является принцип ^ оптимальности связей между САПР и внешней средой. Если каждый раз при проектировании очередного объекта заново вводятся в систему не только действительно специфические новые исходные данные, но и сведения спра§оншго,характера, то имеет место нерациональная организация связей САПР с окружающей средой. Очевидно, что все данные, используемые многократно при проектировании разных объектов, должны храниться системой в банке данных.
САПР^Ьткрытая и развивающаяся система. Существуют по крайней мере две 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 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 включения новых методов и средств.
САПР - специализированная система с максимальным использованием унифицированных модулей. Чтобы снизить расходы на разработку многих специализированных САПР, целесообразно строить их на основе максимального использования унифицированных составных частей. Необходимое условие унификации - поиск общих положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов.
СВОЙСТВА САПР
Цель создания САПР - повышение технико-экономического уровня проектируемых объектов, сокращение сроков, уменьшение стоимости и трудоемкости проектирования. Чтобы выполнить поставленные эти задачи, САПР должна обладать рядом системных свойству
интеллектуальностью - способностью к мотивации своих действий на основе анализа обстановки, своего состояния и накопленных знаний; способностей^) совершать осознанные, цел енаправленныезапрограммированные действия. ,
эргатичностью - возможностью для человека играть активную роль, вмеши- вмешиваться в процесс проектирования, принимать решения по ходу выполнения трудно формализуемых задач.
модульностью структуры - возможностью реализации всех компонентов системы в виде функционально завершенных модулей; модульный принцип решения заключается в том, что на этапе алгоритмизации из общей задачи или системы выделяют некоторые ее части, имеющие относительную смысловую и функциональную самостоятельность, которые проводят автономно стадии
функциональную самостоятельность, которые проводят автономно стадии анализа, программирования и отладки, после чего их в готовом виде используют для сборки общей программы; задачи делятся на модули* базе библиотек модулей создают локальные подсистемы автоматизированного проектирования^ Использование модульного принципа создания систем позволяет быстро формировать отдельные подсистемы, реализовывать принципы агрегативности, компонуя сложные многоуровневые иерархические системы комплексного проектирования из подсистем нижнего уровн^ ^одульный принцип построения систем обеспечивает поэтапный ввод системы в эксплуатацию и последующее ее расширение за счет вновь разработанных подсистем, модулей, а также гибкость САПР;
декомпозируемостъю - возможностью использования отдельных подсистемв I/ качестве самостоятельных систем; деление автоматизированных систем на
I f
подсистемы
и построение последних по принципу
вд-рсдслен^Гсоподчиненности
U %,<£uLf эффективна#'
средство^сокращения трудоемкости
создания сложных САПР, позволяющее
строить динамически развивающиеся
автоматизированные системы путем
автоматизации менее масштабных и простых
объектов с последующим соединением
отдельных подсистем в единую комплексную
систему;
иерархичностью - группировке модулей или их совокупностей по нескольким уровням, при этом элементы верхнего уровня имеют приоритет действий - право вмешиваться в действия элементов нижнего уровня, а действия элементов верхнего уровня зависят от фактического исполнения нижними уровнями своих функций;
эволюционностью — возможностью развития средств САПР как в количественном так и в качественном отношении (расширение, смена объектов проектирования); системный подход требует четкого выделения инвариантной (неизменной) и изменяемой (нормативная и справочная информация) частей системы, что обеспечивает адаптацию (приспособление) системы к изменяющимся условиям производства;
информационной обеспеченностью - возможностью получения, накопления и сохранения справочной информации постоянного и временного характера;
многоязычностью и мультиинформационностью - возможностью применения нескольких входных языков, а также способностью воспринимать входную информацию, представленную в различной форме(алфавитно-цифровой, графической); /W'
коллективностью — возможностью одновременной работы большого числа пользователей.