Лекція 3

Принципи побудови САПР

1 Мета створення САПР 1

2 Склад САПР 2

3 Основні принципи побудови САПР 3

4 Стадії створення САПР 5

5 Відображення процесу проектування в програмне забезпечення САПР 6

6 Специфіка інформаційного забезпечення САПР 9

Різні можливості і межі застосування обчислювальної техніки для автоматизації проектування визначаються рівнем формалізації науково-технічних знань в конкретній галузі. Чим глибше розроблена теорія того або іншого класу технічних систем, тим більші можливості об'єктивно існують для автоматизації процесу їх проектування.

Застосування ЕОМ при проектно-конструкторських роботах в своєму розвитку пройшло декілька стадій і зазнало значні зміни. З появою обчислювальної техніки був зроблений акцент на автоматизацію проектних задач, що мають чітко виражений розрахунковий характер, коли реалізовувалися методики, орієнтовані на ручне проектування. Потім, у міру накопичення досвіду, стали створювати програми автоматизованих розрахунків на основі методів обчислювальної математики (параметрична оптимізація, метод кінцевих елементів і т. п.). З упровадженням спеціалізованих термінальних пристроїв з'являються універсальні програми для ЕОМ для вирішення як розрахункових, так і деяких рутинних проектних задач (виготовлення креслень, специфікацій, текстових документів і т. п.). Останніми роками велику увагу надається автоматизації розрахунково-конструкторських робіт при проектуванні типових вузлів і агрегатів, коли синтез конструкції проводиться евристично, а основні параметри вибираються і оптимізуються в інтерактивному режимі діалогу проектувальника і ЕОМ.

Проте на всіх цих стадіях автоматизації проектування інженеру крім вивчення інструкцій з експлуатацій і написанню програм доводиться пізнавати ряд по суті справи непотрібних йому подробиць системних програм і мов програмування. Крім того, при використовуванні в проектуванні спеціалізованих по об'єктах розрізнених пакетів прикладних програм (ППП) інженер вимушений кожного разу знов кодувати і вводити інформацію згідно інструкції ППП. Відзначені недоліки призводять до того, що часткова («позадачна») автоматизація не зробила істотного впливу на підвищення якості і продуктивності проектування технічних систем і засобів в цілому.

Рішення проблем автоматизації проектування за допомогою ЕОМ грунтується на системному підході, тобто на створенні і упровадженні САПР — систем автоматизованого проектування технічних об'єктів, які вирішують весь комплекс задач від аналізу завдання до розробки повного об'єму конструкторської і технологічної документації. Це досягається за рахунок об'єднання сучасних технічних засобів і математичного забезпечення, параметри і характеристики яких вибираються з максимальним обліком особливостей задач проектно-конструкторського процесу. САПР є крупними організаційно-технічними системами, що складаються з комплексу засобів автоматизації проектування, взаємозв'язаного з підрозділами конкретної проектної організації.

1 Мета створення сапр

Під автоматизацією проектування розуміють систематичне застосування ЕОМ в процесі проектування при науково обгрунтованому розподілі функцій між проектувальником і ЕОМ і науково обгрунтованому виборі методів машинного рішення задач.

Мета автоматизації — підвищити якість проектування, понизити матеріальні витрати на нього, скоротити терміни проектування і ліквідувати зростання числа інженерно-технічних працівників, зайнятих проектуванням і конструюванням.

Науково обгрунтований розподіл функцій між людиною і ЕОМ має на увазі, що людина повинна вирішувати задачі, що носять творчий характер, а ЕОМ — задачі, рішення яких піддається алгоритмізації.

Істотною відмінністю автоматизованого проектування від неавтоматизованого є можливість заміни дорогого і займаючого багато часу фізичного моделювання — математичним моделюванням. При цьому слід мати на увазі одну найважливішу обставину: при проектуванні число варіантів неозоро. Тому не можна ставити задачу створення універсальної САПР, а необхідно вирішувати питання проектування для конкретного сімейства машин.

Для створення САПР необхідно:

• удосконалювати проектування на основі застосування математичних методів і засобів обчислювальної техніки;

• автоматизувати процеси пошуку, обробки і видачі інформації;

• використовувати методи оптимального і варіантного проектування; застосовувати ефективні, істотні особливості, що відображають, математичні моделі проектованих об'єктів, комплектуючих виробів і матеріалів;

• створювати банки даних, що містять систематизовані відомості довідкового характеру, необхідні для автоматизованого проектування об'єктів;

• підвищувати якість оформлення проектної документації;

• підвищувати творчу частку праці проектувальників за рахунок автоматизації нетворчих робіт;

• уніфікувати і стандартизувати методи проектування;

• готувати і перепідготовляти фахівців;

• реалізовувати взаємодію з автоматизованими системами різного рівня і призначення.

Комплекс засобів автоматизації проектування включає методичне, лінгвістичне, математичне, програмне, технічне, інформаційне і організаційне забезпечення.

2 Склад сапр

САПР — система, об'єднуюча технічні засоби, математичне і програмне забезпечення, параметри і характеристики яких вибирають з максимальним числом особливостей задач інженерного проектування і конструювання. В САПР забезпечується зручність використовування програм за рахунок застосування засобів оперативного зв'язку інженера з ЕОМ, спеціальних проблемно-орієнтованих мов і наявності інформаційно-довідкової бази.

Тими, що структурними складовими САПР є підсистеми, що володіють всіма властивостями систем і створювані як самостійні системи. Це виділені по деяких ознаках частини САПР, що забезпечують виконання деяких закінчених проектних задач з отриманням відповідних проектних рішень і проектних документів.

За призначенням підсистеми САПР розділяють на два вигляд: проектуючі і обслуговуючі.

До проектуючих відносяться підсистеми, виконуючі, наприклад: проектні процедури і операції

• підсистема компоновки машини;

• підсистема проектування складальних одиниць;

• підсистема проектування деталей;

• підсистема проектування схеми управління;

• підсистема технологічного проектування.

До обслуговуючих відносяться підсистеми, призначені для підтримки працездатності проектуючих підсистем, наприклад:

• підсистема графічного відображення об'єктів проектування;

• підсистема документування;

• підсистема інформаційного пошуку і ін.

Залежно від відношення до об'єкту проектування розрізняють два види проектуючих підсистем:

• об'єктно-орієнтовані (об'єктні);

• об'єктно-залежні (інваріантні).

До об'єктних підсистем відносять підсистеми, виконуючі одну або декілька проектних процедур або операцій, безпосередньо залежних від конкретного об'єкту проектування, наприклад:

• підсистема проектування технологічних систем;

• підсистема моделювання динаміки, проектованої конструкції і ін.

До інваріантних підсистем відносять підсистеми, що виконують уніфіковані проектні процедури і операції, наприклад:

• підсистема розрахунків деталей машин;

• підсистема розрахунків режимів різання;

• підсистема розрахунку техніко-економічних показників і ін.

Процес проектування реалізується в підсистемах у вигляді певної послідовності проектних процедур і операцій. Проектна процедура відповідає частині проектної підсистеми, в результаті виконання якій ухвалюється деяке проектне рішення. Вона складається з елементарних проектних операції, має твердо встановлений порядок їх виконання і направлена на досягнення локальної мети в процесі проектування. Під проектною операцією розуміють умовно виділену частину проектної процедури або елементарну дію, що віконується конструктором в процесі проектування. Прикладами проектних процедур можуть служити процедури розробки кінематичної або компонувальної схеми верстата, технології обробки виробів і т. п., а прикладами проектних операцій — розрахунок припусків, рішення якого-небудь рівняння і т.п.

Структурна єдність підсистем САПР забезпечується строгою регламентацією зв'язків між різними видами забезпечення, з'єднаних загальної для даної підсистеми цільовою функцією. Розрізняють наступні види забезпечення:

• методичне забезпечення — документи, в яких відображені склад, правила відбору і експлуатації засобів автоматизації проектування;

• лінгвістичне забезпечення — мови проектування, термінологія;

• математичне забезпечення — методи, математичні моделі, алгоритми;

• програмне забезпечення — документи з текстами програм, програми на машинних носіях і експлуатаційні документи;

• технічне забезпечення — пристрої обчислювальної і організаційної техніки, засобу передачі даних, вимірювальні і інші пристрої і їх поєднання;

• інформаційне забезпечення — документи, що містять опис стандартних проектних процедур, типових проектних рішень, типових елементів, комплектуючих виробів, матеріалів і інші дані;

• організаційне забезпечення — положення і інструкції, накази, штатний розклад і інші документи, що регламентують організаційну структуру підрозділів і їх взаємодію з комплексом засобів автоматизації проектування.