Лекція 5

Системи автоматизованого проектування (САПР) РЕС

1 Визначення, призначення, мета 1

2 Принципи створення систем автоматизованого проектування конструкції і технології 4

3 Системи автоматизованого проектування РЕС і їх місце серед інших автоматизованих систем 5

3.1 Етапи життєвого циклу промислових виробів 5

3.2 Види забезпечення САПР 7

3.3 Різновиди САПР 8

4 Контрольні питання і вправи 9

В лекції приводяться основні визначення, призначення і принципи систем автоматизованого проектування (САПР). Даються суть і схему функціонування САПР. Показано місце САПР РЕС серед інших автоматизованих систем. Розглядаються структура і різновиди САПР. Основне призначення лекції — показати суть процесу проектування РЕС, основні принципи проектування. Особливу увагу надається системному підходу до проектування конструкції і технології виробництва РЕС.

1Визначення, призначення, мета

За визначенням, САПР — це організаційно-технічна система, що складається з сукупності комплексу засобів автоматизації проектування і колективу фахівців підрозділів проектної організації, виконуюча автоматизоване проектування об'єкту, яке є результатом діяльності проектної організації.

З цього визначення виходить, що САПР — це не засіб автоматизації, а система діяльності людей по проектуванню об'єктів. Тому автоматизація проектування як науково-технічна дисципліна відрізняється від звичайного використовування ЕОМ в процесах проектування тим, що в ній розглядаються питання побудови системи, а не сукупність окремих задач. Ця дисципліна є методологічною, оскільки вона узагальнює риси, що є загальними для різних конкретних додатків [59].

Ідеальна схема функціонування САПР представлена на рис. 4.1.

Мал. 4.1.  Схема функціонування САПР; КСА — комплекс технічних засобів

Ця схема ідеальна в значенні повної відповідності формулюванню згідно існуючим стандартам і невідповідності реально діючим системам, в яких далеко не всі проектні роботи виконуються за допомогою засобів автоматизації і не всі проектувальники користуються цими засобами.

Проектувальники, як випливає з визначення, відносяться до САПР. Це твердження цілком правомірно, оскільки САПР — це система автоматизованого, а не автоматичного проектування. Це значить, що частина операцій проектування може і завжди виконуватиметься людиною. При цьому в досконаліших системах частка робіт, виконуваних людиною, буде менше, але зміст цих робіт буде більш творчим, а роль людини в більшості випадків — більш відповідальної.

З визначення САПР слідує, що метою її функціонування є проектування. Як вже було сказане, проектування — це процес переробки інформації, що приводить кінець кінцем до отримання повного уявлення про проектований об'єкт і способи його виготовлення.

В практиці неавтоматизованого проектування повний опис проектованого об'єкту і способів його виготовлення містить проект виробу і технічну документацію. Для умови автоматизованого проектування ще не узаконено назву кінцевого продукту проектування, що містить дані про об'єкт, і технології його створіння. На практиці його називають як і раніше "проектом".

Проектування — це один з найскладніших видів інтелектуальної роботи, виконуваної людиною. Більш того, процес проектування складних об'єктів не під силу одній людині і виконується творчим колективом. Це, у свою чергу, робить процес проектування ще складнішим і важко тим, що піддаються формалізації. Для автоматизації такого процесу необхідно чітко знати, що насправді він собою представляє і як виконується розробниками. Досвід свідчить, що вивчення процесів проектування і їх формалізація давалися фахівцям насилу, тому автоматизація проектування усюди здійснювалася поетапно, охоплюючи послідовно всі нові проектні операції. Відповідно, поетапно створювалися нові і удосконалювалися старі системи. Чим на більше число частин розбита система, тим важче правильно сформулювати початкові дані для кожної частини, але тим легше провести оптимізацію.

Об'єктом автоматизації проектування є роботи, дії людини, які він виконує в процесі проектування. А то, що проектують, називають об'єктом проектування.

Людина може проектувати будинок, машину, технологічний процес, промисловий виріб. Такі ж об'єкти покликана проектувати САПР. При цьому розділяють САПР виробу (САПР І) і САПР технологічних процесів (САПР ТП).

Отже, об'єкти проектування не є об'єктами автоматизації проектування. У виробничій практиці об'єктом автоматизації проектування є вся сукупність дій проектувальників, розробляючих виріб або технологічний процес, або то і інше, і оформляючих результати розробок у вигляді конструкторської, технологічної і експлуатаційної документації.

Розділивши весь процес проектування на етапи і операції, можна описати їх за допомогою певних математичних методів і визначити інструментальні засоби для їх автоматизації. Потім необхідно розглянути виділені проектні операції і засоби автоматизації в комплексі і знайти способи сполучення їх в єдину систему, що відповідає поставленій меті.

При проектуванні складного об'єкту різні проектні операції багато разів повторюються. Це зв'язано з тим, що проектування є процесом, що закономірно розвивається. Починається він з вироблення загальної концепції проектованого об'єкту, на її основі - ескізного проекту. Далі наближені рішення (прикидання) ескізного проекту уточнюються на всіх подальших стадіях проектування. В цілому такий процес можна представити у вигляді спіралі. На нижньому витку спіралі знаходиться концепція проектованого об'єкту, на верхньому — остаточні дані про спроектований об'єкт. На кожному витку спіралі виконують, з погляду технології обробки інформації, ідентичні операції, але в збільшуючому об'ємі. Отже, інструментальні засоби автоматизації операцій, що повторюються, можуть бути одні і ті ж.

Практично вирішити в повному об'ємі задачу формалізації всього процесу проектування дуже складно, проте якщо буде автоматизована хоча б частина проектних операцій, це себе все одно виправдає, оскільки дозволить надалі розвивати створену САПР на основі досконаліших технічних рішень і з меншими витратами ресурсів.

В цілому для всіх етапів проектування виробів і технології їх виготовлення можна виділити наступні основні види типових операцій обробки інформації:

• пошук і вибір зі всіляких джерел потрібної інформації;

• аналіз вибраної інформації;

• виконання розрахунків;

• ухвалення проектних рішень;

• оформлення проектних рішень у вигляді, зручному для подальшого використовування (на подальших стадіях проектування, при виготовленні або експлуатації виробу).

Автоматизація перерахованих операцій обробки інформації і процесів управління використовуванням інформації на всіх стадіях проектування складає суть функціонування сучасних САПР.

Які основні риси систем автоматизованого проектування і їх принципові відмінності від "позадачних методів" автоматизації?

Першою характерною особливістю є можливість комплексного рішення загальної задачі проектування, встановлення тісного зв'язку між приватними задачами, тобто можливість інтенсивного обміну інформацією і взаємодія не тільки окремих процедур, але і етапів проектування. Наприклад, стосовно технічного (конструкторському) етапу проектування САПР РЕС дозволяє вирішувати задачі компоновки, розміщення і трасування в тісному взаємозв'язку, який повинен бути закладений в технічних і програмних засобах системи.

Стосовно систем більш високого рівня можна говорити про встановлення тісного інформаційного зв'язку між етапами схемотехніки і технічної проектування. Такі системи дозволяють створювати радіоелектронні засоби, більш ефективні з погляду комплексу функціональних і конструкторсько-технологічних вимог.

Другою відмінністю САПР РЕС є інтерактивний режим проектування, при якому здійснюється безперервний процес діалогу "людина-машина. Які не є складні і формальні методи проектування, яка не є велика потужність обчислювальних засобів, неможливо створити складну апаратуру без творчої участі людини. Системи автоматизації проектування по своєму задуму повинні не замінити конструктора, а виступати могутнім інструментом його творчої діяльності.

Третя особливість САПР РЕС полягає в можливості імітаційного моделювання радіоелектронних систем в умовах роботи, близьких до реальних. Імітаційне моделювання дає можливість передбачати реакцію проектованого об'єкту на самі різні обурення, дозволяє конструктору "бачити" плоди своєї праці у дії без макетування. Цінність цієї особливості САПР полягає в тому, що в більшості випадків украй важко сформулювати системний критерій ефективності РЕС. Ефективність пов'язана з великим числом вимог різного характеру і залежить від великого числа параметрів РЕС і зовнішніх чинників. Тому в складних задачах проектування практично неможливо формалізувати процедуру пошуку оптимального по критерію комплексної ефективності рішення. Імітаційне моделювання дозволяє провести випробування різних варіантів рішення і вибрати кращий, причому зробити це швидко і врахувати всілякі чинники і обурення.

Четверта особливість полягає в значному ускладненні програмного і інформаційного забезпечення проектування. Йдеться не тільки про кількісне, об'ємне збільшення, але і про ідеологічне ускладнення, яке пов'язане з необхідністю створення мов спілкування проектувальника і ЕОМ, розвинутих банків даних, програм інформаційного обміну між складовими частинами системи, програм проектування. В результаті проектування створюються нові, досконаліші РЕС, відмінні від своїх аналогів і прототипів більш високою ефективністю за рахунок використовування нових фізичних явищ і принципів функціонування, досконалішої елементної бази і структури, поліпшених конструкцій і прогресивних технологічних процесів.