17.1.7. Что такое сапр?

17.1.7.1. Общие представления о сапр

Проектирование – это необходимый этап в создании любого объекта. В настоящее время, с развитием науки и техники, возникает необходимость в производстве все большего количества энерготехнологических объектов. Рост объемов производства подводит к проблеме необходимости роста объемов проектирования. Решить эту проблему простым увеличением количества проектировщиков просто невозможно. Можно пойти другим путем и упростить методы проектирования, в т.ч. применяя стандартные решения, однако это негативно скажется на оптимальности проектируемых изделий.

С развитием информационных технологий их расширилось применение для нужд проектирования. Полная или частичная автоматизация некоторых процессов проектирования позволяет:

а) сократить трудоемкость проектирования, его сроки, повысить эффективность труда инженеров, и, следовательно, снизить общую стоимость проектных работ;

б) повысить качество и технико-экономический уровень результатов проектирования; исключить «человеческий фактор» и вероятность допущения ошибок; более того, ввести в практику некоторые методы, возможные только при реализации на ЭВМ, например проведение полной оптимизации – рассмотрение всего многообразия технически приемлемых вариантов с учетом заданных условий и ограничений и объективный выбор среди них оптимального;

в) сократить затраты на натуральное моделирование и испытания.

Автоматизация проектирования подразумевает частичную замену некоторых выполняемых проектировщиком операций применением программ компьютерного расчета.

Можно создать программу, объединяющую модель проектируемого объекта и соответствующий алгоритм расчета. Однако она не будет универсальной и окажется применима только для решения отдельной задачи. Повышение гибкости и универсальности программных продуктов подводит к созданию САПР.

Система автоматизированного проектирования (САПР) – это организационно-техническая система, обеспечивающая функции проектирования в режиме «человек-ЭВМ», и состоящая из комплекса технических, программных и других средств.

Прежде чем перейти к рассмотрению САПР разберемся подробнее, что такое проектирование.

17.1.7.2. Общие сведения о проектировании

Проектирование – это практическая деятельность, направленная на поиск новых решений

Процесс проектирования можно поделить на этапы, которые, в свою очередь, делятся на процедуры и операции.

Проектная процедура – формализованная совокупность действий, заканчивающаяся проектным решением.

Проектное решение – промежуточное или окончательное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для определения дальнейшего направления или окончания проектирования.

Проектная операция – действие или совокупность действий с неизменным алгоритмом для ряда проектных процедур; является частью проектной процедуры.

Этап проектирования – условно выделенная часть процесса проектирования, состоящая из одной или нескольких проектных процедур, целью которой является получение описаний в рамках одного аспекта и одного или нескольких уровней абстрагирования.

17.1.7.3. Основные проектные процедуры (рис. 17.1) – это анализ и синтез.

Синтез – часть процесса проектирования, когда создается какой-нибудь вариант объекта. При этом в процессе проектирования может синтезироваться несколько вариантов одного объекта. Синтез может быть структурным, когда создается структура объекта, или параметрическим, когда синтезируются значения внутренних параметров. Для теплотехнических объектов структурный синтез – это, например, задание конструкции теплообменника, схемы тока сред в нем; а параметрический – задание параметров теплоносителей (температуры, расходы), тепловых мощностей и др.

Анализ – исследование проектируемого объекта или его описания, проверка его работоспособности и оптимальности.

Таким образом синтез – это создание нового варианта, а анализ – оценка этого варианта.

Укрупненные этапы проектирования представлены на рис. 17.2.

Техническое задание (ТЗ) – это исходный документ на проектирование технического объекта. ТЗ устанавливает основное назначение разрабатываемого объекта, его технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации (конструкторской, технологической, программной и т. д.) и её состав, а также специальные требования.

Первым этапом проектирования является поиск принципиальных проектных решений. На этом этапе значительна роль эвристических действий, т.е. действий, выполняемых человеком, автоматизация незначительна.

Разработка эскизного варианта объекта и его оптимизация (этап 2) – достаточно трудоемкий этап проектирования, поскольку проведение оптимизации включается перебор значительного количества вариантов. На этом этапе целесообразно использовать ЭВМ для проведения расчетов, при этом проектировщик принимает принципиальные решения, направляя процесс расчета и оптимизации объекта. Этот этап может состоять из нескольких уровней иерархии. На каждом из уровней может проводиться оптимизация определенного элемента или группы элементов, как структурная, так и параметрическая.

Последние 2 этапа (выполнение полного детального расчета выбранного варианта и оформление техдокументации) требуют значительных затрат времени, но при этом достаточно просты и легко алгоритмизируются, целесообразно применять на этих этапах ЭВМ.

На уровне проектирования и оптимизации (этап 2) используется структура, представленная на рис. 17.3.

Этот блок позволяет выполнить оптимизацию как структурную (например, для теплотехнических объектов это нахождение оптимальной их конструкции, схемы тока сред), так и параметрическую (оптимальные режимные параметры объекта заданной конструкции). Различие состоит в варьируемых параметрах – величинах, которые изменяются от варианта к варианту в процессе переборов.

Синтез исходных параметров и изменение их – блоки, синтезирующие новый варианта объекта. После следует составление модели объекта. Модели бывают математическими и физическими. Физическая модель – это реально созданный образец объекта, тогда как математическая модель – это совокупность математических объектов (чисел, переменных и др.) и отношений между ними, адекватно отражающих необходимые свойства проектируемого объекта. После построения модели производится расчет требуемых параметров и анализ оптимальности текущего варианта. Условия прекращения переборов могут быть различными в зависимости от метода оптимизации, располагаемых ресурсов и др., например: перебраны все возможные варианты; достигнут вариант, удовлетворяющий заданным условиям оптимальности; ручное прекращение переборов пользователем и др. Если условие прекращения переборов не удовлетворено, задаются новые исходные параметры объекта и начинается новый цикл переборов.

После проведения оптимизации на текущем уровне иерархии формируются необходимая техдокументация, и, если необходима разработка элементов на более низком уровне иерархии – отдельное техзадание на их разработку.

Для полной или частичной автоматизации перечисленных этапов проектирования и строится САПР.