И. П. Норенков

Основы

автоматизированного

проектирования

Издание второе,

переработанное и дополненное

Допущено Министерством образования

Российской Федерации

в качестве учебника для студентов

высших учебных заведений,

обучающихся по направлению подготовки

дипломированных специалистов

«Информатика и вычислительная техника»

Москва

Издательство МГТУ имени Н.Э.Баумана

2002

УДК 681.31(075.8)

ББК 32.97

Н82

Рецензенты:

кафедра «Прикладная математика» Московского энергетического

института

(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.П. Кутепов);

кафедра САПР Воронежского государственного университета

(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Я.Е. Львович)

Норенков И.П.

Н82 Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. 2-е

изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 336 с.:

ил. - (Сер. Информатика в техническом университете).

ISBN 5-7038-2090-1

Во втором (1-е изд. в 2000 г.) издании учебника даны сведения по различным аспектам

и видам обеспечения систем автоматизированного проектирования, необходимые

квалифицированным пользователям САПР в различных областях техники. Значительное

внимание уделено математическому обеспечению процедур анализа и синтеза проектных

решений, построению локальных и корпоративных вычислительных сетей САПР, составу

и функциям системных сред САПР. Освещены также активно развиваемые в последнее

время методики концептуального проектирования сложных систем, положенные в основу

CALS-технологий, а также вопросы интеграции САПР с автоматизированными системами

управления и делопроизводства.

Содержание учебника соответствует курсу лекций, который автор читает в МГТУ

им. Н.Э. Баумана.

Для студентов высших технических учебных заведений. Может быть полезен аспирантам

и работникам промышленности, использующим методы и средства САПР в своей работе.

The textbook is devoted to basic problems and aspects of CAE/CAD/CAM systems. Main

approaches to design procedures including methods and algorithms for modeling, simulation and

synthesis are considered. The information about workstations, networks, design frameworks

and CALS components are given too.

The book is intended to students of technological universities, it may be recommended to

postgraduates and industry specialists using CAE/CAD/CAM in their activity.

УДК 681.31(075.8)

ББК 32.97

© И.П. Норенков, 2002

ISBN 5-7038-2090-1 © Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 9

1. Введение в автоматизированное проектирование 12

1.1. Системный подход к проектированию 12

Понятие инженерного проектирования (12). Принципы системного подхода (13). Ос-

новные понятия системотехники (15).

1.2. Структура процесса проектирования 17

Иерархическая структура проектных спецификаций и иерархические уровни проек-

тирования (17). Стадии проектирования (19). Содержание технических заданий на про-

ектирование (20). Классификация моделей и параметров, используемых при автома-

тизированном проектировании (20). Типовые проектные процедуры (22).

1.3. Системы автоматизированного проектирования и их место среди

других автоматизированных систем 25

Этапы жизненного цикла промышленных изделий (25). Структура САПР (27). Разно-

видности САПР (28). Понятие о CALS-технологиях (30).

1.4. Особенности проектирования автоматизированных систем 31

Этапы проектирования (31). Открытые системы (34).

Упражнения и вопросы для самоконтроля 36

2. Техническое обеспечение систем автоматизированного проек-

тирования 37

2.1. Структура технического обеспечения 37

Требования, предъявляемые к техническому обеспечению (37). Типы сетей (38).

Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (41).

2.2. Аппаратура рабочих мест в автоматизированных системах проек-

тирования и управления 43

Вычислительные системы в САПР (43). Периферийные устройства (45). Особенности

технических средств в АСУТП (46).

2.3. Методы доступа в локальных вычислительных сетях 47

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (47).

Маркерные методы доступа (48).

2.4. Локальные вычислительные сети Ethernet 48

Состав аппаратуры (48). Структура кадра (49). Разновидности сетей Ethernet (50).

2.5. Сети кольцевой топологии 52

Сеть Token Ring (52). Сеть FDDI(55).

Оглавление

2.6. Каналы передачи данных в корпоративных сетях ,.... 56

Характеристики и типы каналов передачи данных (56). Радиоканалы (58). Аналоговые

каналы (60). Цифровые каналы (61). Организация дуплексной связи (64).

2.7. Стеки протоколов и типы сетей в автоматизированных системах 64

Протокол TCP (64). Протокол IP (67). Адресация в TCP/IP (68). Другие протоколы

Стека ТСРЛР (71). Протоколы SPX/IPX (73). Сети Х.25 и Frame Relay (74). Сети ATM

(75). Промышленные сети (78). Сетевое коммутационное оборудование (80).

Упражнения и вопросы для самоконтроля 83

3. Математическое обеспечение анализа проектных решений 85

3.1. Компоненты математического обеспечения 85

Математический аппарат в моделях разных иерархических уровней (85). Требования

к математическим моделям и численным методам в САПР (86). Место процедур

формирования моделей в маршрутах проектирования (87).

3.2. Математические модели в процедурах анализа на макроуровне 88

Исходные уравнения моделей (88). Примеры компонентных и топологических урав-

нений (89). Представление топологических уравнений (93). Особенности эквивален-

тных схем механических объектов (95). Характеристика методов формирования ММС

(96). Узловой метод (97).

3.3. Методы и алгоритмы анализа на макроуровне 100

Выбор методов анализа во временной области (100). Алгоритм численного интегри-

рования СОДУ (104). Методы решения систем нелинейных алгебраических уравне-

ний (105). Методы решения систем линейных алгебраических уравнений (106). Ана-

лиз в частотной области (108). Многовариантный анализ (108). Организация

вычислительного процесса в универсальных программах анализа на макроуровне (111).

3.4. Математическое обеспечение анализа на микроуровне 114

Математические модели на микроуровне (114). Методы анализа на микроуровне

(114). МКЭ в программах анализа механической прочности (117).

3.5. Математическое обеспечение анализа на функционально-логичес-

ком уровне 118

Моделирование и анализ аналоговых устройств (118). Математические модели дис-

кретных устройств (120). Методы логического моделирования (124).

3.6. Математическое обеспечение анализа на системном уровне 125

Основные сведения из теории массового обслуживания (125). Аналитические моде-

ли СМО (128). Пример аналитической модели (130). Имитационное моделирование

СМО (131). Событийныйметодмоделирования(133). Краткое описание языка GPSS (134).

Сети Петри (140). Анализ сетей Петри (143).

3.7. Математическое обеспечение подсистем машинной графики и

геометрического моделирования 144

Компоненты математического обеспечения (144). Геометрические модели (146). Ме-

тоды и алгоритмы машинной графики (подготовки к визуализации) (149).

Упражнения и вопросы для самоконтроля 151

Оглавление