Лекція 2 Процес проектування та структура сапр лекція 2

Тема: Процес проектування та структура САПР.

Мета: з’ясувати суть кожного з трьох основних способів створення опису об’єкта, визначити стадії та етапи процесу проектування, розглянути види забезпечення та класифікацію САПР.

План:

1. Методологія автоматизованого проектування.

2. Забезпечення та класифікація САПР.

3. Системний підхід до автоматизації проектування.

1. Методологія автоматизованого проектування

При побудові нових об'єктів техніки по заданому описі неіснуючого об'єкта виконується його матеріалізація в працездатну надійну конструкцію.

Проектування - це процес створення опису, необхідного для побудови в заданих умовах ще не існуючого об'єкта, на основі первинного опису цього об'єкта. Процес створення опису нового об'єкта може виконуватися різними способами. Виділимо три основних.

Якщо весь процес проектування здійснює людина, то проектування називають неавтоматизованим. У цей час неавтоматизоване проектування складних технічних об'єктів практично не застосовують.

Найбільше поширення одержало проектування, при якому відбувається взаємодія людини та ЕОМ. Таке проектування називають автоматизованим. Автоматизоване проектування, як правило, здійснюється в режимі діалогу людини з ЕОМ на основі застосування спеціальних мов спілкування з ЕОМ.

Проектування, при якому всі перетворення описів об'єкта й алгоритму його функціонування здійснюються без участі людини, називають автоматичним.

Розглянемо ряд понять, які використаються при розробці технічних об'єктів (ТЕ). Первинний опис ТО, представлене в заданій формі, називається завданням на проектування. У завданні на проектування ТО повинні бути відомості про призначення ТО, його параметрах, способах функціонування, конструктивної реалізації, виготовлення й т.п.

Проектним рішенням називається проміжний або кінцевий опис об'єкта проектування, необхідне й достатнє для розгляду і визначення подальшого напрямку або закінчення проектування.

Проектне рішення або їхня сукупність, що задовольняють заданим вимогам, необхідні для створення об'єкта проектування, будуть результатом проектування. У задані вимоги повинні бути обов'язково включені вимоги до форми проектного рішення, що представляє.

Документ, виконаний за заданою формою, у якому представлене яке-небудь проектне рішення, отримане при проектуванні, називається проектним.

Сукупність проектних документів відповідно до встановленого переліку, у якому представлений результат проектування, називається проектом.

Под проектною процедурою розуміють формалізовану сукупність дій, виконання яких кінчається проектним рішенням. Наприклад, проектними процедурами є оптимізація, контроль, пошук рішення, коректування, компонування, перевірка правильності збірки ТО і т.п.

При тимчасовому розподілі робіт зі створення нових об'єктів процес проектування розділяється на стадії й етапи. Розрізняють 8 стадій: предпроектные дослідження; технічне завдання; технічна пропозиція; ескізний проект; технічний проект; робочий проект; виготовлення; налагодження, випробування й запровадження в дію.

При створенні нових об'єктів виділяють наступні етапи:

• етап науково-дослідних робіт (НИР). Поєднує стадії: предпроектные дослідження, технічне завдання й частина технічної пропозиції. Тут проводять дослідження з пошуку нових принципів функціонування, нових структур, фізичних процесів, нової елементної бази, технічних засобів і т.п.;

• етап дослідно-конструкторських робіт (ОКР). Поєднує стадії: частина технічної пропозиції, ескізний проект, технічний проект. Тут відбиваються питання детального конструкторського пророблення проекту;

• етап робочого проектування. Поєднує стадії: робочий проект, виготовлення, налагодження й випробування, запровадження в дію. Тут проробляють схемні, конструкторські й технологічні рішення, проводять випробування, виготовлення.

Для етапу НИР в основному використають системи автоматизації наукових досліджень й експериментів.

Розподіл робіт між підрозділами роблять із використанням блочно-ієрархічного підходу (БіП) до проектування. Цей підхід заснований на структуруванні описів об'єкта з поділом описів на ряд ієрархічних рівнів по ступені детальності відображення в них властивостей об'єкта і його частин. Кожному ієрархічному рівню властиві свої форми документації, математичний апарат для побудови моделей й алгоритмів дослідження.

Рівні проектування можна виділяти не тільки по ступені подробиці відбиття властивостей об'єкта, але й по характері відбиваних властивостей. Якщо в першому випадку рівні називають горизонтальними, або ієрархічними, то в другому - вертикальними, або аспектами.

Методологія БІП базується на трьох концепціях: розбивка і локальна оптимізація; абстрагування; повторюваність.

Концепція розбивки дозволяє складне завдання проектування об'єкта звести до рішення більше простих завдань із урахуванням взаємодій між ними. Локальна оптимізація має на увазі поліпшення параметрів усередині кожного простого завдання. Абстрагування полягає в побудові формальних математичних моделей, що відбивають тільки значимі в даних умовах властивості об'єктів. Повторюваність припускає використання існуючого досвіду проектування.

Основне достоїнство БІП - це спрощення процесу проектування й одержання можливості вирішувати завдання проектування доступними засобами.

Використання БІП допомагає: спростити рішення проблеми зберігання даних, скоротити розмірність розв'язуваних завдань і час проектування, застосовувати САПР один раз для об'єкта незалежно від числа ідентичних об'єктів.

Весь процес проектування можна представити як послідовність етапів, що зв'язують концептуальний опис об'єкта і створення цього об'єкта. Зазначений зв'язок реалізують в одному із двох напрямків: висхідному або спадному. Висхідне проектування (ВП), т.е проектування знизу нагору, характеризується рішенням спочатку завдань низьких ієрархічних рівнів з послідовним переходом до рішення завдань більше високих рівнів. Спадне проектування (НП), тобто проектування зверху вниз, є протилежним стосовно ВП.

Використовувана в цей час концепція проектування ТЕ по модульному принципі - це концепція БИП. У системі БИП конструктор виконує функціональні, інтуїтивні й інтелектуальні перетворення на верхніх рівнях, а ЕОМ виконує проектування на нижніх рівнях.

При виділенні горизонтальних рівнів проектування виробляється поділ об'єкта на блоки й розгляд замість об'єкта його окремих блоків.

У загальному випадку при проектуванні технічних об'єктів можна виділити кілька вертикальних рівнів, основні з них - функціональний, конструкторський, технологічний. Опис кожного вертикального рівня у свою чергу ділять на ієрархічні рівні. Нижче наведений приклад структурування опису ЕОМ.

Функціональне проектування містить у собі аналіз технічного завдання (ТЗ) і на його основі вибір із системних позицій методики побудови й шляхів реалізації процесу проектування об'єкта; полягає в розробці функціональних і принципових схем. Тут визначають принципи функціонування й найважливіші параметри й характеристики ТЕ.

Основні завдання функціонального проектування наступні: розробка структурних схем, визначення вимог до вихідних параметрів; аналіз і формування ТЗ на розробку окремих блоків; синтез функціональних і принципових схем отриманих блоків; контроль і вироблення діагностичних тестів; перевірка працездатності синтезованих блоків й ін.

Конструкторське проектування заключається в реалізації принципових схем у заданому конструктивному базисі. При цьому вирішуються питання вибору форм і матеріалів, вибору типорозмірів, компонування, розміщення елементів, трасування з'єднань, контролю.

Технологічне проектування полягає в рішенні завдань технологічної підготовки виробництва – розробці принципової схеми, маршрутів, операцій і переходів технологічних процесів виготовлення деталей, зборки й монтажу вузлів, включаючи вибір оснащення, інструмента, технологічного встаткування й т.п.

Функціональне проектування складається із чотирьох основних горизонтальних рівнів: системного, логічного, схемотехнічного, компонентного. На системному рівні визначають загальну структурну схему, структурні схеми основних блоків. На логічному рівні створюють функціональні та принципові схеми.

Конструкторське проектування складається з ієрархічних рівнів проектування компонентів, типових елементів і т.д. Технологічне проектування складається з рівнів проектування схеми технологічного процесу, технологічних маршрутів, технологічних операцій.