1.2. Структура и основные принципы построения сапр

Проектирование - связанная совокупность процессов преобразования одних данных в другие. Проектирование технического объекта связано с созданием, преобразованием и представлением в принятой форме образа этого объекта. Образ объекта или его составных частей может создаваться в результате творческого процесса или генерироваться по некоторым алгоритмам в процессе взаимодействия человека и ЭВМ.

Целью автоматизированного проектирования является синтез конструктивного варианта объекта в наибольшей степени удовлетворяющего требованиям технического задания. Из-за сложности автоматизации такого процесса системы автоматизированного проектирования являются сложными и многокомпонентными системами, процессы преобразования данных в которых весьма разнообразны. Основными этапами автоматизации проектирования являются:

1) поиск принципиальных проектных решений;

2) разработка эскизного варианта конструкции и его оптимизации;

3) уточнение и доработка выбранного варианта, выполнение полных расчетов;

4) разработка полного комплекта конструкторской документации.

Системы САПР предназначены для: ввода, хранения, обработки и вывода графической информации в виде конструкторских документов. Человеку в этом процессе отводится активная роль. На многих предприятиях автоматизация конструкторской подготовки производства началась достаточно давно, и конструкторы в этом отношении – одни из наиболее передовых участников процесса. Проектно-конструкторская проработка представляет собой важную часть жизненного цикла будущего изделия: принятые уже на этом этапе решения во многом определяют эффективность производства, сбыта и эксплуатации. В процессе конструкторской проработки формируется состав изделия, а закладываемая конструктором информация о применяемых материалах, сортаменте, назначаемых допусках и отклонениях впоследствии оказывает существенное влияние на технологичность конструкции, сроки производства и стоимость продукции.

На данный момент системы автоматизированного проектирования классифицируют по так называемой схеме “трехуровневой классификации систем”, смысл которой состоит в общей оценке ожидаемых результатов от внедрения конкретной САПР:

• системы нижнего уровня сокращают сроки выпуска документации, но не гарантируют конструктора от ошибок;

• системы среднего уровня (CAD или CAD/CAM) позволяют создать объемную модель изделия, по которой определяются инерционно-массовые, прочностные и прочие характеристики, а в ряде систем выполняется и подготовка управляющих программ. Экономический эффект - в многократном повышении производительности труда при резком сокращении ошибок и, соответственно, затрат на доводку изделия;

• системы высшего уровня (CAD/CAM/CAE/PDM), кроме перечисленных функций, дают возможность проектировать изделия с контролем технологичности. То есть позволяют полностью отрабатывать  изделия на электронных макетах, что исключает ошибки в конструкции без изготовления натурных макетов, а также имитировать технологические процессы на электронных макетах оснастки, что значительно уменьшает затраты и время на подготовку производства изделия.

В зависимости от решаемых задач (формирование облика изделия, выпуск конструкторской документации, построение электронного макета) конструкторскими подразделениями могут применяться системы перечисленных уровней.

Современные средства пространственного моделирования незаменимы при проверке и оптимизации компоновки изделия, конечно-элементном анализе конструкции и технологичности изделия (инженерный анализ), сложной многокоординатной ЧПУ-обработке (управление станками), составлении эксплуатационной документации, справочных руководств, каталогов запасных частей, представленных в электронном виде.

Кроме этого, САПР можно классифицировать и по приведенным ниже признакам:

Эффективность САПР в значительной мере определяется возможностями прикладного программного обеспечения.

Удобство САПР в значительной мере определяется видом связи с человеком. Наиболее эффективным видом связи является графический диалог, который обеспечивает большую наглядность в передаче информации и позволяет оптимально разграничить функции между человеком и ЭВМ при одновременном улучшении качества принимаемых человеком решений.

Гибкость САПР с точки зрения расширения возможностей ее использования может быть увеличена, если программное обеспечение САПР является универсальным и открытым.

Проблемы создания гибкого и универсального программного обеспечения для систем автоматизированного проектирования сложных объектов в значительной мере являются проблемами информационного согласования различных частей программного обеспечения при реализации множества возможных маршрутов проектирования.

Примером такой наиболее удачной реализации САПР на сегодняшний день является система AutoCAD - универсальная графическая система, в основу структуры которой положен принцип открытой архитектуры, позволяющей адаптировать и развивать многие функции AutoCAD применительно к конкретным задачам и требованиям, что обеспечивается при помощи неотъемлемой части модуля ADE-3 - языка программирования Автолисп. Это в свою очередь позволяет пользователям и прикладным программистам писать макросы и функции на данном языке высокого уровня, хорошо сочетающегося с машинной графикой.

САПР, как система, включает в себя: технические средства, системное программное обеспечение, прикладное программное обеспечение и самого проектировщика. Сложность и многообразие задач, решаемых САПР, приводит к необходимости дробления программного обеспечения САПР на отдельные программные модули.

Первые опыты промышленного использования САПР показали наиболее рациональные области их первоочередного внедрения. Наибольший успех был достигнут там, где САПР ограничено связана с существующим производством и где исполнители благодаря внедрению САПР освобождались от необходимости решения сложных и рутинных задач.

Технология САПР объединяет проектирование, подготовку производства и контроль качества продукции. Основная роль при этом принадлежит проектировщику, использующему соответствующие технические и программные средства. Он выполняет работу, находясь на автоматизированном рабочем месте (АРМ) и используя по своему усмотрению те или иные программные модули САПР.

Анализ применения САПР показывает, что в них преобладают задачи изготовления рабочей документации (чертежи и спецификации узлов), инженерных расчетов и технологической подготовки производства. Средства автоматизации проектирования можно сгруппировать по видам обеспечения автоматизированного проектирования следующим образом:

Техническое обеспечение САПР представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.

Техническое обеспечение делится на: группы средств программной обработки данных, подготовки и вывода данных, отображения и документирования, архива проектных решений, передачи данных.

Средства программной обработки данных представлены процессорами и запоминающими устройствами, т.е. ЭВМ, в которых реализуются преобразования данных и программное управление вычислениями.

Средства подготовки, ввода, отображения и документирования данных служат для общения человека с ЭВМ. Средства архива проектных решений представлены внешними или внутренними запоминающими устройствами; средства передачи данных используются для организации связей между территориально разнесенными ЭВМ и терминалами.

Математическое обеспечение САПР объединяет в себе математические модели проектируемых объектов, методы и алгоритмы выполнения проектных процедур, используемые при автоматизированном проектировании.

Программное обеспечение САПР объединяет собственно программы для систем обработки данных на машинных носителях и программную документацию, необходимую для эксплуатации программы. Программное обеспечение (ПО) делится на общесистемное, базовое и прикладное. Общесистемное ПО предназначено для организации функционирования ЭВМ (операционные системы). Базовое и прикладное ПО создаются для нужд САПР.

В базовое ПО входят программы, обеспечивающие правильное функционирование прикладных программ. В прикладном ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур.

Информационное обеспечение САПР объединяет всевозможные данные, необходимые для выполнения автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение САПР представлено совокупностью языков, применяемых для описания процедур автоматизированного проектирования и проектных решений.

Методическое обеспечение САПР составляют документы, характеризующие состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования.

Техническую производительность САПР определяет: производительность ЭВМ, ее архитектура, связь с другими ЭВМ, количество и номенклатура внешних устройств.

Функционирование САПР возможно только при наличии и взаимодействии всех вышеперечисленных средств автоматизированного проектирования. Средства автоматизированного проектирования объединяются в подсистемы САПР, ориентированные на выполнение определенных совокупностей проектных процедур - проектирующие подсистемы.

Кроме проектирующих подсистем в САПР входят также обслуживающие подсистемы, предназначенные для обеспечения нормального функционирования проектных подсистем.

В САПР обычно выделяют три части, или подсистемы: формирования входной информации; проектирования—пакеты прикладных и управляющих программ; формирования выходной информации.

Такие системы работают обычно в автоматическом режиме, имеют многовариантную основу, т. е. могут быть нацелены на процесс перепроектирования, если полученный результат по тем или иным причинам не устраивает проектировщика. Идентичные элементы систем САПР в зарубежной литературе имеют следующую аббревиатуру:

- подсистема формирования входной информации — PREPROCESSOR;

- подсистема проектирования — PROCESSOR;

- подсистема формирования выходной информации — POSTPROCESSOR.

Сердцевиной, центральной частью современных САПР является ее ядро (PROCESSOR).

Ядро – это библиотека основных математических функций CAD-системы, которая определяет и хранит внутримашинное представление объекта проектирования, ожидая команды пользователя, и выполняет управление графикой в реальном масштабе времени.

Ядро САПР, предназначенной для автоматизации проектирования конструкций и выпуска конструкторской документации должно обеспечивать функции:

1. управление работой всех прикладных программ, пользователей и операторов, включая настройку программного обеспечения на конкретные условия функционирования;

2. разделение работ по выпуску конструкторской документации (КД) на отдельные этапы (расчет, обработка и выпуск КД);

3. формирование заданий на подготовку и накопление их в очереди к соответствующим компонентам САПР для выполнения;

4. использование графических баз данных и баз данных спецификаций для подготовки КД;

5. передача заданий на подготовку и выпуск КД по сети в случае специализации автоматизированных рабочих мест;

6. получение твердых копий КД на соответствующих устройствах;

7. ведение графических баз данных и баз данных спецификаций;

8. накопление статистики о работе прикладных программ, работе пользователей и операторов, а также об объемах выпущенной документации.