Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы автоматизированного проектирования изделий и процессов. Учебное пособие
.pdf
21
Методика структуризации целей и функций — это последовательность
этапов и средств их реализации, облегчающих формирование, оценку и анализ
целей и функций систем управления.
Анализ определений цели и связанных с ней понятий показывает, что в
зависимости от стадии познания объекта, этапа системного анализа в понятие
«цель» вкладывают различные оттенки — от идеальных устремлений до
конкретных целей — конечных результатов, достижимых в пределах
некоторого интервала времени, формулируемых иногда даже в терминах
конечного продукта деятельности.
Обобщение результатов исследований процессов целеобразования,
проводимых различными специалистами, и наблюдение процессов обоснования
и структуризации целей в конкретных условиях позволили сформулировать
некоторые общие принципы и закономерности формулирования целей в
открытых системах с активными элементами:
- зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии
познания объекта (процесса) и от времени;
- зависимость цели от внешних и внутренних факторов;
- возможность (и необходимость) сведения задачи формулирования
обобщающей (общей, глобальной) цели к задаче ее структурирования;
- закономерности формирования структур цели.
Цели могут представляться в форме различных структур — сетевых,
иерархических (древовидных, страт, эшелонов); матричной.
Методика структуризации целей, предложенная Ю. И. Черняком, состоит
из следующих принципов:
- концепция о соответствии двух «шкал» развития сложных систем
(рис. 4) — пространственной и временной;
- принцип выделения составляющих на верхнем уровне структуры дерева
целей для решения новых, неисследованных проблем (рис. 5);
- принцип «пирамидки», помогающий понять, что выделяемые ветви
дерева целей характеризуют объем области целей (рис. 6).
22
Отдаленная
среда
Ближайшая
среда
Исследуемая
система
Текущий
период
Ближайшая
перспектива
Отдаленная
перспектива
Время
Пространство
Рис. 4. Схема по концепции соответствия двух «шкал»
ПРОБЛЕМА
Что нужно
УЗНАТЬ?
Что нужно
СОЗДАТЬ?
Что нужно
ОРГАНИЗОВАТЬ?
Рис. 5. Схема принципа выделения составляющих на верхнем
уровне структуры дерева целей
Рис. 6. Принцип «пирамидки»
23
Система — совокупность элементов, объединенных единством цели и
иерархией взаимоотношений. Частью системы может быть элемент или другая
система (подсистема). В технике рассматриваются сложные технические
системы. Понятие сложности определяется наличием подсистем различной
физической природы. Каждая подсистема может выполнять свою подцель, но в
результате все они работают на единую цель всей системы.
По существу, системы проектирования могут рассматриваться как
сложные человеко-машинные многоконтурные многомерные системы
управления с обратной связью, требующие сбора, передачи, переработки и
использования информации для достижения цели проектирования. Они должны
быть подчинены тому или иному критерию оптимизации, например критерию
наименьшей продолжительности или максимального быстродействия при
ограниченных затратах, или критерию быстрейшей окупаемости
спроектированной системы и т. д.
Вначале термин «автоматизация проектирования» применялся во всех тех
случаях, когда ЭВМ использовали для расчетов, связанных с проектированием.
Но сейчас этот термин приобрел более специфический смысл, относящийся к
интерактивным системам, в которых проектировщик и ЭВМ при решении задач
проектирования взаимодействуют друг с другом. При помощи автоматизации
проектирования результаты проектирования объектов, в которых
использовались новые идеи и технические средства, могут быстро сообщаться
проектировщику в удобной для него форме. Благодаря этому за короткий
промежуток времени можно глубоко проникнуть в суть проблем, связанных с
проектированием. Автоматизация проектирования также позволяет создавать
необходимую документацию и проверять полученные результаты. Таким
образом, сегодня речь идет о создании так называемых интеллектуальных
человеко-машинных систем, в рамках которых возможно выполнение всего
цикла проектных работ, начиная от научных исследований и заканчивая
изготовлением конструкторской и технологической документации, а в ряде
случаев — макетов или опытных образцов. Причем «интеллектуальность»
таких систем определяется тем, в какой степени каждая их них способствует
раскрытию и использованию интеллектуальных возможностей человека, его
знаний и опыта как специалиста, освобождая его от механической и
нетворческой работы.
Проектирование — это комплекс работ по исследованию, расчетам и
конструированию нового изделия или нового процесса. В основе
проектирования лежит первичное описание — техническое задание (ТЗ).
Различают следующие системы проектирования: неавтоматизированное
проектирование и автоматизированное проектирование. Процесс
проектирования, осуществляемый человеком вручную (без использования
ЭВМ), называют неавтоматизированным проектированием. Проектирование,
24
при котором все проектные решения или их часть получают путем
взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным
проектированием.
Необходимо выделить понятие автоматического проектирования, которое
остается для выполнения отдельных вычислительных операций, процедур,
выполняемых средствами вычислительной техники согласно заложенным в них
программам.
Таким образом, автоматическим проектированием называют
проектирование, при котором все преобразования описаний объекта и
алгоритма его функционирования осуществляются без участия человека.
Автоматическое проектирование возможно лишь в отдельных частных случаях
для сравнительно несложных объектов.
Цель процесса проектирования состоит, прежде всего, в том, чтобы на
основе исходной информации, получаемой в процессе проектирования,
разработать техническую документацию для изготовления объекта
проектирования. Проектирование включает в себя разработку ТЗ, отражающего
потребности, и реализацию ТЗ в виде проектной документации.
Проектирование, по существу, представляет собой процесс управления с
обратной связью. Техническое задание формирует входы, которые
сравниваются с результатами проектирования, и если они не совпадают, цикл
проектирования повторяется вновь до тех пор, пока отклонение от заданных
технических требований не окажется в допустимых пределах.
Процесс проектирования осуществляется системой проектирования, т. е.
совокупностью взаимодействующих друг с другом проектировщиков и
необходимых для проектирования технических средств.
САПР — система, объединяющая технические средства, математическое
и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с
максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и
конструирования.
Основные цели автоматизированного проектирования:
- повышение качества;
- снижение материальных затрат;
- сокращение сроков проектирования.
Функционирование САПР определяет новую прогрессивную технологию
проектирования, основанную на взаимодействии человека и ЭВМ.
Последовательность этапов или проектных процедур в системе называется
маршрутом проектирования объекта. Проектная процедура — это часть этапа
проектирования, выполнение которой заканчивается получений проектного
решения.
САПР позволяют освободить проектировщика от выполнения рутинных,
часто выполняемых задач, предоставить больше времени для творчества,
25
повысить скорость и качество выполнения задач. Количество существующих
САПР для швейной промышленности исчисляется десятками. Все они
обладают как преимуществами, так и недостатками по отношению друг к
другу. Конечно, невозможно научиться пользоваться всеми современными
САПР, однако изучение некоторых представителей видов существующих
систем позволит студентам свободно ориентироваться в их постоянно
возрастающем количестве, адаптироваться к работе практически в любой
системе проектирования швейных изделий.
САПР создаются в проектных, конструкторских, технологических
организациях в целях:
- повышения качества и технико-экономического уровня проектируемой
и выпускаемой продукции;
- повышения эффективности и надежности объектов проектирования,
уменьшения затрат на их создание и эксплуатацию;
- сокращения сроков, уменьшения трудоемкости проектирования и
повышения качества проектной документации.
Достижение целей создания САПР обеспечивается путем:
- совершенствования систематизации и унификации процессов
проектирования на основе применения математических методов и средств
вычислительной техники;
- комплексной автоматизации проектных работ в проектной организации
с необходимой перестройкой ее структуры и кадрового состава;
- повышения качества управления проектированием;
- применения эффективных математических моделей проектируемых
объектов, комплектующих изделий и материалов;
- использования методов многовариантного проектирования и
оптимизации;
- автоматизации трудоемких и рутинных проектных работ;
- замены натурных испытаний и макетирования математическим
моделированием.
1.3. Классификация САПР
Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по
приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых
задач), характеру базовой подсистемы — ядра САПР.
Классификация по общим характеристикам, определяющим
функционирование САПР как единого целого:
1. По назначению (по приложению):
26
- машиностроительные САПР. Их часто называют машиностроительными
САПР или MCAD (Mechanical CAD) системами;
- САПР радиоэлектроники (ECAD — Electronic CAD или EDA —
Electronic Design Automation). Различают два подвида: для изделий
микроэлектроники — проектирование принципиальных и монтажных схем,
печатных плат, автоматическое размещение элементов изделий,
автотрассировка; электротехнические — разработка принципиальных схем и
схем подключения электротехнического оборудования, его пространственная
компоновка, ведение баз данных готовых изделий;
- САПР архитектуры и строительства. Предназначены для трехмерного
проектирования архитектурно-строительных конструкций, расчета
специальных конструкций типа крыш, типовых статических расчетов
строительных конструкций, ведения баз данных стандартных элементов,
планирования территорий под строительство;
- геоинформационные САПР. Предназначены для оцифровки данных
полевой съемки, анализа геодезических сетей, построения цифровой модели
рельефа, создания в векторной форме карт и планов, ведения земельного и
городского кадастров, ведения электронного картографического архива.
2. По способу организации информационных потоков:
- индивидуальные автоматизированные рабочие места. Эти системы
создаются на базе отдельных рабочих станций или персональных компьютеров
(ПК) с соответствующим ПО;
- распределенная одноуровневая система. Системы, объединенные в
локальную сеть с несколькими рабочими станциями и/или ПК.
Функциональные возможности ПО в этом случае больше всего зависят от
технических параметров используемых средств вычислительной техники и
могут выполнять равноправные проектно-конструкторские функции;
- распределенная многоуровневая система. Системы, объединенные в
локальную сеть с одной или несколькими рабочими станциями и ПК.
Функциональные возможности ПО в этом случае отличаются: на
высокопроизводительных рабочих станциях устанавливаются мощные и
достаточно дорогие САПР, а на ПК — их более дешевые, несколько
сокращенные функциональные аналоги;
- интегрированная многоуровневая система. Системы, предназначенные
для проектирования и подготовки производства сложных изделий, как правило,
имеют и достаточно сложную внутреннюю иерархию информационных
потоков, наложенную на сложную структуру;
- интегрированная система управления предприятием. Системы,
управляющие всем комплексом задач функционирования предприятия как
единого целого.
27
3. По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР,
обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе
MCAD появляются CAE/CAD/CAM системы:
- САПР функционального проектирования, иначе – САПР-Ф или CAE
системы;
- конструкторские САПР общего машиностроения — САПР-К, часто
называемые просто CAD системами;
- технологические САПР общего назначения — САПР-Т, иначе
называемые автоматизированными системами технологической подготовки
производства (АСТПП) или системами CAM.
Классификация по программным характеристикам разделяет системы по
отдельным особенностям программных решений:
1. По специализации программных средств:
- специализированные системы. Позволяют автоматизировать комплекс
задач, связанных с достаточно узкой областью проектирования или подготовки
производства;
- универсальные системы. Позволяют создавать изделия самого широкого
профиля (большинство машиностроительных САПР);
- комплексные системы. Предназначены для решения проблем
проектирования и подготовки производства специальных высокосложных
изделий (судна, самолеты и т. п.).
2. По характеру базовой системы:
- САПР на базе подсистем машинной графики и геометрического
моделирования (графическое ядро). Эти САПР ориентированы на приложения,
где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е.
определение пространственных форм и взаимного расположения объектов.
Поэтому к этой группе относится большинство графических ядер САПР в
области машиностроения. В настоящее время широко используются
унифицированные лицензируемые графические ядра, применяемые более чем в
одной САПР: Parasolid фирмы EDS Unigraphics, ACIS фирмы Integraph;
- САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых
при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается
большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в техникоэкономических приложениях, например при проектировании бизнес-планов, но
имеют место также при проектировании объектов, подобных щитам управления
в системах автоматики;
- САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это
автономно используемые программно-методические комплексы, например
имитационного моделирования производственных процессов, расчета
прочности по методу конечных элементов, синтеза и анализа систем
автоматического управления и т. п. (MathCAD);
28
- комплексные (интегрированные) САПР. Характерными примерами
комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM системы в машиностроении или
САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы
проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных
схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий.
3. По способу организации внутренней структуры САПР:
- нерасширяемые системы. Используют стандартный набор
взаимосвязанных модулей, реализующий все основные функции системы;
- масштабируемые модульные системы (вокруг ядра). Формируются
вокруг базового ядра, которое включает в себя все требуемые базовые средства
двухмерной и трехмерной графики, средства диалога с пользователем, базу
данных графической информации и позволяют компоновать
специализированные системы на базе свободно подключаемых модулей,
учитывающих специфику работы пользователя.
4. По возможности функционального расширения:
- закрытые системы. Не имеют средств индивидуальной настройки и
возможности расширения системы пользователем.
- системы с интерфейсом, настраиваемым пользователем. Обладают
возможностью подстройки системы меню, создания диалоговых окон для
формирования удобной для пользователя среды;
- системы с пакетной обработкой команд (сценарии в текстовом файле).
Имеют возможность выполнения последовательности команд САПР,
сформированных в текстовом пакетном файле, созданном внешней
программой;
- системы со встроенным макроязыком и библиотекой функций.
Обладают средствами для записи макрокоманд или создания новых функций
пользователем, позволяющими автоматизировать специфические
конструкторские операции;
- системы с возможностью подключения внешних модулей. Позволяют
подключать модули пользователя, написанные на языках высокого уровня типа
С++, что значительно увеличивает потенциальные возможности расширения
системы;
- инструменты разработчика САПР (разработка модулей и приложений).
Дают возможность, используя набор стандартных библиотек функций,
создавать свои собственные приложения для САПР или даже собственные
САПР.
5. По возможности обмена информацией:
- замкнутые системы. Сохраняют данные в своем собственном
внутреннем формате, не позволяют обмениваться информацией с другими
системами;
29
- системы с текстовыми файлами обмена информацией. Сохраняют и
считывают информацию об отдельных геометрических примитивах в виде
массивов цифр, разделенных пробелами или запятыми;
- системы со стандартными средствами обмена данными. Позволяют
сохранять и считывать полную информацию о созданных моделях изделий в
специальном текстовом или двоичном формате, описывающем все объекты
модели в специальных терминах описания графических примитивов с
соответствующими им числовыми значениями.
6. По способу создания изменяемых прототипов:
- неизменяемые готовые блоки. Вставляются в модель или чертеж в виде
готовых элементов, предварительно сохраненных на жестком диске;
- элементы, программно формируемые во внешних модулях. Создаются
специальными программами в виде текстовых пакетных файлов с
последовательностью команд построения объекта или стандартных файлов
обмена;
- параметрически задаваемые элементы. Представляют собой
графические объекты, размеры которых связаны между собой в виде
взаимозависимых цепочек параметров, изменение какого-либо одного из них
или зависимости, определяющей взаимосвязь нескольких параметров, приводит
к соответствующему пересчету во всей зависимой цепочке размеров и
соответствующему изменению геометрии модифицируемого объекта;
- адаптивно изменяемые элементы. Дают возможность несколько более
простой корректировки объектов. Указанием курсора мыши на
модифицируемые элементы геометрии объекта можно изменить форму
контуров объекта или задать в диалоговом окне новую величину
определяющего параметра;
- комбинированные методы. Сочетают адаптивную технологию быстрой
корректировки свободных размеров и параметрическую технологию изменения
взаимосвязанных размеров.
7. По методам моделирования функционирования изделий:
- без специальных методов. Основные параметры проектируемых
конструкций определяются вне системы традиционными методами;
- проверочные расчеты с использованием метода конечных элементов
(МКЭ). Позволяют проводить широкий комплекс работ по определению
основных прочностных характеристик изделия, величин напряжений и
деформаций в зависимости от различных схем нагружения и параметров
материала;
- специализированные подсистемы моделирования. Дают возможность
анализировать поведение системы весьма специфических материалов в не
менее особых условиях.
30
Классификация по техническим характеристикам, определяющая
особенности используемых в САПР средств вычислительной техники и
периферийного оборудования:
1. По используемым средствам вычислительной техники:
- персональные компьютеры;
- рабочие станции.
2. По способу объединения технических средств:
- автономные рабочие станции;
- многотерминальные ЭВМ;
- одноранговая локальная сеть;
- локальная сеть с выделенным сервером;
- гетерогенная сеть со сложной структурой.
3. По масштабам:
- отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР,
например комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с
МКЭ или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК;
- системы с уникальными архитектурами не только программного, но и
технического обеспечений.
4. По используемому периферийному оборудованию:
- САПР минимальной конфигурации;
- технически развитые САПР.
Классификация по эргономическим характеристикам основана на оценке
эффективности взаимодействия пользователя с программно-техническими
средствами САПР:
1. По способу организации пользовательского интерфейса:
- с командной строкой;
- с системой иерархических меню и диалоговых окон с контекстной
помощью (в виде текстовых строк или в виде условных пиктограмм);
- с объектно-ориентированным интерфейсом и мультимедийной системой
помощи.
2. По удобству диалога системы с пользователем:
- с интуитивным и удобным пользовательским интерфейсом.
- с пользовательским интерфейсом, требующим долгого обучения.
3. По поддержке визуализации:
- двумерные системы;
- трехмерные каркасные;
- трехмерные с удалением скрытых линий;
- трехмерные со светотеневой раскраской;
- трехмерные с фотореалистическим изображением.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]