Норенков

2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1. Структура технического обеспечения

Требования, предъявляемые к техническому обеспечению

Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

1)выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

2)взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

3)взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим

проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР

âвычислительную сеть.

Âрезультате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис. 2.1). Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые

40

3.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

3.1. Компоненты математического обеспечения

Математический аппарат в моделях разных иерархических уровней

К МО анализа относятся математические модели, численные методы, алгоритмы выполнения проектных процедур.

Компоненты МО определяются базовым математическим аппаратом, специфичным для каждого из иерархических уровней проектирования.

Íà микроуровне типичные математические модели представлены дифференциальными уравнениями в частных производных вместе с краевыми условиями. К этим моделям, называемым распределенными, относятся многие уравнения математической физики. Объектами исследования здесь являются поля физических величин, что требуется при анализе прочности строительных сооружений или машиностроительных деталей, исследовании процессов в жидких средах, моделировании концентраций и потоков частиц в электронных приборах и т. п.

Число совместно исследуемых различных сред (число деталей, слоев материала, фаз агрегатного состояния) в практически используемых моделях на микроуровне не может быть большим ввиду сложностей вычислительного характера. Резко снизить вычислительные затраты в многокомпонентных средах можно, только применив иной подход к моделированию, основанный на принятии определенных допущений.

Допущение, выражаемое дискретизацией пространства, позволяет перейти к моделям макроуровня. Моделями макроуровня, называемыми также

91

4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИНТЕЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

4.1. Постановка задач параметрического синтеза

Место процедур синтеза в проектировании

Сущность проектирования заключается в принятии проектных решений, обеспечивающих выполнение будущим объектом предъявляемых к нему требований. Синтез проектных решений – основа проектирования; от успешного выполнения процедуры синтеза в определяющей мере зависят потребительские свойства будущей продукции. Конечно, анализ – необходимая составная часть проектирования, служащая для верификации принимаемых проектных решений. Именно анализ позволяет получить необходимую информацию для целенаправленного выполнения процедур синтеза в итерационном процессе проектирования. Поэтому синтез и анализ неразрывно связаны.

Как отмечено в гл. 1, синтез подразделяют на параметрический и структурный. Проектирование начинается со структурного синтеза, при котором генерируется принципиальное решение. Таким решением может быть облик будущего летательного аппарата или физический принцип действия датчика, или одна из типовых конструкций двигателя, или функциональная схема микропроцессора. Но эти конструкции и схемы выбирают в параметрическом виде, т. е. без указания числовых значений параметров элементов. Поэтому, прежде чем приступить к верификации проектного решения, нужно задать или рассчитать значения этих параметров, т. е. выполнить параметрический синтез. Примерами результатов параметрического синтеза могут служить значения геометри- ческих размеров деталей в механическом узле или в оптическом приборе,

187

5. МЕТОДИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

5.1. Cредства концептуального проектирования автоматизированных систем

Типы CASE-систем

В современных информационных технологиях важное место отводится инструментальным средствам и средам разработки АС, в частности системам разработки и сопровождения их ПО. Эти технологии и среды образуют системы, называемые CASE-системами.

Аббревиатура CASE имеет двоякое толкование, соответствующее двум направлениям использования CASE-систем. Первое из них – Computer Aided System Engineering – подчеркивает направленность на поддержку концептуального проектирования сложных систем, преимущественно слабоструктурированных. Далее CASE-системы этого направления будем называть системами CASE для концептуального проектирования. Второе направление называют Computer Aided Software Engineering, что переводится, как автоматизированное проектирование программного обеспечения. Соответствующие CASEсистемы называют инструментальными CASE или инструментальными средами разработки ПО (одно из близких к этому названий – RAD – Rapid Application Development).

Среди систем CASE для концептуального проектирования различают системы функционального, информационного и поведенческого проектирования.

242

6. Информационная поддержка этапов жизненного цикла изделий

6. ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ЭТАПОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ

6.1. Предпосылки и причины появления CALS-технологий

Эффективность интеграции данных о промышленных изделиях

CALS-технологии призваны служить средством, интегрирующим промышленные АС в единую многофункциональную систему. Целью интеграции АС проектирования и управления является повышение эффективности создания и использования сложной техники.

В чем выражается повышение эффективности?

Во-первых, повышается качество изделий за счет более полного учета имеющейся информации при проектировании и принятии управленческих решений. Так, обоснованность решений, принимаемых в автоматизированной системе управления предприятием (АСУП), будет выше, если ЛПР (лицо, принимающее решение) и соответствующие программы АСУП имеют оперативный доступ не только к базе данных АСУП, но и к БД других автоматизированных систем (САПР, АСТПП и АСУТП) и, следовательно, могут оптимизировать планы работ, содержание заявок, распределение исполнителей, выделение финансов и т. п. При этом под оперативным доступом следует понимать не просто возможность считывания данных из БД, но и легкость их правильной интерпретации, т. е. согласованность по синтаксису и семантике с протоколами, принятыми в АСУП. То же относится и к другим системам, например, технологические подсистемы должны с необходимостью воспринимать и правильно интерпретировать данные, поступающие от подсистем автоматизированного конструирования. Этого не

328

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Жизнедеятельность человека тесно связана с обработкой и использованием информации. Информационные технологии играют все более заметную роль в жизни современного общества, охватывая различные сферы деятельности человека.

Повышение значимости информационных технологий сопровождается появлением ряда проблем, обусловливаемых быстрым ростом объема накопленных человечеством знаний. По имеющимся оценкам ежедневно в мире формируется 1018 байт информации, а общий объем информации увеличивается вдвое за время Ò, составляющее несколько лет, причем значение времени Ò имеет тенденцию к сокращению.

Вместе с экспоненциальным ростом объема информации расширяются взаимосвязи людей, растут потребности общества в новых промышленных изделиях. Развитие науки и техники порождает новые проблемы, требующие своего решения. Увеличивается сложность создаваемых технических устройств и систем. Усложняются задачи сопровождения баз знаний на различных этапах жизненного цикла информации, поиска релевантной информации, информационной поддержки научных исследований и проектирования технических систем. В этих условиях дальнейшее обеспечение научно-технического прогресса во многих отраслях промышленности и в первую очередь в авиационно-космичес- ком машиностроении, микроэлектронике, наноиндустрии, невозможно без широкого применения и развития САПР. Автоматизация проектирования становится необходимой практически для любых проектных организаций и предприятий, поскольку без применения САПР увеличиваются затраты времени на проектирование и снижается качество изделий.

Рост сложности проектируемых изделий и повышение объема обрабатываемой информации диктуют необходимость совершенствования и самих САПР.

Âближайшее время ожидается развитие САПР по многим направлениям. Первое среди них – прогресс технического обеспечения САПР и прежде

всего появление все более быстродействующих компьютеров. В настоящее время продолжает действовать феноменологический закон Г. Мура, в соответствии с которым производительность компьютеров увеличивается вдвое каждые полтора года. И если 20 лет назад наиболее быстродействующий в мире суперкомпьютер имел производительность около 3 Гфлопс, то в ноябре 2008 г.

423

6. Информационная поддержкаЗаключениеэтапов жизненного цикла изделий

производительность мирового лидера, каковым стал кластер IBM Roadrunner QS22/LS21, включающий около 130 тыс. процессоров, уже превысила 1 Пфлопс (млн млрд арифметических операций в 1 с), т. е. выросла более чем на пять порядков. Если действие закона Мура продолжится в последующие годы, то через 20 лет каждый инженер будет иметь в своем распоряжении настольный (или мобильный) компьютер с производительностью сегодняшнего петафлопсного суперкомпьютера.

Современное проектирование в технике – процесс коллективный, участникам проектирования требуются оперативный обмен информацией, доступ к распределенным базам данных и серверам приложений. Ядром используемых для этого информационных сетей являются каналы передачи данных. Происходит постепенный переход на высокоскоростные каналы на оптоволоконных линиях связи, обеспечивающие информационную скорость 10 Гбит/с и выше, и на современный протокол IPv6.

Казалось бы, что экспоненциальное увеличение производительности компьютеров компенсирует экспоненциальный рост объема информации, подлежащей переработке. Однако собственно компьютер – лишь инструмент, управляемый программным обеспечением, реализующим, в свою очередь, те или иные методы и алгоритмы переработки информации. И именно от соответствия потребностей в обработке информации возможностям, предоставляемым математи- ческим и программным обеспечением автоматизированных систем, зависит научно-технический прогресс.

Поэтому другие направления развития САПР связаны с созданием методи- ческого, математического и программного обеспечений, соответствующих задачам проектирования новых сложных технических объектов.

Развитие методов и средств моделирования – одно из таких направлений. Сохраняют актуальность проблемы создания моделей и методов исследования, начиная с наноматериалов и микроустройств и кончая многокомпонентными вычислительными, производственными, социальными и другими системами и сетями. Ожидается прогресс на пути создания систем виртуальной реальности на основе 3D-моделирования. Применение геометрического моделирования актуально в областях, связанных с художественным творчеством, рекламной деятельностью, работой в средствах массовой информации и т. п., но особо важное значение владение методами и средствами геометрического моделирования имеет для специалистов в области техники и технологий, занимающихся вопросами проектирования и принятия решений при управлении динамическими объектами. Возможности повышения адекватности моделирования будут обеспечены ростом допустимых размерностей моделей, применением методов декомпозиции, событийности, адаптации моделей к особенностям решаемых задач.

424

Заключение

Разработчики новых устройств и систем все чаще сталкиваются с объектами, точные модели которых неизвестны или нереализуемы, например, из-за их экспоненциальной сложности. Решение задач в таких ситуациях может быть найдено путем применения интеллектуальных систем проектирования. Методы интеллектуализации становятся необходимыми для решения проблем синтеза проектных решений, повышения эффективности поиска релевантной информации в корпоративных системах управления знаниями. В таких системах эффективный поиск нужной информации, ее структуризация и на этой основе извлечение новых знаний возможен только благодаря привлечению интеллектуальных технологий.

Одно из наиболее важных направлений развития информационных технологий – создание интегрированных автоматизированных систем. Вопросы интеграции разрабатываются в CALS-технологиях, т. е. технологиях информационной поддержки всех этапов жизненного цикла изделий. Методы, программы, стандарты, развиваемые в CALS, обеспечивают создание единого информационного пространства систем проектирования и управления и являются основой для создания виртуальных предприятий.

Современное проектирование в технике является автоматизированным. Поэтому подготовка будущих разработчиков технических устройств и систем

âвысших технических учебных заведениях должна включать обучение работе

âсредах САПР. Выпускник технического вуза должен знать методы автоматизированного проектирования, уметь ставить и решать задачи анализа и синтеза проектных решений в своей предметной области с помощью существующих программ моделирования, оптимизации, конструирования, подготовки конструкторской и технологической документации. Недостаточно выучить интерфейс одной-двух программ САПР. Динамичное развитие программного обеспечения автоматизированного проектирования может быстро обесценить приобретенные навыки, если они не подкреплены достаточно глубокими знаниями методов и технологий САПР и CALS.

Остается выразить надежду на то, что освоение изложенного в данной книге материала станет базисом для успешного решения профессиональных задач пользователями и разработчиками САПР.

425

6. Информационная поддержка этапов жизненного цикла изделий

ЛИТЕРАТУРА

1.Божко А.Н., Жук Д.М., Маничев В.Б. Компьютерная графика. М.: Издво МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.

2.Гаврилов Д.А. Управление производством на базе стандарта MRP II. СПб.: Питер, 2003.

3.Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.Х., Угрюмов Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. СПб.: БХВ-Петербург, 2002.

4.Колчин А.Ф., Овсянников М.В., Стрекалов А.Ф., Сумароков С.В. Управление жизненным циклом продукции. М.: Анахарсис, 2002.

5.Ëè Ê. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб.: Питер, 2004.

6.Маклаков С.В. BPwin, ERwin. CASE-средства разработки информационных систем. М.: Диалог-МИФИ, 1999.

7.Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий (CALS-технологии). М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.

8.Норенков И.П., Трудоношин В.А. Телекоммуникационные технологии и сети. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.

9.Образцов И.Ф., Савельев Л.М., Хазанов Х.С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов. М.: Высш. шк., 1985.

10.Острейковский В.А. Теория систем. М.: Высш. шк., 1997.

11.Питтс Н. XML за рекордное время. – М.: Мир, 2000.

12.Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В.Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях. М.: Радио и связь, 2001.

13.Cистемы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов: В 9 кн./ Под ред. И.П. Норенкова. М.: Высш. шк., 1986.

14.Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001.

15.Томашевский В., Жданова Е. Имитационное моделирование в среде GPSS. М.: Бестселлер, 2003.

16.Черненький В.М. Имитационное моделирование. М.: Высш. шк., 1990.

426

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

427