23-06-2013_21-31-45 / _______________________

1.Состав задач конструкторской и технологической подготовки производства.

Важнейшей функцией ТПП изделий машинострое­ния является проектирование ТП их изготовления, включающее:

проектирование ТП изготовления деталей;

проектирование ТП узловой и общей сборки ма­шин;

подготовку управляющих программ для оборудо­вания.

Основными функциями ТПП на уровне предприятия являются (рис. 1.3):

обеспечение технологичности конструкций изделий;

выбор и подготовка заготовок;

разработка ТП;

проектирование средств технологического оснащения;

контроль и управление ТП.

7. Виды САПР

Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по при­ложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы - ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР.

САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто на­зывают машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD).

САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation).

САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь в классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т. п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обес­печивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы.

По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР.

САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моде­лирования.

САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных.

САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это авто­номно используемые ПМК, например, имитационного моделирования произ­водственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам CAE. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. 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. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.

13 Состав и структура САПР. Подсистемы общего и специального назначения.

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами системы и создаваемые как самостоятельные системы.

Подсистемой САПР называют выделенную по некоторым признакам часть САПР, позволяющую получать законченные проектные решения.

САПР разделяют на:

· Проектирующие подсистемы

· Обслуживающие подсистемы

К проектирующим подсистемам относят:

1. Подсистему функционально-логического проектирования

На выходе этой системы мы получаем функциональную схему, за ней логическую схему, на выходе принципиально - электрическую схему.

2. Подсистему конструкторского проектирования

На выходе получаем конструкцию устройства и конструкторскую документацию, включающую схему расположения элементов на поверхности модуля и топологию печатных соединений между элементами.

3. Подсистему технологической подготовки производства

На выходе получаем маршрутную карту производственного процесса и программы для управления станков с числовым программным управлением (для управления технологическим оборудованием).

К обслуживающим подсистемам относят:

1. Систему информационного поиска

2. Систему документирования

3. Систему графического отображения объектов проектирования

В состав как проектирующих, так и обслуживающих систем современных САПР могут входить:

· Экспертные системы

Это системы, в основе которых лежит база знаний, представленная либо в виде системы продукции, либо в виде фреймов (FRAME). Экспертная система позволяет формализовать знания эксперта в определенной предметной области с целью принятия рациональных проектных решений.

· Системы принятия решений

Это системы, позволяющие производить выбор эффективных проектных решений в условиях определенности и неопределенности исходной информации на основе формальных методов и процедур. Для оценки проектных решений могут также применяться нейросетевые технологии.

· Системы поддержки принятия решений.

2. Этапы проектирования изделия и технологического проектирования.

Стадии проектирования — наиболее крупные части проектирования как процесса, развивающегося во времени. В общем случае выделяют стадии науч­но-исследовательских работ (НИР), эскизного проекта или опытно-конструк­торских работ, технического, рабочего проектов, испытаний опытных образцов или опытных партий. Стадию НИР иногда называют предпроектными иссле­дованиями или стадией технического предложения. Стадии (этапы) проектирования подразделяют на составные части, называемые проектными процедурами. Примерами проектных процедур могут служить подготовка деталировочных чертежей, анализ кинематики, моделирование переходного процесса, оптимизация параметров и другие проектные задачи. В свою очередь, проектные процедуры можно расчленить на более мелкие компоненты, называемые проектными операциями, например, при анализе прочности детали сеточными методами операциями могут быть построение сетки, выбор или расчет внешних воздействий, собственно моделирование полей напряжений и деформаций, представление результатов моделирования в графической и текстовой формах. Проектирование сводится к выполнению некоторых последовательностей проектных процедур - марш­рутов проектирования.

9. CALS- технологии в проектировании.

Технологии комплексной компьютеризации сфер промышленного произ­водства, цель которых—унификация и стандартизация спецификаций промыш­ленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла, называют CALS-технологиями. Основные спецификации представлены проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документацией. В CALS- системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в ком­пьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте.

14 Структурные части САПР: подсистема, процедура, операция.

^ Подсистемы САПР: Каждая подсистема — это выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая выполнение некоторых функционально-законченных последовательностей проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

Под проектной процедурой понимают формализованную совокупность действий, в результате выполнения которой получают проектное решение.

3. Требования к интегрированным САПР.

Интегрирование САПР должно отвечать следующим требованиям:

охватить все этапы проектирования от ввода описания проектируемого объекта для получения проектируемой документации в виде технических карт, эскизов и управляющих программ для станков с ЧПУ;

интегрирование САПР должно отличаться модульным принципом построения, позволяющим изменять и наращивать систему;

интегрированные САПР должны обладать иерархией языков проектирования, развитой операционной системой управления и банком данных;

САПР должны иметь управляющую программу-комплекс по выбору и генерированию управляющих программ, оптимальным применительно к конкретному объекту;

САПР должны характеризовать возможность моделирования и контроля на различных этапах процесса проектирования;

САПР должны отличаться хорошей приспосабливаемостью к тиражированию и использованию на различных типах ЭВМ.

10. Стадии создания САПР.

Различают внешнее и внутреннее проектирование (рис. 1.12). К внешнему проектированию относятся следующие стадии:

предпроектные исследования — производится обследование проектной организации, оформление технического отчета, а также его согласование и утверждение;

разработка, согласование и утверждение технического задания — выполняются совместно разработчиком и заказчиком.

К внутреннему проектированию относятся следующие стадии:

разработка технического предложения — выбирают и обосновывают оптимальный вариант САПР. Производится разработка комплекта документации, а также согласование и утверждение технического предложения;

эскизный проект — разрабатывают принципиальные решения по созданию САПР и документации, согласовывают и утверждают эскизный проект;

технический проект — разрабатывают окончательные решения по созданию САПР и документации, согласовывают и утверждают технический проект;

рабочий проект — разрабатывают рабочую документацию по САПР, согласовывают и утверждают рабочий проект;

изготовление, отладка и испытания — изготовляют и отлаживают компоненты САПР, производят монтаж, наладку и испытание К.САП, осуществляют подготовку организации к вводу системы в действие;

ввод в действие — производят опытное функционирование и приемочные испытания САПР.

8 Подходы к проектированию САПР.

Исследование объектов проектирования с помощью их математических моделей составляет суть системного подхода. Выделяют следующие принципы системного подхода:

1. Иерархичность

Каждая система или элемент может рассматриваться как отдельная система.

2. Структурность

Состоит в возможности описания системы через описание коммутационных связей между ее элементами.

3. Взаимозависимость

Заключается в проявлении свойств системы только при взаимодействии с внешней средой.

4. Множественность описания

Заключается в описании системы на основе множества взаимодействующих математических моделей.

5. Целостность

Свойства всей системы определяются на основе анализа свойств ее частей.

Суть системного подхода – это проектирование части с учетом целого.

4 Понятие о САПР. Виды обеспечения САПР.

Согласно ГОСТ 23501.0-79 САПР представляет собой организационно-техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации, выполняющую автоматизированное проектирование.

САПР включает в себя следующие виды обеспечения.

1. Математическое обеспечение (МО) – совокупность математических моделей, методов и алгоритмов.

2. Техническое обеспечение (ТО) – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих средств обработки информации, подготовки и ввода, отображения и документирования, передачи данных, оргтехника, измерительная техника и т.д.

3. Программное обеспечение (ПО) – совокупность программ на машинных носителях плюс соответствующая документация. ПО делится на общесистемное, базовое и прикладное. Общесистемное – ОС, оболочки и среды (не отражают спецификации САПР). Базовое ПО – мониторная система – комплекс программ, управляющих прикладным ПО. Прикладное ПО – обычно набор пакетов прикладных программ, предназначенных для реализации тех или иных проектных процедур.

4. Информационное обеспечение (ИО) – совокупность данных, необходимых для проектирования: описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, справочных данных по комплектам изделий, материалах и т.д. ИО обычно представляют в виде банков данных и баз знаний.

5. Лингвистическое обеспечение (ЛО) – совокупность языков, используемых для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования. Основная часть ЛО – языки общения человека с ЭВМ.

6. Методическое обеспечение (МетО) – включающее различные методики проектирования, совокупности документов, характеризующих состав, функционирование и правило эксплуатации САПР.

7. Организационное обеспечение (ОО) – совокупность документов, включающих положения, квалификационные требования, должностные инструкции, штатные расписания, приказы и другие документы, регламентирующие работу проектного предприятия. ОО регламентирует взаимодействие проектной организации с комплексом средств автоматизированного проектирования.

Функционирование САПР возможно только при наличии и взаимодействии всех перечисленных обеспечений.

11. Цель создания САПР.

Применение систем автоматизированного проектирования (САПР) по сравнению с обычным проектированием дает целый ряд преимуществ: убыстряет, улучшает и уменьшает стоимость проектирования; позволяет осуществлять на ЭВМ сложные расчеты, освобождая проектировщика от громоздких рутинных вычислений, а в некоторых случаях от привлечения специалистов высокой квалификации; уменьшает возможность ошибок при расчете сложных систем; позволяет быстро выполнять несколько вариантов расчетов при изменении постановки задачи, критериев, технических средств; дает возможность получить детальную документацию для любых стадий проектирования при помощи организации базы знаний и библиотеки, содержащей необходимые данные.

Согласно определению, рекомендуемому ГОСТом, “^ САПР – это комплекс средств АПР, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов выполняющих АПР”. По существу САПР – это система проектирования, в которой произведено рациональное на данном этапе развития технических и программных средств распределение функций проектирования между людьми- проектировщиками и техническими средствами. При этом весь процесс проектирования рассматривается с системных позиций как единый процесс, начинающийся с разработки технического задания и кончающийся изготовлением технической документации.

САПР можно определить так же, как человеко-машинную систему управления процессом проектирования, представляющую собой автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) создания технической документации, необходимой для изготовления проектируемого объекта.

15 Проектирующие, обслуживающие и инвариантные подсистемы.

^ Обслуживающие подсистемы — объектно-независимые подсистемы, реализующие функции, общие для подсистем или САПР в целом: обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т. п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР.

^ Проектирующие подсистемы — объектно-ориентированные подсистемы, реализующие определенный этап проектирования или группу связанных проектных задач. В зависимости от отношения к объекту проектирования, делятся на:

Объектные — выполняющие проектные процедуры и операции, непосредственно связанные с конкретным типом объектов проектирования.

Инвариантные — выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, имеющие смысл для многих типов объектов проектирования.

5.Использование принципов системотехнике при разработке САПР.

В технике дисциплину, в которой исследуются сложные технические систе­мы, их проектирование и которая аналогична теории систем, чаще называют системотехникой.

Интерпретация и конкретизация системного подхода имеют место в ряде известных подходов с другими названиями, которые также можно рассматривать как компоненты системотехники. Таковы структурный, блочно-иерархический, объектно-ориентированный подходы.

При структурном подходе, как разновидности системного, требуется синтезировать варианты системы из компонентов (блоков) и оценивать варианты при их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристик компонентов.

Блочно-иерархический подход к проектированию использует идеи деком­позиции сложных описаний объектов и соответственно средств их создания на иерархические уровни и аспекты, вводит понятие стиля проектирования (вос­ходящее и нисходящее), устанавливает связь между параметрами соседних иерархических уровней.

Ряд важных структурных принципов, используемых при разработке инфор­мационных систем и прежде всего их программного обеспечения (ПО), выра­жен в объектно-ориентированном подходе к проектированию. Такой подход имеет следующие преимущества в решении проблем управления сложностью и интеграции ПО: 1) вносит в модели приложений большую структурную опре­деленность, распределяя представленные в приложении данные и процедуры между классами объектов; 2) сокращает объем спецификаций благодаря вве­дению в описания иерархии объектов и отношений наследования между свой­ствами объектов разных уровней иерархии; 3) уменьшает вероятность иска­жения данных вследствие ошибочных действий за счет ограничения доступа к определенным категориям данных в объектах. Описание в каждом классе объектов допустимых обращений к ним и принятых форматов сообщений об­легчает согласование и интеграцию ПО.

12 Принципы построения САПР. 1. Принцип включения Обеспечивает разработку систем на основе требований, позволяющих включать эти системы в САПР более высокого уровня.

2. Принцип системного единства При создании, функционировании и развитии САПР связь между подсистемами должна обеспечивать целостность всей системы.

3. Принцип развития САПР должна создаваться и функционировать с учетом появления, совершенствования и обновления ее подсистем и компонентов.

4. Принцип комплексности Обеспечивает связность процесса проектирования элементов и объектов в целом на всех уровнях проектирования, позволяя осуществлять согласование и контроль характеристик элементов и объектов в целом.

5. Принцип информационного единства Состоит в использовании в подсистемах, компонентах и средствах обеспечения САПР единых условных обозначений, терминов, символов, проблемно-ориентированных языков и способов представления данных в соответствии с принятыми нормативными документами.

6. Принцип совместимости Языки, символы, коды, информационные и технические характеристики, связи между подсистемами, средствами обеспечения САПР и компонентами должны обеспечивать эффективное функционирование подсистем и сохранять открытую структуру системы в целом.

Открытой называют систему, в которой интерфейсы взаимодействия с внешней средой стандартизированы.

7. Принцип стандартизации Состоит в проведении унификации, типизации, стандартизации подсистем и компонентов, инвариантных к проектным объектам и отраслевой специфики, а также установление правил с целью упорядочивания деятельности по созданию и развитию САПР.

16 Проектные исследования, техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, рабочий проект.

предпроектные исследования — производится обследование проектной организации, оформление технического отчета, а также его согласование и утверждение;

разработка, согласование и утверждение технического задания — выполняются совместно разработчиком и заказчиком.

разработка технического предложения — выбирают и обосновывают оптимальный вариант САПР. Производится разработка комплекта документации, а также согласование и утверждение технического предложения;

эскизный проект — разрабатывают принципиальные решения по созданию САПР и документации, согласовывают и утверждают эскизный проект;

технический проект — разрабатывают окончательные решения по созданию САПР и документации, согласовывают и утверждают технический проект;

рабочий проект — разрабатывают рабочую документацию по САПР, согласовывают и утверждают рабочий проект;

17. Изготовление, отладка и испытания, ввод в действие.

изготовление, отладка и испытания — изготовляют и отлаживают компоненты САПР, производят монтаж, наладку и испытание К.САП, осуществляют подготовку организации к вводу системы в действие;

ввод в действие — производят опытное функционирование и приемочные испытания САПР.

19. Техническое обеспечение САПР. Требования к техническим средствам САПР.

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), под держивающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

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

взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интер­активного режима работы;

взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим проектом.

20 Техническое обеспечение САПР. Назначение и состав технических средств.

Техническое обеспечение САПР – совокупность технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

• выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее программное обеспечение;

• взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

• взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточной 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 технических средств САПР в вычислительную сеть.

Для решения этих задач ТС должны содержать:

· процессоры,

· оперативную память,

· внешние запоминающие устройства,

· устройства ввода- вывода информации,

· технические средства машинной графики,

· устройства оперативного общения человека с ЭВМ,

· устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами.

21 Техническое обеспечение САПР. Цифровые ЭВМ. Внешние устройства ЭВМ.

цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Внешние устройства ЭВМ.

1. Устройства ввода-вывода – предназначены для ввода информации в ПК, вывода в необходимом для оператора формате или обмена информацией с другими ПК. К такому типу ПУ можно отнести внешние накопители (ленточные, магнитооптические), модемы.

2. Устройства вывода – предназначены для вывода информации в необходимом для оператора формате. К этому типу периферийных устройств относятся: принтер, монитор (дисплей), аудиосистема.

3. Устройства ввода – Устройствами ввода являются устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение - реализовывать воздействие на машину. К такому виду периферийных устройств относятся: клавиатура (входит в базовую конфигурацию ПК), сканер, графический планшет и т.д.

4. Дополнительные ПУ – такие как манипулятор «мышь», который лишь обеспечивает удобное управление графическим интерфейсом операционных систем ПК и не несет ярковыраженных функций ввода либо вывода информации; WEB-камеры, способствующие передаче видео и аудио информации в сети Internet, либо между другими ПК. Последние, правда, можно отнести и к устройствам ввода, благодаря возможности сохранения фото, видео и аудио информации на магнитных или магнитооптических носителях.

22 Математическое обеспечение САПР. Состав математического обеспечения.

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.

На 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.

Допущение, выражаемое дискретизацией пространства, позволяет перейти к моделям макроуровня. Моделями макроуровня, называемыми также сосредоточенными, являются системы алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений, поскольку независимой переменной здесь остается только время t. Упрощение описания отдельных компонентов (деталей) позволяет исследовать модели процессов в устройствах, приборах, механических узлах, число компонентов в которых может доходить до нескольких тысяч.

В тех случаях, когда число компонентов в исследуемой системе превышает некоторый порог, сложность модели системы на макроуровне вновь становится чрезмерной. Поэтому, принимая соответствующие допущения, переходят на функционально-логический уровень. На этом уровне используют аппарат пере­даточных функций для исследования аналоговых (непрерывных) процессов или аппарат математической логики и конечных автоматов, если объектом исследо­вания является дискретный процесс, т. е. процесс с дискретным множеством состояний.

Наконец, для исследования еще более сложных объектов, примерами которых могут служить производственные предприятия и их объединения, вычислитель­ные системы и сети, социальные системы и другие подобные объекты, приме­няют аппарат теории массового обслуживания, возможно использование и некоторых других подходов, например сетей Петри. Эти модели относятся к системному уровню моделирования.

23 Требования к математическому обеспечению.

Требования к математическим моделям и численным методам в САПР

Основными требованиями к МО являются требования адекватности, точности, экономичности.

Модель всегда лишь приближенно отражает некоторые свойства объекта. Адекватность имеет место, если модель отражает заданные свойства объекта с приемлемой точностью. Под точностью понимают степень соответствия оценок одноименных свойств объекта и модели.

Экономичность (вычислительная эффективность) определяется затра­тами ресурсов, требуемых для реализации модели. Поскольку в САПР исполь­зуются математические модели, далее речь пойдет о характеристиках именно математических моделей, и экономичность будет характеризоваться затрата­ми машинных времени и памяти.

24 Последовательность подготовки задач для решения на ЭВМ.

Для выполнения инженерных расчетных или проектных задач на ЭВМ необходимо провести подготовительную работу, включающею следующие этапы:

1. Математическая формулировка задачи;

2. Выбор численного метода решения задачи;

3. Разработка алгоритма;

4. Составление программы, ее отладка на контрольном примере;

5.Подготовка и запись исходных данных;

6. Решение задачи на ЭВМ и анализ результата.

Трудоемкость процесса разработки программ и эффективность их использования в процессе эксплуатации во многом зависит от результатов выполнения первых трех этапов, относящихся к МО САПР.

Математическая формулировка задачи включает мат. описание ее условий и определение аналитических выражений и формул, которые подлежат решению на ЭВМ. Окончательный вид формул и мат. зависимостей обычно называют мат. моделью. Для перехода от словесного описания задачи к мат. формулировке используют мат. методы.

Численные методы позволяют свести решение самых разнообразных и сложных операций (вычисление логарифмических функций, дифференцирование) к последовательному выполнению арифметических действий. Для различных мат. задач, использующих в САПР, разработаны численные методы их решения. Выбор того или иного численного метода для решения задачи на ЭВМ связан с требованиями, предъявляемые во-первых постановкой задачи(требования точности, быстроты решения и затраты на подготовку программы) и во-вторых самой ЭВМ и программы с позиции реализации метода на машине.

Разработка алгоритма предусматривает определение последовательности решения задачи на основе ранее выполненной мат. формулировки задачи и выбора численного метода ее решения.

25 Построение математических моделей объектов проектирования.

При автоматизации конструкции каких-либо объектов можно выделить следующие уровни:

1.Выбор принципа построения проектируемого объекта;

2.Разработка его структурной схемы;

3.Определение характеристик процесса функционирования объекта;

4.Разработка функциональных блоков;

5.Проектирование элементов функциональных блоков.

Математическая модель—совокупность мат. объектов(чисел, переменных, векторов, множеств и т.д.) и отношения между ними, которая адекватно отображает некоторые свойства проектируемого тех. объекта. Главным требованиям к мат. моделям является адекватность отображения в них моделируемого объекта.

Все переменные в мат. моделях делятся на 3 группы:

1 управляемые

2 неуправляемые

3 производные

Под управляемыми переменными понимаются такие, выбор конкретных значения которых определяет выбор того или иного проектного решения.

Неуправляемые характеризуют ситуацию, в которой должно быть принято решение.

Производные переменные, зависящие от управляемых и неуправляемых переменных, являются результатами принятия того или иного проектного решения.

26 Классификация и методы получения математических моделей.

Классификация математических моделей

ММ классифицируются по следующим признакам:

· характер отображаемых свойств объекта;

· принадлежность к иерархическому уровню;

· степень детализации описания внутри одного уровня;

· способ получения модели.

По характеру отображаемых свойств объекта ММ делятся на структурные и функциональные.

Различают структурные топологические и геометрические ММ.

В топологических ММ отображают состав и взаимосвязи элементов объекта. Эти ММ чаще применяют для описания объектов, состоящих из большого числа элементов, например, при решении задач привязки конструктивных элементов к определенным пространственным позициям или относительным моментам времени при разработке технологических процессов.

В геометрических ММ отображаются геометрические свойства объектов, в них дополнительно к сведениям о взаимном расположении объектов содержатся сведения о форме деталей. Геометрические модели могут выражаться, например, совокупностью уравнений линий и поверхностей.

Функциональные математические модели предназначены для отображения физических и информационных процессов, протекающих в объекте при его функционировании или изготовлении.

Использование блочно-иерархического подхода к проектированию приводит к появлению иерархии математических моделей проектируемых объектов.

В зависимости от места в иерархии описаний математические модели делятся на ММ микро-, макро - и метауровня.

Особенностью ММ на микроуровне является отражение физических процессов, протекающих в непрерывных пространстве и времени. Типичными ММ этого уровня являются дифференциальные уравнения в частных производных. В них независимым переменными являются пространственные координаты и время.

ММ на макроуровне используют укрупненную дискретизацию пространства по функциональному признаку, что приводит к представлению ММ на этом уровне в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений.

На метауровне в качестве элементов принимают достаточно сложные совокупности деталей. Метауровень характеризуется большим разнообразием типов используемых ММ. Здесь ММ также представляются в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений. В этих моделях не описываются внутренние для элементов фазовые переменные, а фигурируют только фазовые переменные, относящиеся к взаимным связям элементов.

По способу представления свойств объектов функциональные модели делятся на аналитические и алгоритмические.

Аналитические модели характеризуются высокой экономичностью, однако их получение возможно лишь в частных случаях и, как правило, при принятии существенных допущений и ограничений, снижающих точность и сужающих адекватность модели.

Алгоритмические модели выражают связи выходных параметров с параметрами внутренними и внешними в форме алгоритма.

Для получения моделей используют неформальные и формальные методы.

Неформальные методы используют на различных иерархических уровнях для получения ММ элементов. Формальные методы применяют для получения ММ систем при известных математических моделях элементов.

Методика получения математических моделей

В общем случае методика получения ММ включает в себя следующие операции:

1. Выбор свойств объекта, которые подлежат отражению в модели;

2. Сбор исходной информации овыбранных свойствах объекта;

3. Синтез структуры ММ;

4. Расчет числовых значений параметров ММ. Эта задача ставится как задача минимизации погрешности модели заданной структуры, т.е.

min eM(X),

XÎXД

где X- вектор параметров ММ; XД- область варьирования параметров; eM- погрешность ММ(см.3.1);

5. Оценка точности и адекватности ММ.

27 Уровни моделирования технических моделей.

Используемый в САПР ТП метод моделирования предмета про­изводства должен позволять его многоуровневое представление, уровни:

модели — предмет рассматривают как целостную систему (фи­зический объект);

элемента — может быть выделен, идентифицирован и рас­смотрен каждый из образующих модель элементов: для сборочной единицы эта деталь, для детали — комплекс поверхностей;

поверхности — может быть идентифицирована любая из по­верхностей, входящих в состав комплекса или детали;

точки — могут быть определены координаты любой точки любой из поверхностей детали.

28 Разработка алгоритмов

Под алгоритмом понимают определенную строго предпринятую последовательность процесса, направленного на получение желаемой информации определенного вида и объема.

Алгоритм характеризуется следующими понятиями: детерминированностью, дискретностью, массовостью, формализацией.

Детерминированность(определенность): устанавливает однозначность результата процесса при заданных исходных данных и показывает, что не может быть его различных толкований.

Дискретность: означает расчлененность алгоритма на отдельные элементарные действия.

Массовость предполагает решение любой задачи из классов однотипных при различных исходных данных.

Под формализацией(степенью формализации) следует понимать уровень разработки алгоритма к языку программирования.

Наиболее распространенны следующие формы представления(описания) алгоритма:

1) словесное: представляет собой общее описание процедур на естественном языке. Степень детализации вычислительного процесса является весьма низкой, формализация процесса почти отсутствует. Положительным моментом следует считать емкое и компактное представление о ходе решения задачи целиком. Словесное описание алгоритма используется обычно в различного рода реферативных описаниях решаемой задачи. На начальных стадиях разработки алгоритма в технических описаниях, статьях и т.д.

2) операторное описание заключается в подробном описании процесса расчлененного на отдельные формулы или даже на отдельные арифметические операции со словесным или символьным указанием последовательности действий.

Операторскую формулу описания алгоритма целесообразно применять для несложных по характеру и малых по объему расчетных задачах, в противном случае алгоритм становится трудным для восприятия и сложным для реализации;

3) описание в виде таблицы принятия решения. Таблицы принятия решений рассматривают как специальную форму алгоритма, которая особенно хорошо подходит для определенных технологических задач. Преимуществами таблиц принятия решений является:

-- возможность применения для представления типовых решений(маршрутов обработки станков, инструментов);

-- хорошая приспосабливаемость к специальным условиям предприятия по средствам замены, развитие или изменение содержания;

-- возможность представления таблиц принятия решения как подпрограмм общей системы алгоритма(диаграммы последовательности действий);

4) описание в виде математической зависимости достаточно краткая и рациональная форма представления алгоритмов—это функциональные зависимости записей в виде формул, которое обеспечивают минимизацию потребляемой в объеме памяти. Во многих случаях оказывается возможным преобразовать табличные формы представления информации(справочно-нормативные таблицы) в виде математических зависимостей. (пример в конспекте, формула)

5) описание в виде схем, являясь по содержанию оперативной формой, вместе с тем существенно отличается от нее по форме представления, т.к. использует графические символы для отображения всего процесса. Каждая операция алгоритмизированного процесса заключается в графический символ-блок, характеризующий выполненную операцию.

Связь между блоками указывается графическими прямыми между блоками.

29 Справочные таблицы, таблицы решений, таблицы соответствий.

Справочные таблицы используют для описания характеристик, закладываемых в систему типовых решений (станков, инструмен­тов, оснастки и др.), а также всей нормативно-справочной инфор­мации.

30 Лингвистическое обеспечение САПР. Классификация языков САПР.

Лингвистическое обеспечение САПР представлено совокупностью языков, применяемых для описания процедур автоматизированного проектирования и проектных решений. Основная часть лингвистического обеспечения САПР - языки общения человека с ЭВМ.

В соответствии с принятой классификацией языков САПР различают языки программирования и проектирования:

Языки программирования - языки, предназначенные для написания программного обеспечения. Эти языки - средство разработчика САПР. К языкам программирования предъявляют требования удобства использования, универсальности (возможностями языка для описания разнообразных алгоритмов) и эффективности объектных программ (оценивается затратами машинных времени и памяти на исполнение программ).

31 Лингвистическое обеспечение САПР. Языки программирования.

Алгоритмический язык для записи программ называют языком программирования. В качестве языков программирования в САПР находят применение машинно-ориентированные языки и алгоритмические языки высокого уровня. Алгоритмические языки высокого уровня в сравнении с машинно-ориентированными языками удобны для реализации алгоритмов численного анализа, легче осваиваются инженерами, позволяют повысить производительность труда программистов при разработке программ и их адаптации к различным типам ЭВМ.

32 Лингвистическое обеспечение САПР. Языки проектирования.

Языки проектирования - языки, предназначенные для описания информации об объектах и задачах проектирования. Большинство этих языков относится к средствам пользователя САПР.

Среди языков проектирования выделяют:

а) Входные языки служат для задания исходной информации об объектах и задачах проектирования и включают в себя языки описания объектов (ЯОО) и языки описания заданий (ЯОЗ). Первые служат для описания свойств проектируемых объектов, а вторые - для описания заданий на выполнение проектных операций и процедур. ЯОО в свою очередь делятся на: 1)Схемные языки широко применяют для описания принципиальных электрических и функциональных схем. 2)Графические языки - основа лингвистического обеспечения в подсистемах машинной графики и геометрического моделирования. 3)Языки моделирования развиты в подсистемах имитационного моделирования.

б) Выходные языки используются для выражения результатов проектных процедур на ЭВМ.

в) Языки сопровождения применяют для корректировки и редактирования данных при выполнении проектных процедур.

г) Языки управления служат для представления управляющей информации для программно-управляемого исполнительного оборудования, например для устройств документирования.

д) Промежуточные и внутренние языки предназначены для представления информации на определенных стадиях ее переработки в ЭВМ. Недостаток промежуточных узкоспециализированных языков - в необходимости существенной перестройки связанной с ними программной системы при изменении условий проектирования. Недостаток универсальных языков связан с их громоздкостью. Устранение указанных выше недостатков осуществляется с помощью транслирующих программ- конверторов.

Языки проектирования, предназначенные для описания развивающихся во времени процессов называют процедурными, а языки, предназначенные для описания статических структур проектируемых объектов называют непроцедурными.

34 Лингвистическое обеспечение САПР. Диалог в САПР.

Весьма важным направлением автоматизации программирования является применение диалогового режима работы ЭВМ. Именно в диалоговом режиме происходит интенсивный обмен информацией – входными, промежуточными и выходными данными. Входные данные, вырабатываемые пользователем для ЭВМ, должны быть полными, точными и легко изменяемыми. По промежуточным результатам, выдаваемым

ЭВМ в процессе проектирования, пользователь имеет возможность вмешаться в него на любой стадии и выбрать в зависимости от ситуации ту или иную проектную процедуру. Кроме того, пользователь может видоизменить характер процедуры, указав иные параметры ее. Промежуточные результаты указывают на появившиеся ошибки и содержат рекомендации исправлений, развернутую систему подсказок, диагностических сообщений и напоминаний. При этом пользователь выступает не только как потребитель результатов проектирования, но и как источник информации для ЭВМ и диспетчер ее работы. Наконец, выходные данные, вырабатываемые ЭВМ для пользователя, должны быть краткими, легко обозримыми и воспринимаемыми.

В настоящее время чаще всего находят применение следующие формы диалога:

· диалог заполнения форм. Здесь пользователь должен заполнить некоторое количество специально подобранных форм непосредственно на экране дисплея. После этого с помощью ПО САПР пользователь обрабатывает и анализирует эти и производные от них формы. Диалог заполнения форм легок в освоении, но негибок. Поэтому сфера его использования достаточно ограничена;

· диалог необученного пользователя. Этот диалог имеет особенность: полную ясность ответов САПР на вопросы пользователя, не оставляющих у пользователя сомнений относительно его дальнейших действий;

· диалог с помощью фиксированных кадров информации, который предполагает, что ПЭВМ выбирает готовый ответ из имеющегося списка. Он применим для подготовленных пользователей. Преимущества этого диалога заключаются в том, что основную информацию в виде подобных сообщений на экране дисплея выдает компьютер, а пользователь вводит лишь короткие ответы типа «да» – «нет»;

· диалог, инициируемый ЭВМ. Он освобождает пользователя от необходимости изучения мнемоники и программных средств, используемых в САПР. Обычно диалог этого типа реализуется методом меню, при котором пользователю предлагается выбрать один или несколько вариантов из предлагаемого списка.

35 Лингвистическое обеспечение САПР. Организация диалога.

Смотри вопрос 34. иалоговый режим имеет существенное значение для целей автоматизации проектирования. В методическом плане диалог обеспечивает решение слабоформализованных задач за счет активного вовлечения человека в процесс проектирования и использования его интуиции и опыта.

Диалоговый режим организует вычислительный процесс и служит для оперативного управления ходом выполнения проектных процедур и операций со стороны проектировщика и для поддержки определенной методологической схемы проектирования со стороны САПР.

Диалог предполагает наличие двух участников: человека и ЭВМ. Каждый из них может находиться в активном или пассивном состоянии.

Участник будет находиться в активном состоянии, если он выполняет действия по анализу полученного сообщения и формированию нового.

Участник будет находиться в пассивном состоянии, если не предпринимает никаких действий в ожидании сообщения.

Если оба участника диалога находятся в пассивном состоянии, то ситуация является тупиковой.

Если оба участника диалога поочередно меняют свои состояния, то диалог называется синхронным.

Если оба участника диалога находятся в активном состоянии, то диалог называется асинхронным (человек может в любой момент времени вмешаться в выполнение проектной процедуры).

Формы сообщений:

Табличная

Директивная форма (команда)

С использованием ограниченного естественного языка

Сообщение, не предполагающее ответа на запрос, называется информационным.

Существуют типовые соотношения:

Информационные сообщения, как правило, являются выходными, а директивные – входными.

Выходные запросы табличной формы предназначены для задания проектировщиком исходных данных для последующей машинной обработки (шаблоны).

Аналогичные запросы, содержащие перечень возможных альтернатив продолжения процесса проектирования, называются меню.

Выходные информационные сообщения, как правило, имеют список подсказок.

Если форма сообщений основана на ограниченном естественном языке (ОЕЯ), то такой диалог называется свободным.

При разработке диалоговой системы для САПР необходимо учитывать:

ориентацию системы на пользователя-непрограммиста

возможность управления диалогом

возможность расширения диалога

наличие средств асинхронного диалога

двигаться к стандартам (идеал – ОЕЯ)

простота, легкость, прозрачность, дружественность, привычка и т.п.

36 Лингвистическое обеспечение САПР. Требования к диалоговым системам.

37 Лингвистическое обеспечение САПР. Методы описания технологической информации.

Проектирование на базе типовых технологических процессов с применением средств вычислительной техники осуществляют с использованием конструкторско-технологической классификации. С целью создания единой системы конструкторско-технологической классификации деталей разработаны «Общесоюзный классификатор промышленной и сельскохозяйственной про­дукции» (ОКП) и «Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения». Процесс кодирования деталей заключается в присвоении детали цифрового кода классификационной характеристики ее конструктивных признаков по высшим классификационным группировкам ОКП, затем дополнение его буквенно-цифровыми кодами основных технологических признаков. Структура конструкторско-технологического кода деталей класса «тела вращения» приведена на рисунке 31.

Конструкторский код состоит из 14 знаков: ХХХХ — индекс предприятия-разработчика; XX ХХХХ— высшая классификационная группировка ОКП; ХХХХ — регистрационный номер. Высшая классификационная группировка ОКП построена по иерархическому принципу: XX — класс; X — подкласс; X — группа; X — подгруппа; X — вид. Для деталей общего машиностроения выделено два класса: класс 40 «Детали — тела вращения» и класс 50 «Детали — кроме тел вращения».

Для однозначного выбора соответствующего типового технологического процесса одних конструктивных признаков недостаточно. Необходимы, например, еще сведения о габаритных размерах детали, ее материале. Для этого нужно воспользоваться соответствующими кодами, предусмотренными в «Технологическом классификаторе деталей машиностроения и приборостроения».

В системах, имеющих большой банк типовых технологических процессов и проектирующих технологические процессы с подробной проработкой операций, для выбора типового технологического процесса может оказаться недостаточно основного кода и потребуется описание технологических особенностей детали. Для этого используют дополнительный технологический код, описывающий шесть признаков: XX — вид исходной заготовки; XX — степень точности; X — параметр шероховатости; X — характеристика элементов зубчатого зацепления; X — характеристика термической обработки; X — характеристика массы. Для формирования дополнительного технологического кода в технологическом классификаторе содержатся специальные кодировочные таблицы.

Таким образом, на базе единой общесоюзной классификации формируют конструкторско-технологический код детали. Этот код объединяют в одну группу родственные детали, которые могут быть обработаны по близким технологическим процессам. Поэтому сформированный код детали может служить ключом для поиска типового технологического процесса.

38. Проблемно-ориентированные языки описания технологической информации.

Основу лингвистического обеспечения САПР составляют, так называемые, проблемно-ориентированные языки, предназначенные для описания процедур автоматизированного проектирования. Собственно говоря, это не языки, а комплексы программных средств, в качестве входных данных использующие языковые конструкции. В качестве примера можно привести язык СТЕП-Ш. Это ориентированный на конечного пользователя-непрограммиста технологический язык для описания информации о процессе и условиях проектирования в горячештамповочном производстве. Разумеется, что в состав ЛО САПР входят и универсальные алгоритмические языки высокого уровня и различного типа “макроязыки”, расширяющие языковые средства больших программных систем и т.д.

39. Информационное обеспечение САПР. Характеристика информации, используемой в САПР.

В комплекс средств автоматизированного проектирования входит информационное обеспечение, которое представляет собой совокупность документов, описывающих стандартные проектные процедуры, типовые проектные решения, типовые элементы и комплектующие изделия, материалы и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов. Главной целью создания информационного обеспечения САПР является разработка информационной системы, позволяющей правильно и быстро решать проектные задачи. Это может быть достигнуто своевременной выдачей источнику запроса полной и достоверной информации для выполнения определенной части проектно-конструкторского процесса.

Информация, используемая при проектировании, может быть разделена на статическую и динамическую.

Статическая информация характеризуется сравнительно редкими изменениями. К этой информации следует отнести данные ТЗ на проектирование и справочные данные, имеющие большой объем. Формирование, загрузка и корректировка справочных данных осуществляется исключительно администратором базы данных, т. е. системным программистом, формирующим базу данных. Объем данных ТЗ на проектируемый объект значительно меньше объема справочных данных, но круг лиц, имеющих право вносить изменения в ТЗ, должен быть еще более ограничен, чем круг лиц, имеющих право корректировать справочные данные.

Динамическая информация состоит из данных, накапливаемых для выполнения определенных операции проектирования (промежуточные данные), и данных, представляющих собой результат проектирования при выполнении данных операций. Промежуточные данные постоянно меняются при функционировании САПР. Вносить изменения в варианты проектных решений имеет право только конструктор-исполнитель и его руководитель.

40. Базы данных. Автоматизированный банк данных.

База данных – совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными.

База данных включает упорядоченные данные, необходимые для решения комплекса задач САПР ТП, а также вспомогательные данные.

^ Фактографическая база данных – совокупность данных, предназначенных для совместного использования, например, каталог параметров режущего инструмента, таблицы режимов резания и т.д.

^ Документальная база данных – совокупность текстовых документов, содержащих известные проектные решения или их фрагменты (например, библиотека ТП - аналогов), а также другую текстовую информацию для формирования проектных решений

^ По уровню доступности и коллективности использования различают:

Личные базы данных – обслуживают одного пользователя и содержат его личную информацию. Применяют в АРМ, в особенности при их специализации.

База данных коллективного пользования – обеспечивает одновременную работу с ней нескольких прикладных программ или пользователей.

^ База данных общего пользования – доступна всем пользователям САПР ТП.

Для использования БД необходимо специальное программное обеспечение, которое производит выборку данных прикладными программами, запись новых данных, удаление старых ненужных записей, перезапись файлов с одних машинных носителей на другие.

Совокупность программ, обслуживающих БД, называется системой управления базой данных (СУБД). К основным функциям СУБД относят следующие: определение и инициализацию БД; организацию хранения данных; предоставление пользователям доступа к БД; защиту целостности БД; управление доступом к БД; поддержание функций системного персонала; поддержание технологического процесса функционирования системы БД — СУБД.

БД и СУБД вместе образуют банк данных, который чаще называют автоматизированным банком данных (АБД). АБД создают как обслуживающую подсистему и используют для автоматизированного обеспечения необходимыми данными подсистем САПР.

41. Технологическое информационное обеспечение САПР. Локальные и глобальные типовые решения.

Основу ИО САПР составляют данные, которыми пользуется проектировщик в процессе проектирования, непосредственно для выработки проектных решений.

Эти данные могут быть представлены различным образом. При этом данные, являющиеся результатом одной проектной процедуры, могут быть исходными данными для другой.

Совокупность данных, используемых всеми компонентами САПР, составляет информационный фонд САПР.

Основная функция ИО САПР – ведение информационного фонда, т.е. обеспечение создания, поддержки и организации доступа к данным.

ИО САПР – это совокупность информационного фонда и средств его ведения (БД+СУБД).

В состав информационного фонда САПР входят:

Программные модули, которые хранятся в виде символических и объектных текстов. Как правило, это данные мало изменяются в течение жизненного цикла САПР.

Исходные и результирующие данные, которые необходимы для выполнения программных модулей в процессе преобразования. Эти данные часто меняются в процессе проектирования.

Нормативно-справочная проектная документация (НСПД), включающая в себя справочные данные о материалах, элементах, схемах и т.п. Эти данные хорошо структурированы и относятся к фактографическим данным. К НСПД относятся государственные и отраслевые стандарты, руководящие материалы, типовые проектные решения и др.

Текущая проектная документация, отражающая состояние и ход выполнения проекта. Эта информация часто изменяется в процессе проектирования и может быть слабо структурирована.

Содержание экранов дисплеев, представляющих собой связанную совокупность данных, задающие форму кадра и позволяющие отобразить на экране дисплея информацию с целью организации диалога в ходе проектирования (сам диалог – это лингвистическое обеспечение). Обычно эти данные не изменяются в течение жизненного цикла САПР, имеют фиксированный размер, используются диалоговыми системами САПР.

При выборе способов ведения информационного фонда САПР важно сформулировать принципы и определить средства ведения ИФ, структурирование данных, выбрать способы управления данными.

Различают: файловые системы, библиотеки, банки данных и базы знаний, информационные адаптеры.