Введение

Сложность современных объектов проектирования, особенно систем автоматического управления (САУ), постоянное ужесточе­ние требований к проектам, чрезвычайно высокая цена ошибоч­ных проектных решений входят в противоречие с традиционными инструментами и технологией проектирования. Выходом из поло­жения является разработка и внедрение нового набора инстру­ментов - инструментария проектировщика - системы автоматиза­ции проектирования (САПР).

С появлением вычисли­тельной техники был сделан акцент на автоматизацию проектных задач, имеющих четко выраженный расчетный характер, когда реализовывались методики, ориентиро­ванные на ручное проектирование. Затем, по мере накоп­ления опыта, стали создавать программы автоматизиро­ванных расчетов на основе методов вычислительной мате­матики (параметрическая оптимизация, метод конечных элементов и т. п.). С внедрением специализированных терминальных устройств появляются универсальные про­граммы для ЭВМ для решения как расчетных, так и не­которых рутинных проектных задач (изготовление чер­тежей, спецификаций, текстовых документов и т. п.). В последние годы большое внимание уделяется автома­тизации расчетно-конструкторских работ при проекти­ровании типовых узлов и агрегатов, когда синтез кон­струкции проводится эвристически, а основные пара­метры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме диалога проектировщика и ЭВМ.

Решение проблем автоматизации проектирования с по­мощью ЭВМ основывается на системном подходе, т. е. на создании и внедрении САПР — систем автоматизиро­ванного проектирования технических объектов, которые решают весь комплекс задач от анализа задания до раз­работки полного объема конструкторской и технологиче­ской документации. Это достигается за счет объединения современных технических средств и математического обес­печения, параметры и характеристики которых выби­раются с максимальным учетом особенностей задач проектно-конструкторского процесса. САПР представляет собой крупные организационно-технические системы, со­стоящие из комплекса средств автоматизации проектиро­вания, взаимосвязанного с подразделениями конкретной проектной организации.

1. Основные сведения о сапр

САПР — это инструментарий проектировщика, включающий в себя техническое, математическое, лингвистическое, про­граммное, информационное, методическое и организационное обеспечения и предназначенный для автоматизации проекти­рования объектов на конкретном предприятии на всех эта­пах — от выдачи технического задания до передачи проекта заводу-изготовителю.

Содержащийся в понятии САПР термин «система» (целое, со­ставленное из частей) означает совокупность частей, связанных с общим назначением. Отличительный признак системы — ее цело­стность, т. е. наличие такой совокупности свойств, которой нет ни у одной из ее частей. Термин «автоматизация», также имеющийся в определении, происходит от слова «автомат» (греч. «самодейст­вующий») - устройство или совокупность устройств, которые без непосредственного участия человека выполняют процессы приема, преобразования, изготовления и передачи энергии, материалов и информации согласно заложенной в нем программе. Применение автоматов в практической деятельности человека и есть автомати­зация - она освобождает его от утомительной однообразной рабо­ты, предохраняет от условий, опасных для жизни или вредных для здоровья, позволяет значительно повысить производитель­ность труда и качество продукции. Известными примерами авто­матов являются ЭВМ, роботы-манипуляторы, станки с ЧПУ. Там, где они применяются в системах, различают системы автоматизи­рованные и автоматические. Примеры автоматической системы — линия станков, на «вход» которой поступает заготовка, а с «выхо­да» снимается готовая деталь, линия химического производства, на «вход» которой поступает нефть, а с «выхода снимаются» бен­зин, масла и другие нефтепродукты. Пример автоматизированной системы — автоматизированная система управления технологиче­ским процессом (АСУ ТП) изготовления микропроцессоров. Из определения САПР следует, что эта система не является автома­тической и что она направлена на создание системы автоматизи­рованного проектирования. Из этого определения также следует, что САПР создается для конкретного проектного предприятия (проектирование навигационных приборов, оптико-электронных устройств, САУ турбогенераторов и т. д.). Следует заметить, что понятие САПР как системы автоматизированного проектирования проектного предприятия подразумевает, что процесс автоматиза­ции проектного дела уже завершен и проектные предприятия (НИИ и КБ) осуществляют практически автоматизированное проектирование. Однако такое состояние проектного дела являет­ся лишь целью, к которой необходимо стремиться.

Разработка САПР как инструментария проектировщика и внедрение инструментов САПР по мере их разработки, изготов­ления и опытной эксплуатации «инструмент за инструментом» (естественно, при заранее разработанной структуре САПР) явля­ется стратегией, позволяющей создавать именно автоматизирован­ную систему проектирования. Такая стратегия находится в полном соответствии с развитием производительных сил и отвечает не только на вопрос, что является конечной целью автоматизации проектирования, но и как этой цели достичь.

САПР строится из подсистем, т. е. отдельных инструментов проектировщика, соответствующих конкретным процедурам.

Подсистема САПР состоит из компонентов. Компоненты - часть подсистемы (элемент САПР), из которых строится подси­стема. С точки зрения разработчика САПР каждый инструмент САПР - сложная многокомпонентная конструкция, функциониро­вание которой он обязан досконально знать. С точки зрения поль­зователя это удобный инструмент для выполнения проектных процедур. Это отличие — принципиальное.

Приведем определения обеспечений САПР, из компонентов ко­торых формируются инструменты проектировщика.

Техническое обеспечение САПР — совокупность взаимосвязан­ных и взаимодействующих аппаратных средств ЭВМ - ЦВМ, АВМ - устройств ввода - вывода, дисплеев, графопостроителей (ГП) и печатающих автоматов (ПА), интеллектуальных термина­лов, динамических моделирующих стендов, на которых осуществ­ляется автоматизированное проектирование.

Математическое обеспечение — совокупность математических моделей, математических методов и алгоритмов, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования.

Программное обеспечение — совокупность программ, описаний и инструкций, в том числе пакетов программ (ПП), составленных на основе математического обеспечения и предназначенных для реализации проектных процедур на ЭВМ.

Лингвистическое обеспечение — это совокупность языков про­граммирования, языков проектировщиков и .правила формализа­ции этих языков, представленных в форме, удобной для приме­нения в составе САПР.

Информационное обеспечение — совокупность сведений, пред­ставленных на машинных носителях информации, в том числе баз данных (БД) и баз знаний (БЗ), содержащих нормативы, справочные данные, типовые проектные решения, закономерности и правила проектного процесса, которые необходимы для выпол­нения автоматизированного проектирования.

Методическое обеспечение — это совокупность документов, устанавливающих правила и инструкции по эксплуатации инст­рументов (подсистем) САПР.

Организационное обеспечение — совокупность документов, уста­навливающих организационную структуру САПР, формы и поря­док прохождения проектных документов, изготовляемых средст­вами САПР; порядок взаимодействия должностных лиц, подраз­делений САПР и отделов проектной организации.

Из элементов (компонентов) этих обеспечений и строятся ин­струменты (подсистемы) САПР. Каждый инструмент включает компоненты всех семи обеспечений. Построение такого инструмен­та— сложный процесс, аналогичный созданию любого другого современного объекта промышленного производства.