5. Состав и структура сапр

Составными структурными частями САПР являются подсистемы. Подсистема САПР – выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая получение законченных проектных решений и соответствующих проектных документов. В большинстве САПР деление на подсистемы связано с расчленением представлений об объектах проектирования на горизонтальные и вертикальные уровни. По назначению подсистемы разделяют на проектирующие и обслуживающие. Проектирующие подсистемы имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап проектирования или группу непосредственно связанных проектных задач. Примеры проектирующих подсистем: проектирование технологических схем криогенных установок, проектирование теплообменных аппаратов и т.д. Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное применение и обеспечивают поддержку проектирующих подсистем, а также оформление, передачу и вывод полученных в них результатов. Примеры обслуживающих подсистем: автоматизированный банк данных, подсистемы документирования, прочностные расчеты, расчеты теплофизических свойств веществ и материалов.

К функциональным частям САПР относятся:

1. Техническое обеспечение. Это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств. Техническое обеспечение САПР составляют ЭВМ и периферийное оборудование. К этому виду обеспечения относят также используемые в САПР измерительные приборы, устройства организационной техники. Основу технического обеспечения САПР составляет, как правило, персональный компьютер. Конструктивно он представляет собой системный блок, состоящий из корпуса с блоком питания, в котором установлены: материнская плата с процессором, оперативной памятью, видеокартой (видеоплатой), при необходимости звуковой картой и сетевой картой; жесткий диск (винчестер); привод для компакт – дисков. Кроме этого в состав компьютера обязательно входит монитор (дисплей), клавиатура, манипулятор «мышь». Это основные устройства компьютера. Кроме них применяются периферийные устройства: принтер, плоттер, звуковые колонки, микрофон, цифровой фотоаппарат, цифровая видеокамера.

Пример обозначения параметров компьютера:

Intel Pentium 4 – 1700 MHz/128 Mb DDR/40 Gb HDD/32 Mb Video/52x CD – ROM/FDD 1,44 Mb/Монитор 17’’/Клавиатура/Мышь.

Здесь: Intel Pentium 4 – тип процессора; 1700 MHz – его тактовая частота в мегаГерцах; 128 Mb – объем оперативной памяти в мегаБайтах; DDR – тип оперативной памяти; 40 Gb – объем винчестера в гегаБайтах; 32 Mb – объем видеопамяти (видеокарты); 52х CD – ROM – наличие и характеристика привода для компакт – дисков; Монитор 17’’ – наличие монитора с размером экрана 17 дюймов по диагонали; Клавиатура/Мышь – наличие клавиатуры и мыши.

На практике в настоящее время широко применяются локальные вычислительные сети (ЛВС). Это принадлежащая одной организации коммуникационная система, связывающая различные аппаратные средства: компьютеры, принтеры, плоттеры. Слово «локальная» указывает на близость расположения компьютеров. Диапазон действия ЛВС колеблется от нескольких метров до 8 – 10 км.

ЛВС предоставляет пользователям следующие возможности:

- обмен информацией (сообщениями электронной почтой, файлами текстовых документов, чертежей и программ);

- разделение ресурсов компьютеров, т.е. совместное использование баз данных и программ, хранящихся на любом из компьютеров сети (либо на удаленном мощном компьютере – сервере с жестким диском большой емкости);

- вывод информации, например, на принтер или плоттер, подключенный только к одному из компьютеров сети.

ЛВС состоит из следующих основных элементов:

- файлового сервера;

- рабочих станций;

- сетевой операционной системы;

- несущей среды (кабелей), сетевых карт и других аппаратных средств.

Сервер – это мощная ПЭВМ, на жестком диске которой хранятся прикладные программы, базы данных и т.д., необходимые для работы пользователей сети. Сервер, предназначенный только для обслуживания сетевых запросов, называется выделенным. При генерации (установке) сети можно сформировать и совмещенный сервер, на котором можно работать как на рабочей станции.

Рабочие станции – подключенные к сети ПЭВМ, на которых работают отдельные пользователи.

Каждая рабочая станция и сервер в ЛВС должны иметь специальное программное обеспечение: сетевую оболочку или операционную систему.

Кабель в ЛВС определяет физическую среду передачи информации. Существует три типа кабелей:

- витая пара (физически этот кабель состоит из четырех витых пар в оплетке, одна пара используется для передачи информации в одном направлении, вторая – в другом направлении, две оставшиеся пары предназначены для передачи служебных сообщений по сети, на практике иногда они не используются);

- коаксиальный (типа телевизионного);

- волоконно – оптический (физически это кварцевая нить в полимерной оплетке, оплетка предназначена для придания гибкости кабелю; передача информации по кабелю производится световыми излучениями с разной длиной волны, за счет чего образуется ряд информационных каналов).

Скорость передачи информации – важнейший показатель эффективности сети, она измеряется в Мбит/с, Гбит/с. Скорость передачи информации по витой паре составляет от 10 до 100 Мбит/с, по коаксиальному кабелю – от 0,5 до 10 Мбит/с, по волоконно – оптическому теоретически – сотни Гбит/с, практически – около 2 Гбит/с (за счет более низкой пропускной способности приемных и передающих устройств).

Сетевые карты физически могут быть встроены в материнскую плату или устанавливаться в разъемы системного блока компьютера. Их тип определяется выбранной топологией сети.

В ЛВС компьютеры располагаются сравнительно недалеко друг от друга. Для связи на большом расстоянии можно использовать аппаратуру обычных телефонных линий, которая, правда, поддерживает относительно низкую скорость передачи информации. Дополнительным устройством при этом является модем. Когда с компьютера информация передается по телефонной линии, передаваемые сигналы подвергаются модуляции, а когда принимается – демодуляции. Отсюда название – модем. Назначение модема – замена двоичного сигнала компьютера (сочетания 0 и 1) аналоговым сигналом с частотой, соответствующей рабочему диапазону телефонной линии.

Конструктивно модем – это печатная плата, вставляемая в компьютер или присоединяемая к нему, связанная с кабелем, подключаемым к телефонной розетке.

2. Информационное обеспечение (ИО) – совокупность сведений, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Основная его часть – автоматизированные банки данных. Основу ИО САПР составляют данные, которыми пользуются проектировщики в процессе проектирования непосредственно для выработки проектных решений. Эти данные могут быть представлены в виде тех или иных документов на различных носителях, содержащих сведения справочного характера о материалах, комплектующих изделиях, ГОСТах, СНиПах, типовых проектных решениях, параметрах элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений, структур и параметров проектируемых объектов и т.п. Данные, являющиеся результатом одного процесса преобразования, могут быть исходными для другого процесса. 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. Таким образом, ИО САПР есть совокупность информационного фонда и средств его ведения. В состав информационного фонда САПР входят:

- исходные и результирующие данные, которые необходимы при выполнении программных модулей в процессе преобразования. Эти данные часто меняются в процессе проектирования, однако их тип постоянен и полностью определяется соответствующим программным модулем;

- нормативно-справочная проектная документация, включающая в себя справочные данные о материалах, элементах схем, унифицированных узлах и конструкциях. Эти данные, как правило, хорошо структурированы. К нормативно-справочной проектной документации относятся также государственные и отраслевые стандарты, руководящие материалы и указания, типовые проектные решения, регламентирующие документы (слабо структурированные документальные данные);

- текущая проектная информация, отражающая состояние и ход выполнения проекта. Как правило, эта информация слабо структурирована, часто изменяется в процессе проектирования и представляется в форме текстовых документов.

При выборе способов ведения информационного фонда САПР важно сформулировать принципы и определить средства ведения информационного фонда, структурирования данных, выбрать способы управления массивами данных. Основная часть информационного обеспечения – банк данных, представляющий собой совокупность средств для централизованного накопления и коллективного использования данных в САПР. Банк данных состоит из базы данных и системы управления базой данных. База данных – сами данные, находящиеся в запоминающих устройствах ЭВМ и структурированные определенным образом. Система управления базой данных (СУБД) – совокупность программных средств, обеспечивающих функционирование данных.

3. Программное обеспечение (ПО) – совокупность машинных программ, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. ПО САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. ПО совместно с ИО являются звеньями, связывающими все виды обеспечения САПР в единую систему проектирования. К ПО САПР предъявляется ряд системных требований, от степени удовлетворения которых в значительной мере зависит эффективность всей системы автоматизированного проектирования, а именно: требование эффективной программной реализации алгоритмов, требование информационной согласованности программ друг с другом и системой управления базы данных, требование модульности и наращиваемости ПО САПР. Программное обеспечение состоит из двух составных частей – из общего (общесистемного) и специального (прикладного). Общесистемное ПО обычно создается для многих приложений и специфику САПР не отражает. Оно служит для организации, планирования и управления вычислительным процессом (в том числе включает в себя операционные системы ЭВМ). В специальном (прикладном) ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Эти прикладные программы необходимы группе пользователей, занимающихся автоматизированным проектированием в конкретной проблемной области.

4. Организационно-методическое обеспечение – совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними и их функции, совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения автоматизированного проектирования. Организационное обеспечение САПР – совокупность положений, устанавливающих состав и функции подразделений проектной организации, и другие документы (приказы, инструкции штатные расписания, квалификационные требования, документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектной организации и взаимодействие подразделений с комплексом средств автоматизированного проектирования).

5. Методическое обеспечение САПР (МеО). Под МеО САПР понимают входящие в ее состав документы, регламентирующие порядок ее эксплуатации. Причем, документы, относящиеся к процессу создания САПР, не входят в состав методического обеспечения. Так как документы МеО носят в основном инструктивный характер и их разработка является процессом творческим, то этот процесс автоматизации не подлежит.

6. Лингвистическое обеспечение – совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов. ЛО САПР представлено совокупностью языков для записи алгоритмов (языки программирования), описания исходных данных и результатов, обмена информацией между проектировщиком и ЭВМ в процессе проектирования (языки проектирования), включая термины и определения.

7. Математическое обеспечение (МО) – совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования. МО САПР включает математические модели проектируемых объектов, методы и алгоритмы выполнения проектных процедур. Основу МО САПР составляют алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР. Элементы МО САПР чрезвычайно разнообразны: принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, методы поиска экстремума. Разработка МО является самым сложным этапом создания САПР, от которого в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования САПР в целом. По назначению и способам реализации МО САПР делится на две части:

7.1. Математические методы и построенные на их основе математические модели, описывающие объекты проектирования. Способы и средства реализации первой части математического обеспечения наиболее специфичны в различных САПР и зависят от особенностей объектов проектирования

7.2. Формализованное описание технологии автоматизированного проектирования. Формализация процессов автоматизированного проектирования в комплексе является более сложной задачей, чем алгоритмизация и программирование отдельных проектных задач. При решении этой задачи должна быть формализована вся логика технологии проектирования, в том числе логика взаимодействия проектировщиков друг с другом на основе использования средств автоматизации. Методы и положения общей теории систем, которая более всего подходит для решения такого рода задач, пока не нашли применения в рассматриваемой области. Работы по автоматизации проектирования во многих случаях выявили несовершенство методологии самого проектирования и привели к необходимости одновременного решения задач по совершенствованию процессов проектирования. Взгляды различных авторов на концепции совершенствования и развития методологии проектирования в одном полностью сходны: в основе проектирования должен лежать системный подход. МО САПР должно описывать во взаимосвязи объект, процесс и средства автоматизации проектирования. Так как в настоящее время установившейся теоретической базы для решения этой задачи не существует, то практически происходит процесс интеграции в единый комплекс средств моделирования сложных систем различных математических методов.

7. Концептуальное обеспечение – совокупность универсальных мировоззренческих концепций, отражающих цели развития системы.