49.Математическое обеспечение сапр. - алгоритмы, по к-рым разраб-ся программное обеспечение. Оно подразд-ся на:

- матем. методы, с помощью которых разраб-ся матем. модели;

- формализованное описание технологии автоматиз-го проект-я.

Математ. методы испол-ся для создания и анализа матем-х моделей объектов. Математ. модель техобъекта – система матем. символов (чисел, переменных, матриц, множеств и др.) и отношений м/у ними, отражающая св-ва проектируемого объекта, существенные для его создания и функционирования. Модель д.б. адекватной. В САПР испол-ся, в основном, методы: имитационного моделир-я, логического синтеза, оптимизации, синтеза геометр-х моделей объектов. Методы имитационного моделир-я испол-ся для создания имитационной модели объекта и экспериментирования с ней в условиях реальных огранич-й с целью выбора удовлетворяющего варианта объекта. В САПР различ-т кинемат-ую, динам-ую имитацию и имитацию сложных динам-х систем. Кинем. имитация – опред-й коллизий (столкновений, несовпадений) при возм-х положениях элементов объекта и в процессе взаимного перемещения элементов объекта. Испол-ся контрольные сборки, выпол-ся исслед-е движ-я состав-х элементов объекта. Динам имитация – исслед-е напряженно-деформированного и теплонапряженного состояния объекта в условиях реальных ограничений и нагрузок. Испол-ся численные методы решения задач, чаще всего, метод КЭ. Имитация сложных производ-х систем – исслед-е поведения сложных систем (ГПС) в условиях реальных ограничений и возм-х изменениях элементов систем (при изменении номенклатуры изготавливаемых на ГПС изделий, в случае возникновения поломок). Испол-ся теория и системы массового обслуж-я. Для моделирования разработаны спец. языки программ-я: Симскрипт, Симула, GPSS. Методы логического синтеза испол-ся для создания матем-х моделей объектов с помощью описания логических правил и аналитических зависимостей м/у исход. данными проект-го решения и возможными его вариантами.В САПР К и ТП испол-ся 3 вида математ. моделей логического синтеза: табличная, сетевая, перестановочная.

1)Табличная модель - в ней каждому набору условий соответствует единственный вариант (конструкции или ТП). 2)Сетевая модель - позволяет разрабатывать несколько вариантов проектного объекта, что позволяет оптимизировать решение (выбрать рациональный вариант.).Удобно представлять в виде графов. 3)Перестановочная модель: подобно сетевой, позволяет рассмотреть несколько вариантов, т.е. возможна оптимизация, однако в отличии от сетевой модели в перестановочной можно менять местами элементы. Методы оптимизации – испол-ся для опред-я наиболее рационального варианта реш-я задачи из возм-х вариантов. Это задача поиска экстремума целевой функции F(X) путем варьирования проектных параметров X в пределах допустимой области. Методы решения задач оптимизации: аналитические, имитационные, аналитико-имитационные. Аналит. методы испол-т аппарат матем. программ-я. Нах-ся целевая функция: F=F(x1,x2,...,xn), где x1,x2,...,xn – переменные. Граф. интерпретация: если 1 переменная – 2D, 2 переменных – 3D. Примен-ся 14 методов оптим-и: общий поиск, деления интервала пополам, дихотомии, золотого сечения, покоординатного подъема, исключения областей, случайного поиска, градиентный, симплекс-метод. Матем. модели синтеза геометр-х моделей объектов обеспеч-т созд-е цифровых образов объектов, возм-х для обработки на ЭВМ. Геометр. мод. представ-ся совокуп-ю урав-й кривых, повер-й, объемов, анал-х завис-ей, алгебр-х соотн-й, графов, списков и созд-ся с испол-ем методов аналит-ой геометрии, дифферен-ой геометрии, линейн. алгебры, теории множ-в, теории графов, алгебры логики. Геометр. мод. примен-ся для опис-я геометр. св-в объектов (формы, размерных парам-в, распол-я в простр-е), решения позиционных и метрических задач, преобр-я формы и полож-я геометр. объектов, офор-я чертежей. Формализованное опис-е технологии автом. проект. – алгоритмы работы САПР. Для записи алгоритмов испол-т: псевдокод (специальная словарная запись – "почти программа"), блок-схемы алгоритмов.

50. Матем-е методы имитац. модел-я, используемые в САПР.

Мат методы предназначены для создания анализа систем моделей объектов. В САПР испол-ся след. матем. методы. 1) метод имитационного моделирования 2) логического синтеза 3) оптимизации 4) метод синтеза геометрических моделей объектов.

Метод имитац. моделир. - предназначен для создания матем-х имитац-х моделей объектов и экспериментир-я с ними в условиях реальных ограничений с целью выбора, удовлетв-го варианта объекта.

- кинемат-я имитация - контроль сборки, а также работа движущихся механизмов с целью опред-я коллизии(столкновения).

- динам-я имитация - опред-т поведение объекта при изменении действ-х нагрузок (его напряж-е состояния). Испол-ют МКЭ (в средних и «тяжелых» САПР). Сущность МКЭ: объект разбивается на КЭ, связанные в углах, к-рые образуют сеть. В соотв-х углах приклад-ся нагрузки и указываются закрепления, затем производится расчет с помощью системы, реализующей МКЭ. В результате опред-ся деформация объекта, т.е. смещения всех углов (кроме закрепленных) и напряжение в узлах (по закону Гука). Расчет произ-ся решением с/с ур-й, размерность к-рых опред-ся кол-вом углов. Конечные элементы: для 2D; для 3D.Сеть из КЭ может создаваться автоматически для этого есть генератор сети, в некоторых случаях может создаваться в ручную. В с/с имеется визуализатор позволяющий изобр-ть деформируемый объект (в искаженном виде) и визуализировать напр-я в теле объекта разл цветами. 1)Создание КЭ автоматически или вручную. 2)3адание нагрузок восприним-х телом в узлах 3)3адание ограничений в узлах. 4)Расчет деформации и напряжений во всех узлах МКЭ. 5)Визуализ-я деформир-го объекта. 6)Анализ результата. Усиление элем-в конструкции - изм-е конфигураций. Изм-е парам-в модели осуществл-ся конструктором, после чего произв след-й расчет МКЭ пока не удовлетворит конструктора. Исп-ся, кроме того, имитация сложных производ-х систем, напр-р ГПС. В кач-ве матем-го обесп-я исп-ся система теории массового обслуживания. Для имитации разработаны спец. языки программ-я:синскрипт.

51. Математ-е модели логического синтеза, используемые в САПР - испол-ся для создания мат моделей объектов на основе описания логических правил и мат зависимостей м/у входными данными и возможными вариантами решений. В САПР исп-ся 3 вида моделей логич.синтеза: табличная, сетевая, перестановочная.Табличная модель - в ней каждому набору условий соотв-т единств-й вариант (констр-ции или техпроцесса). Чаще всего испол-ся для поиска унифицированных решений БД.

А1 АЗ

F(A1) = F1,F2,FЗ(F4,F5,F6,F7. F(А2) = F1,F2,FЗ,F4,F5,F7. F(АЗ) = F1,FЗ,F5,F7.

В моделях логического синтеза каждой поверхности устанавливается свой оператор. Р1 -подрезка торца F1. Р2,Р2,Р4 - обтачивание поверхностей F2,FЗ,F4. Р5 - сверление F5. Р6 - зенкерование конического отверстия F6. Р7 - отрезка F7.

Матем-я модель представляется в виде табличной матрицы:

Pi F(Ai) F(A1) F(A2) F(A3)

Р1 + + +

Р2 + +

РЗ + + +

Р4 + +

Р5 + + +

Р6 + +

Р7 + + +

Эта модель не позволяет рассматривать различные варианты изготовления одной и той же детали, поэтому при исполнении этих моделей не возможна оптимизация. 2). Сетевая модель: позволяет разрабатывать несколько вариантов проектного объекта, что позволяет оптимизировать решение (выбрать рациональный вариант.). В сетевой модели нельзя осуществить перестановку элементов. 3)Перестановочная модель: подобно сетевой, позволяет рассмотреть несколько вариантов, т.е. возможна оптимизация, однако в отличие от сетевой модели в перестановочной можно менять местами элементы. Но! Не всегда. Перестановочные модели чаще всего испол-ся для ТП сборки изделия.

Представление формулирующих вариантов - также с помощью графов, но в отличие от сетевой на разных графах

Матем-е модели лог, синтеза для опред-я средств в технол. обеспеч-и. В БД предприятия должны нах-ся все данные о тех.средствах предп-я. Такая модель наз-ся произв-й моделью предприятия. Она должна включать в себя. {Ci}-множ-во моделей оборуд-я; {Pi}-множ-во режущих инструментов; {Ui}-множ-во мерительных инструментов, {Пи}-множ-во приспособлений.Определение средств технол. обеспечения опред-ся с помощью таблиц соответственности,

52. Лингвистическое обеспечение САПР.- специальные языковые ср-ва, предназ-е для взаимодействия проектировщика с системой, описания процедур автоматиз-го проект-я и проектных решений.Языки прогр-я (ЯП) – для написания программ-го обесп-я; яв-я ср-вами программиста САПР. ЯП: 1) Машинно-ориентированные ЯП (ассемблер, автокод) – близки к машинным командам, поэтому яв-ся наиболее универсальными и эффективными. Программ-е на МОЯП требует знания алгоритма, грамматики и синтаксиса ЯП и структуры, техособенностей ЭВМ, поэтому они сложны и неудобны для испол-я неспециалистами в данной области. Они примен-ся для решения спец. задач (при написании операционных систем, при создании программ для технол. оборудования). 2) Процедурно – ориентированные ЯП (Паскаль, СИ, Бейсик и др.) – языки высокого уровня, удобны для испол-я человеком, т.к. они не сложны в освоении и упрощают процессы написания и отладки программ. ПОЯП универсальны в использовании. 3) Проблемно – ориентированные ЯП – для испол-я в специальных областях (AutoLISP), испол-ся для создания граф. изобр. способом граф. программ-я. ЯП – формальный язык, с помощью к-рого возможно описание объектов и манипулирование с ними. Оригинальный формальный язык разработать не сложно.Формальный язык не может восприниматься процессором ЭВМ, поэтому программа, написанная на ЯП перев-ся на язык ЭВМ с помощью спецпрограммы – транслятора, к-рый д.б. для каждого ЯП. Имеется два вида трансляторов: интерпретаторы и компиляторы. С помощью интерпретатора послед-но осущ-ся трансляция и исполнение каждой строки программы. Это значительно сокращает быстродействие программы, но позволяет опред-ть строки программы, где имеются синтаксические ошибки, возможные при написании программ программистом. Поэтому этот способ удобно испол-ть при отладке программ. Для работы интерпретатора и программы необходим исходный текст программы. Поэтому в этом случае необходимы специальные средства защиты авторских прав разработчика программ. Компилятор создает загрузочный (исполняемый) файл программы в машинных кодах. В этом случае для работы программы не треб-ся ее исходного текста. Это позволяет, в какой-то степени, защитить авторские права разработчика. Кроме того, быстродействие программы значительно выше, чем при интерпретации. Процесс создания программы осущ-ся в след-й послед-ти: созд-ся отдельные модули программы (м.б. написаны на различных ЯП), из к-рых с помощью соотв-х компиляторов формируются объектные модули на языке команд ЭВМ, после чего специальная программа – компоновщик задач – формирует загрузочный модуль, готовый для исполнения. Требования к языкам программ-я:

- наличие свойств автоматического выявления синтаксических ошибок;

- удобство использования – min затраты на освоение языка и написание программ.

- универсальность – написание любых программ для заданной САПР;

- эффективность – наименьшие затраты машинного времени;

- простота освоения и использования – должны включать информационно-справочные и обучающие подсистемы.

53. Программное обеспечение САПР- совокупность всех программ, обеспеч-х реализацию функций САПР.

Системное ПО – обесп-т организацию эффективного функционирования техн-х и программных средств вычислительного комплекса в процессе автоматиз. проект-я.

Основные функции СПО:

- управ-е процессом вычислений (одновременное решение нескольких задач);

- диалоговая связь с пользователем;

- решение общематематических задач;

- ввод – вывод информации (хранение, поиск, сортировка, модификация файлов, защита их целостности, защита от несанкционированного доступа);

- контроль и диагностика работы вычислительного комплекса.

Операционная система обесп-т: поддержку работы всех программ и их взаимодействие с тех. ср-вами вычисл-го комплекса, предоставление пользователям возможностей управления ВК.

Операц-е системы подразд-ся на 3 типа: мультипрограммирования, с разделением времени, реального времени. ОС мультипрограмм-я – работа в пакетном режиме.

ОС с разделением времени позволяют решать одновременно несколько задач (наиболее распространены).

ОС реального времени испол-ся для управления технол. оборуд-ем.

Файловая система – хранилище всей информации ВК.

Командный язык обесп-т выполнение операций управления ВК (разметка дисков, копирование файлов).

Драйверы внешних устройств – программы, обеспеч-ие подключение к ЭВМ и работу внешних устройств (дисплей, клавиатура,диски, принтер.)

54. Информационное обеспечение – система, обесп-ая проектировщиков всей необходимой информацией в процессе проект-я (справочной, унифицированными и индивидуальными констр-ми и технол-ми решениями, данными о технолог-х возможностях предприятия).Основные функции ИО САПР:

- прием и обработка запросов проектировщиков с выдачей результатов в требуемой форме;

- хранение инфор-и, обесп-е разделения доступа к ней, возм-ть восстан-я информации при разрушении;

- быстрое внесение изменений (корректировка) инфор-и;

- проверка корректности хранимой и вводимой инфор-и;

- получ-е документов в алфавитно-цифровой и граф. форме.

Эти задачи реш-ся с помощью банков данных (БнД). БнД – совок-ть средств для централизованного накопления и коллективного испол-ия данных в САПР. БнД = БД + СУБД; БД – данные всей необходимой информации, структурированные в соотв-и с принятыми в БнД правилами. СУБД – совок-ть языковых и программных средств для создания, редакт-я и испол-я базы данных проектировщиком и прикладными программами. За ведение БД отвечает администратор баз данных. Применение БнД решает основные проблемы манипулирования большими объемами информации: сокращение избыточности данных, обесп-е целостности и независимости представления данных. Требования к БнД САПР:

- гибкость – возм-ть модификации, наращивания и адаптации данных при минимальных затратах;

- реорганизация БД не должна приводить к изменению прикладных программ;

- возм-ть парал-ого доступа к данным;

- обработка как алфавитно-цифровой, так и граф. инфор;

- надежность – возм-ть восстан-я данных в случае их разрушения;

- наглядность – предст-е инфор. в удобной для восприятия форме;

- эконом-ть – эффективное распределение памяти и исключение дублирования информации;

В БД БнД САПР хранится следующая информация:

- характеристики объектов проектирования (технические, эксплуатационные и др.);

- характеристики процессов проектирования (типовые конструкторские и технологические решения);

- нормативные и справочные данные.

Данные в БнД структурированы с помощью модели данных (МД). МД – формализованное описание, отражающее состав и типы данных, взаимосвязи м/у ними. Виды: Иерархическая МД характ-ся тем, что создание записей, осущ-ся на нескольких уровнях, причем каждая запись связана не более чем с одной записью более высокого уровня и может иметь несколько связей с записями подчиненного уровня (схема). В сетевой МД каждая запись м.б. связана с произвольным числом других записей, нах-ся на любых уровнях иерархии. Поэтому любые группирования записей и организация произвольных связей м/у ними. Предст-е связей м/у данными предст-ся с помощью графов (схема). Реляционная МД характ-ся тем, что данные формир-ся в виде таблиц. Получили наибольшее распространение (dBASE, PARADOX). Поиск информации в БнД осущ-ся с помощью поисковых описаний – составных имен. Для выпол-я операций с данными в БнД испол-ся специальные языки манипулирования данными (SQL).

55. Техническое обеспечение САПР – совок-ть устройств вычисл-й и организационной техники, предназн-ая для автоматиз. проект. изделий и процессов. ТО и общее системное программное обесп-е составл-т инструментальную базу САПР.

ТО обесп-т возм-ть функцион-я программ-го и информац-го обесп-я САПР: отображение информации с целью контроля и редакт-я, возм-ть взаимодействия проектировщика с САПР, хранение информации. Основные устройства ТО САПР: - аппаратные ср-ва ЭВМ; - внешние запом-е устройства; - устр-ва ввода-вывода инфор; - устр-ва документирования инфор; - технич. средства теледоступа и сетей ЭВМ. Аппаратные ср-ва ЭВМ: - центральный процессор (процессоры); - специализированные процессоры; - оперативная память; - процессоры ввода-вывода; - устр-ва сопряжения интерфейсов. Центр. процессор (ЦП) обесп-т управ-е вычисл-м процессом, осущ-яя преобраз-е исход. инфор. в соотв-и с выполняемой программой. Кроме того, ЦП выпол-т управ-е всеми вычисл-ми устр-вами ЭВМ. Основн. параметр процессора – тактовая частота (МГц). Специализир. процессоры предназ-ы для повышения производ-ти при выпол-и спецзадач. Оперативная память (ОЗУ) – часть памяти ЭВМ, предназ-я для временного хранения инфор.(данных, программ, результатов). Основные параметры ОЗУ – емкость и быстродействие. Емкость ОЗУ – наибольшее кол-во единиц инфор, к-рое может храниться в памяти (МБ). Быстродействие ОЗУ – время на запись и считывание инфор. из памяти. Сверхоперативная память (cach) предназ-а для хранения копий наиболее часто испол-х команд, что повышает быстродействие работы ЭВМ. Процессоры ввода-вывода обесп-т управ-е обменом инфор. м/у ОЗУ и периферийными устр-вами без участия ЦП. Устр-ва сопряжения интерфейсов обесп-т согласование работы каналов ввода-вывода с устр-вами управ-я периферийными устр-вами. Внешние запомин. устр-ва предн-ны для хранения больших объемов инфор. Бывают с прямым и последов-ым доступом. Испол-ся накопители на магнитных и оптических дисках, на магнитных лентах. НМД – на "жестких" и "гибких" дисках. Устр-ва ввода-вывода информации. Устр-ва ввода преобр-т входную инфор. (текстовую, графическую) в электрические сигналы, воспринимаемые ЭВМ: клавиатура, "мышь", дигитайзер, сканер. Устр-ва документирование информации: принтер, графопостроитель. Технсредства теледоступа и сетей ЭВМ – для коллективного испол-я САПР. 2 группы ср-в:

- многотерминальная система – центральная ЭВМ обслуж-т несколько терминалов (рабочих мест). Однако кол-во рабочих мест ограничивается быстродействием ЦЭВМ. Кроме того, при поломке ЦЭВМ все рабочие места прекращают работу;

- сеть ЭВМ – объединение независимых ЭВМ с целью коллективного испол-я аппаратных, программных и информационных ресурсов всей сети. Сети: глобальные и локальные. Типы сетей: линейная, кольцевая, типа "звезда", смешанная.