12.2. Автоматизированное проектирование

Рассматривая проектирование как творческий процесс, где во взаимодействии используются логические и интуитивные методы, его можно определить как процесс функционирования системы «человек—ЭВМ». Основные составляющие последнего представлены на рис. 12.2.

Логическая составляющая характеризуется возможностя­ми компьютерных схем решения проектных задач и подразде­ляется на два типа: формально-логическую и интеллектуаль­но-логическую.

Формально-логическая компонента проектирования пред­полагает творческий характер проектирования: исследова­тельская работа проектанта по формированию алгоритма ре­шения задачи и его программной реализации.

Построение интеллектуально-логических схем основывает­ся на логической компоненте мышления проектанта и на фор­мализации интеллектуальных методов нахождения решения.

С позиции творческого функционирования системы «чело­век-ЭВМ» деятельность проектанта, опосредованная ЭВМ ха­рактеризуется как творчеством личности, так и процессом проектирования с использованием ЭВМ. Такой подход к про­ектированию называют автоматизированным.

Организационная форма применения математических методов и вычислительной техники в проектировании представляет собой систему автоматизированного проектирования (САПР). Под этим термином понимается система проектиро­вания, в которой органично объединены творческие усилия коллектива разработчиков, возможности математических ме­тодов и ЭВМ на всех этапах проектирования с применением развитых средств программного и информационного обеспече­ния, позволяющих улучшить качество проектных работ и сро­ки их выполнения. Это достигается благодаря систематиза­ции и совершенствованию проектного процесса, которые со­провождаются перестройкой структуры и кадрового состава проектных организаций; применению эффективных матема­тических моделей проектируемых объектов; комплексной оп­тимизации принимаемых решений; улучшению информаци­онного обеспечения разработок; автоматизации трудоемких и рутинных работ; частичной замене макетирования и натур­ных испытаний математическим моделированием.

Рис.8.10

САПР – сложная организационно-техническая система, представляющая собой комплекс средств автоматизации (КСА), организационно-методических и технических доку­ментов и специалистов, использующих их в процессе своей профессиональной деятельности. Согласно нормативному до­кументу, по информационной технологии в процессе автома­тизированного проектирования разрабатываются следующие виды обеспечения: техническое, программное, информацион­ное, организационно-методическое, метрологическое, право­вое, математическое, лингвистическое, эргономическое.

Проектные решения по программному, техническому и ин­формационному обеспечению реализуют изделие в виде вза­имосвязанной совокупности компонент, входящих в состав автоматизированных систем с необходимой документацией, а по остальным видам обеспечения входят в состав автоматизированных систем или их частей в качестве организационно-методических и эксплуатационных документов или реализуются в компонентах программного, технического или информационного обеспечений. Математическое обеспечение реализуют через программное или техническое обеспечение, а лингвистическое представляют в информационном или про­граммном.

Под техническим обеспечением автоматизированной системы понимается совокупность средств управляющих воздействий, получения, ввода, подготовки, преобразования, обработ­ки, хранения, регистрации, вывода, отражения, использова­ния и передачи данных с конструкторской документацией по ГОСТу 2.601.

Информационное обеспечение — это совокупность систем­но-ориентированных данных, описывающих принятый в сис­теме словарь базовых описаний (классификаторы, типовые модели, элементы автоматизации, форматы документации и т. д.) и актуализированных данных о состоянии информа­ционной модели объекта автоматизации, проектирования на всех этапах жизненного цикла.

Организационно-методическое обеспечение — это совокуп­ность документов, определяющих организационную структу­ру объекта проектирования и системы автоматизации, необ­ходимой для выполнения конкретных автоматизируемых функций, а также функционирование системы в заданных ус­ловиях и формы представления ее результатов.

Под лингвистическим обеспечением понимается совокуп­ность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц, используемых в этой системе при ее функционировании для общения с КСА.

Эргономическим обеспечением автоматизированных систем является совокупность взаимосвязанных требований, направленных на согласование психологических, психофизио­логических, антропометрических, физиологических характе­ристик и возможностей человека-оператора, технических характеристик КСА, параметров рабочей среды на рабочем месте.

САПР подразделяется на подсистемы, объединяющие ряд Компонентов средств обеспечения в соответствии с их предназначением. Различают объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные) подсистемы САПР.

Состав средств обеспечения объектных подсистем САПР завиисит от класса проектируемых объектов. Объектные подсистемы могут находить применение как на определенном этапе проектирования, так и на нескольких этапах. При этом решается ряд типовых задач с соответствующей адаптацией к требованиям каждого этапа. Примером может служить подсис­тема поиска оптимальных проектных решений, которая применяется как для определения рационального типа и кон­структивной схемы объекта, его морфологического описания, так и для параметрической оптимизации.

Инвариантные подсистемы САПР осуществляют функции управления и обработки информации, не зависящие от осо­бенностей проектируемого объекта. Примерами этих подсис­тем являются подсистемы управления САПР, диалоговых процедур, оптимизации, обработки графической информации (машинной графики), информационно-поисковых процедур. Инвариантные подсистемы служат базой для разработки объ­ектных подсистем: необходимые компоненты средств обеспе­чения инвариантных подсистем наполняются «объектным» содержанием и включаются в состав соответствующих объект­ных подсистем. Например, объектная подсистема поиска оп­тимальных проектных решений строится на основе инвари­антной подсистемы оптимизации, в которой находится про­граммное обеспечение, реализующее математические методы оптимизации. В объектной подсистеме общие программы на­страиваются на применение в конкретной области техники (разработке конкретных изделий и систем). При этом выбира­ются наиболее пригодные и эффективные методы, на основе которых строятся специальные алгоритмы и программы опти­мизации.

Объектная подсистема конструирования включает в свой состав средства машинной графики, необходимые для ввода, обработки и вывода графической информации. При этом ин­вариантная подсистема машинной графики, позволяющая выполнять определенный набор типовых операций над графи­ческими изображениями, дополняется прикладными про­граммами и базой графических данных, автоматизирующими труд конструктора данного класса объектов (изделий и сис­тем).

Структурная схема САПР представлена на рис. 13.3.

Методология автоматизированного проектирования стала активно развиваться в 60—70-х годах XX столетия. Некото­рые итоги начального этапа применения САПР в авиаракето­строении были подведены в обзоре ВИНИТИ. Дальнейшее развитие САПР характеризовалось внедрением машинной графики, связанной с созданием и использованием интерактивных графических программ, которые позволили обеспечить взаимодействие проектанта и ЭВМ для решения не полностью формализованных задач и работы графической информации.

В настоящее время проектирование характеризуется широким использованием современных компьютерных технологий, базирующихся на новейших программных средствах обработки информации и компьютерной технике с высоким быстродействием и большими объемами памяти. Это позволяет осуществить проектирование сложных технических систем в САПР не только на основе формализованных (математических) моделей, но и с использованием неформализованных (или не полностью формализованных) моделей объекта. В таких