Общие сведения о системах автоматизированного проектирования Автоматизация проектирования и подготовки производства
Проектирование технического объекта связано с созданием, преобразованиями и представлением в принятой форме образа этого объекта. Образ объекта или его составных частей может создаваться в воображении человека в результате творческого процесса или генерироваться по некоторым алгоритмам в процессе взаимодействия человека и ЭВМ. В любом случае проектирование начинается при наличии задания на проектирование, которое отражает потребности общества в получении некоторого технического изделия.
Проектирование – процесс, заключающийся в преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.
Проектирование, при котором все или часть проектных решений получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным, а проектирование, при котором ЭВМ не используются, – неавтоматизированным.
Возможности проектирования сложных объектов обусловлены использованием ряда принципов, основными из которых являются декомпозиция и иерархичность описаний объектов, многоэтапность и итерационность проектирования, типизация и унификация проектных решений и средств проектирования.
Очевидность того факта, что развитие новой техники в современных условиях замедляется не столько отсутствием научных достижений и инженерных идей, сколько сроками и не всегда удовлетворительным качеством их реализации в процессе конструкторско–технологической разработки, ни у кого не вызывает сомнения. Одним из направлений решения этой проблемы является создание и развитие САПР.
При неавтоматизированном проектировании результаты во многом определяются инженерной подготовкой конструкторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и другими факторами. Автоматизированное проектирование позволяет значительно сократить субъективизм при принятии решений, повысить точность расчетов, выбрать наилучшие варианты для реализации на основе строгого математического анализа всех или большинства вариантов проекта с оценкой технических, технологических и экономических характеристик производства и эксплуатации проектируемого объекта, значительно повысить качество конструкторской документации, существенно сократить сроки проектирования и передачи конструкторской документации в производство, эффективнее использовать технологическое оборудование с программным управлением. Автоматизация проектирования способствует более полному использованию унифицированных изделий в качестве стандартных компонентов проектируемого объекта.
Подход, характеризовавший использование ЭВМ на первом этапе, носит название «позадачного» и заключается в том, что каждая вновь возникающая задача решается с помощью автономно создаваемой программы, которая функционирует независимо от других программ данной предметной области. Недостаток такого подхода заключается в том, что подобные программы строятся по принципу, когда для решения отдельной задачи требуется полная подготовка вспомогательных средств (технических, информационных, программных и др.). Поскольку проектирование объекта, как правило, предполагает и его оптимизацию, машинная программа в этом случае представляет собой «симбиоз» модели проектируемого объекта и некоторого алгоритма оптимизации. Естественно, что в этом случае ни модель, ни алгоритм оптимизации не могут использоваться для других целей.
Однако применение ЭВМ на этом этапе позволило перейти от упрощенных методов расчета и проектирования с субъективным выбором «лучшего» варианта к научно обоснованным методам, обеспечивающим рассмотрение всего многообразия технически приемлемых вариантов с учетом заданных условий и ограничений и объективный выбор среди них оптимального.
Системный подход к организации процесса проектирования на ЭВМ заключается в создании крупных программных комплексов в виде пакетов программ (ПП) и САПР, ориентированных на определенный класс задач. Такие комплексы строятся по модульному принципу с универсальными информационными и управляющими связями между модулями. При решении задач используются единые информационные массивы, организованные в банки данных.
ЭВМ позволяет использовать очень сложные математические модели, значительно более точно описывающие реальные процессы. Более того, открылась возможность для широкого применения расчетных методов, разработанных еще до создания ЭВМ, но неудобных либо неприемлемых при ручных расчетах.
Применение ЭВМ требовало от пользователя трудоемкой подготовки задач к решению, заключающейся в математической формулировке задачи, выборе численного метода, разработке алгоритма и его записи на одном из языков программирования. Автоматизированное проектирование отличается от подобного использования ЭВМ прежде всего тем, что почти все из перечисленных операций автоматизированы и выполняются на ЭВМ с помощью заранее разработанного программного обеспечения, рассчитанного на многократное применение при решении определенного класса проектных задач. От пользователя требуется лишь описать исходные данные задачи на проблемно–ориентированном языке и быть готовым к оценке результатов и принятию решений по полученным от ЭВМ сведениям.
В условиях стремительного развития ЭВМ и быстрого расширения сферы их приложения в начале 1960–х гг. родилась новая область их применения – интерактивная машинная графика, предметом которой стало представление и преобразование графической информации.
Во–первых, появилась возможность наглядного представления результатов расчета, объем которых в численном виде огромен. Во–вторых, ЭВМ теперь позволяют в буквальном смысле рассматривать работу графической модели изучаемого объекта, т. е. решать задачи, в которых обработка графической информации занимает значительное место.
Современные САПР:
характеризуются наличием банка данных с справочными характеристиками материалов, с прежними техническими решениями, чертежами конструкций, патентами, стандартами и другой информацией, необходимой проектировщику;
обеспечивают возможность корректировки баз данных в процессе проектирования;
могут осуществлять моделирование (физическое, математическое, графическое) как отдельных элементов, так и всей конструкции в целом;
имеют возможность развития путем присоединения нового программного обеспечения в пакеты имеющихся программ;
содержат развитые графические подсистемы, которые могут совмещать различные виды и проекции изделий, преобразовывать масштабы, осуществлять аффинные преобразования, заменять отдельные элементы конструкции другими;
могут обеспечивать одновременную работу нескольких проектировщиков.
Применение САПР позволяет:
ускорить процесс проектирования и улучшить его качество за счет применения современных расчетно–оптимизационных методов;
снизить затраты трудовых и материальных ресурсов на проектирование;
избавить проектировщика от рутинной работы, многократно увеличивая производительность и качество его труда и освобождая его время для творческой работы.