Лекции по САПР / LSAPR1

5

СТАДИИ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В общем случае процесс проектирования может быть рассмотрен как последовательность cледующих относительно самостоятельных действий:

1. Постановка проблемы и формирование общей цели проектирования.

Это творческий акт логически вытекающий из хода и прогноза развития событий в определенной сфере деятельности. Он требует от проектировщика понимания перспективных потребностей обновления.

2. Изыскание общей концепции о средствах достижения цели; выявлении основных принципов действия и функций объекта проектирования и его составляющих, обеспечивающих достижение планируемых результатов.

В основном это тоже творческий акт, но возможные решения на этой стадии могут быть проанализированы на обобщенных ММ. Следует отметить, что ММ в виде зависимостей Y =F (X, Q) или LV(Z) = f(Z) не всегда могут быть получены. В некоторых случаях функционирование объекта проектирования может быть описано в виде алгоритма, то есть модель объекта в этом случае является алгоритмической. Например, такая модель может предусматривать определение точек пересечения некоторых графиков и дальнейшее использование координат точки пересечения (яркий пример- определение полосы пропускания).

3. Собственно проектирование начинается с иерархической декомпозиции общей цели, функций и принципов построения объекта до такой степени конкретизации, когда становятся очевидными конструктивные решения элементов декомпозиции с количественными оценками критериев качества.

На этой стадии проектирования требуется высокая профессиональная подготовка проектировщиков в соответствующей предметной области, знание технических и технологических возможностей реализации выдвигаемых идей, умение количественно оценивать достижимые уровни качественных показателей проектируемых объектов. На этой стадии может быть достигнута значительная автоматизация за счет включения в объект проектирования унифицированных деталей, узлов, агрегатов и подсистем, для которых cуществуют математические модели в виде подпрограмм, программ или программных комплексов в программном обеспечении САПР.

Перечисленные работы выполняются в рамках стадии, называемой предпроектными исследованиями или иначе эти работы еще называют стадиями научно-исследовательских работ (НИР)..

4. Разработка технических заданий (ТЗ) на проектирование объектов и составляющих его частей. Формулируются назначение и функции, определяются планируемые эффекты и технико-экономические показатели, а также технические требования ТТ = {TT, ... TT}.

Это стадия технического задания. Результатом ее выполнения является техническое задание (ТЗ) на проектирование, важной составляющей которого являются соотношения вида:

Y ТТ , Y ТТ, (3.1)

5. Разработка технических предложений под сформулированные ТЗ. Технические предложения предусматривают выбор тех или иных вариантов удовлетворения ТЗ на принципиальном уровне с учетом максимально возможной информации, имеющей отношение к изобретениям, патентам, прототипам. Стадия работ называется стадией технического предложения.

Автоматизация этапов 4 и 5 может быть достигнута за счет существующих в базе данных САПР ММ унифицированных элементов проектируемого объекта, а также за счет развитого информационного описания предметной области.

6. Эскизное проектирование объектов. На этой стадии проектирования осуществляется основная работа, окончательное теоретическое и эксплуатационное обоснование и описание устройства и работы объекта проектирования с высокой степенью достоверности прогноза его эксплуатационных качеств.

7. Разработка технического проекта (ТП). Здесь идеи эскизного проекта доводятся до уровня конструкторских документов, содержащих технические решения.

На этапах 6 и 7 разрабатываются ММ оригинальных элементов, осуществляется оптимизация принимаемых решений, для чего привлекается соответствующий математический аппарат. Этап характеризуется высокой степенью формализации.

8. Разработка рабочей документации для изготовления опытных образцов. Допускает полную автоматизацию при развитом информационном описании.

9. Коррекция проектируемых решений и документации по результатам испытаний опытных образцов. Чаще всего это требует возврата к 6-7 этапам проектирования, реже - к 3-4. Кроме того отметим, что на любом этапе проектирования может быть возврат к предыдущей стадии по принципу обратной связи, в этом случае производится корректировка ранее принятых решений.

Общность этих стадий проектирования допускает типизацию описаний стадий. Так, на каждой стадии формулируются определенные совокупности проектируемых задач, решение которых приводит к достижению поставленных при проектировании целей. При решении этих задач выделяются проектные операции - достаточно законченные последовательности действий завершающиеся определенными промежуточными результатами. Последовательности проектных операция, приводящие к решению проектных задач, называют проектными процедурами.

Каждая стадия проектирования работ может быть описана в терминах проектных процедур и операций с учетом их логических связей. Весь процесс проектирования после этого становится логически увязанной системой стадий, процедур и операций. Эту систему называют обобщенным алгоритмом проектирования. (См. алгоритм на рис.).

Для каждой степени детализации описания объекта (иначе говоря для каждого уровня иерархической структуры проектируемого объекта: объект (0-уровень) —> обеспечивающие подсистемы (1 уровень) —> узлы (2 уровень) —> .......—> элементы (последний к-тый уровень)) выполняется следующая последовательность проектных операций:

1. формализация целей проектной задачи,

2. анализ исходных данных,

3. выработка предварительных предложений о средствах достижения целей (декомпозиция объекта проектирования на составляющие части или синтез структуры),

4. моделирование выбранных классов или типов объектов проектирования в виде соотношений Y = F(X, Q), LV(Z) = f(Z) или других ММ, о которых речь пойдет далее; ограничений Y<ТТ, Y>ТТ, , и функционалов качества I = K(Y),

5) выработку вариантов проектных решений на основе анализа моделей,

6) испытание и структурное согласование предварительных проектных решений,

7) принятие окончательных проектных решений,

8. документирование результатов проектирования как законченного фрагмента проекта.

Стратегия, принятия окончательного проектного решения для разных проектных процедур может быть различной, но особое место среди них занимает выработка и принятие оптимального решения. Проектное решение называют оптимальными, если они обеспечивают наивыгоднейшие в каком-то смысле свойства объектов проектирования, т.е. проектируемые решения отыскиваются в этом случае из условия максимума или минимума одного или нескольких компонентов векторного критерия I = K(Y).

Важно отметить, что необходимость формализации для автоматизации проектной процедуры с необходимостью приводят к созданию соответствующего проблемно-ориентированного языка со своей терминологией и символикой.

Сложность алгоритма проектирования, с одной стороны, и наличие современных технических средств обработки информации, с другой стороны, предопределяют целесообразность и возможность автоматизированного проектирования.

Возможности автоматизации велики в таких трудоемких проектных операциях как хранение и выбор исходных данных, математическое описание объектов проектирования, реализация алгоритмов поиска проектных решений, коррекция исходных данных и принятых решений по результатам испытаний, документирование, в том числе графическое, промежуточных и итоговых результатов. Без проектировщика не обойтись при целеполагании, постановке проектных задач, определении концепций о средствах достижения целей, принятии окончательных решений на стыках проектных процедур и стадий. Однако, на настоящем этапе наличие интеллектуальных систем может значительно облегчить проектировщику решение и этих задач.

Таким образом, развитые САПР, обеспечивающие высокую степень автоматизации, должны представлять проектировщику возможности использования баз развивающихся знаний в той или иной области проектирования: формализованных описаний объектов проектирования в виде их ММ; эффективность оценки алгоритмов оценки точности и прогноза состояния моделей; реализацию алгоритмов генерации вариантов и поиска оптимальных проектных решений; информационного обеспечения процесса моделирования и принятия решений; документирования этапов проектирования; эффективного диалога проектировщика с системой на основе применения проблемно-ориентированных языков программирования и проектирования. В такой среде проектировщик должен максимально типизировать и унифицировать проектные решения, разрабатывать экономичные языковые средства диалогового проектирования, определять рациональные объемы баз знаний и структуру информации в них; разрабатывать формы документирования, допускающие эффективную математическую реализацию.

Итак, для получения максимального эффекта автоматизации проектирования САПР должен удовлетворять запросы проектировщика; проектировщик обязан в полной мере учитывать специфику и реальные возможности системы.

СТРУКТУРА САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР) определена в ГОСТ 23501.0-79 как организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования (КСАП), взаимодействующего с подразделениями проектной организации, и выполняющая автоматизированное проектирование.

Средства автоматизации проектирования структурируются по видам обеспечения: математическое обеспечение, программное обеспечение, техническое обеспечение, информационное обеспечение, организационное обеспечение, методическое обеспечение.

Математическое обеспечение - это совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Программное обеспечение - совокупность машинных программ, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Среди этой совокупности выделяются программы для организации функционирования технических средств, т.е. для планирования и управления вычислительным процессом, распределения вычислительных ресурсов между многими пользователями. Эта часть представляет общесистемное ПО. Общесистемное ПО создается для многих приложений и не отражает специфику САПР. Эта специфика находит отражение в базовом и прикладном ПО. в базовое ПО входят программы, обеспечивающие функционирование прикладных программ. В прикладном ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектирования процедур. Прикладное ПО реализуется в виде ППП. Техническое обеспечение представляет совокупность технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. ТО делится на группы средств программной обработки данных, подготовки и ввода данных, отображения и документирования, архива проектируемых решений, передачи данных. Средства программной обработки данных представлены процессорами и запоминающими устройствами, в которых реализуется программная обработка данных и программное управление с вычислениями. Средства подготовки, ввода отображения и документирования данных служит для общения человека с ЭВМ. Средства проектирования решений представлены внешними запоминающими устройствами. Средства передачи данных используются для организации связей между территориально удаленными ЭВМ и терминалами (оконечными устройствами).

Информационное описание объекта проектирования реализуется при автоматизации проектирования в информационном обеспечении САПР. Информация об объектах проектирования представляется в виде документов на машинных носителях, содержащих сведения справочного характера о материалах, комплектующих изделиях, типовых проектных решениях, параметров элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений, структур проектных объектов и т.п. Основная составная часть ИО САПР - банк данных, состоящий из БД и СУБД.

БД - сами данные, находящиеся на машинных носителях информации, т.е. в запоминающих устройствах ЭВМ и структурированные в соответствии с принятыми в БД правилами. СУБД - совокупность программных средств, обеспечивающих функционирование банка данных. С помощью СУБД производится запись данных в банк, их выборка по запросам пользоватлей и прикладных программ, обеспечивается защита данных от искажений и от несанкционированного доступа и т.п.

Лингвистическое обеспечение - совокупность языков проектирования, предназначенных для описания процессов автоматизированного проектирования и проектных решений. Это язык общения проектировщика с ЭВМ. В развитых САПР таких языков может быть несколько, причем каждый из них основывается на правилах формализации естественного языка и использует методы сжатия и развертывания текста.

Методическое обеспечение составляют документы, регламентирующие состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования. Допускается и более широкая трактовка понятия методического обеспечения, при котором под ним понимается совокупность математического, лингвистического обеспечения и названных документов, реализующих правила использования средств проектирования.

Организационное обеспечение включает положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектных организаций и взаимодействие подразделений с комплексом средств автоматизированного проектирования.