Базовые компоненты

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 турбодетандеров, 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.

Составными функциональными частями САПР являются математическое, лингвистическое, информационное, программное, техническое, методическое и организационное обеспечения.

Виды обеспечения информационных систем

1 уровень – техническое обеспечение. Это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств.

2 уровень – информационное обеспечение – совокупность сведений, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Основная его часть – автоматизированные банки данных, состоящие из БД, БЗ, САПР и СУ.

3 уровень – программное обеспечение – совокупность машинных программ, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования.

4 уровень – организационно-методическое – 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.

5 уровень – лингвистическое – совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов.

6 уровень – математическое обеспечение – совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования.

7 уровень – концептуальное – совокупность универсальных мировоззренческих концепций, отражающих цели развития системы.

Т е х н и ч е с к о е обеспечение САПР составляют ЭВМ и периферийное оборудование. К этому виду обеспечения относят также используемые в САПР измерительные при­боры, устройства организационной техники.

М а т е м а т и ч е с к о е обеспечение САПР включает математические модели проектируемых объектов, методы и алгоритмы выполнения проектных процедур.

Основу математического обеспечения (МО) САПР составляют алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР. Элементы МО САПР в чрезвычайно разнообразны. Среди них имеются инвариантные элементы – 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: 1) математические методы и построенные на их основе математические модели, описывающие объекты проектирования; 2) формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.

Способы и средства реализации первой части математического обеспечения наиболее специфичны в различных САПР и зависят от особенностей объектов проектирования. Что касается второй части математического обеспечения, то формализация процессов автоматизированного проектирования в комплексе оказалась 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.

В развитии этого процесса можно выделить два перспективных направления:

• развитие методов получения оптимальных проектных решений, в том числе ориентированных на автоматизированное проектирование;

• совершенствование и типизация самих процессов автоматизированного проектирования, инвариантных к задачам проектируемых объектов.

Процесс автоматизированного проектирования по составу и последовательности процедур, содержанию и формам проектной документации качественно отличается от традиционного процесса проектирования. Вместе с тем в процессе автоматизированного проектирования можно выделить определенное число процедур, инвариантных к объектам проектирования. Перспективной в совершенствовании и типизации технологии процессов автоматизированного проектирования является централизованная разработка математического аппарата моделирования типового процесса проектирования и выпуск базовых программно-методических комплексов, реализующих такие модели.

П р о г р а м м н о е обеспечение (ПО) САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. ПО совместно с информационным 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.

Разработка ПО осуществляется создателями САПР.

И н ф о р м а ц и о н н о е обеспечение (ИО) САПР. Основу ИО САПР составляют данные, которыми пользуются проектировщики в процессе проектирования непосредственно для выработки проектных решений. Эти данные могут представлены в виде тех или иных документов на различных носителях, содержащих сведения справочного характера о материалах, комплектующих изделиях, ГОСТах, 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:

• программные модули, которые хранятся в виде символических и объектных текстов;

• 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 определенным образом структурированные.

Система управления базой данных (СУБД) – совокупность программных средств, обеспечивающих функционирование данных.

Л и н г в и с т и ч е с к о е обеспечение 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.

М е т о д и ч е с к о е обеспечение САПР. Под методическим обеспечением (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 о специальных способах и средствах реализации данного компонента САПР говорить не приходится.

О р г а н и з а ц и о н н о е 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).