Методическое обеспечение САПР

ПОСТРОЕНИЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
1.Структура САПР
2.Виды обеспечения САПР
1. Структура САПР
САПР (по ГОСТ) – организационно – техническая система, состоящая из
комплекса средств автоматизации проектирования, взаимодействующих с
подразделениями проектных организаций и выполняющих автоматическое
проектирование.
Функционирование САПР возможно только при наличии всех средств
автоматизированного проектирования.
Средства объединяются в подсистемы.
Подсистемой САПР – называется выделенное по некоторым признакам часть
системы автоматизированного проектирования обеспечивающее получение
законченных проектных решений и соответствующих проектных документов.
Каждая подсистема состоит из набора задач в функциональном отношении
тесно связанных между собой и в то же время образующих автономную часть
системы.
Подсистемы, входящие в САПР
1)Проектирующие
2)Обслуживающие
1)Проектирование подсистемы ориентированы на выполнение определенных
совокупностей проектных процедур. В зависимости от степени специализации
по типам объектов различают: объектно-ориентированные (объектные)
подсистемы
объектно-независимые (инвариантные)
Объектная осуществляет проектирование некоторого объекта или классов
объектов на определенной стадии проектирования.
Инвариантная выполняет функции управления и обработки информации
независящие от особенностей проектируемого объекта.
При проектировании каждой подсистемы и системы в целом должны
учитываться общесистемные принципы взаимодействия человека и ЭВМ. Для
подписи в САПР в легкой промышленности должны учитываться следующие
требования:
- совместность ручного, автоматизированного и автоматического способа.
- Накопление опыта в системе, то есть хранение проектов и использование их
как прототипов или аналогов для новизны проектируемого изделия, для
повторного использования.
- Выбор графических стандартов.
Принцип взаимодействия человека с ЭВМ:
В процессе проектирования он основан на сочетании знаний опыта и
интуиции человека с быстродействующим ходом технических средств.
Формализация многих этапов проектирования вызывают затруднения, так как
невозможно полностью исключить неформальные действия характерные для
проектировщика.
Принцип иерархической структуры построения САПР
Он реализует комплексный подход к автоматизации всех уровней
проектирования. Взаимосвязи существующие в традиционном проектировании
должны сохраняться и в САПР.
Принцип системного информационного единства во всех подсистемах.
Он означает, что большинство задач проектирования обслуживается
информационно согласованными. Единство информационных связей
предусматривает единую форму представления однотипных данных, то есть в
системе должны использоваться единые термины, понятия, входные и
выходные данные установленные в нормативных документах.
Принцип инвариантности
Он предполагает, что подсистема и компоненты САПР должны быть по
возможности универсальными или типовыми и функционировать независимо
друг от друга, обеспечивая возможность решения большого количества задач
каждой подсистемы. При этом символы, коды должны быть согласованы таким
образом, чтобы обеспечивалось совместное функционирование всех подсистем
и сохранялась открытая структура системы в целом.
2.Виды обеспечения САПР
Каждая подсистема состоит из функциональных частей или компонентов,
объединенных общей целевой функцией и обеспечивающей работоспособность
этой
подсистемы. Компонентами САПР являются элементы обеспечения:
программного
лингвистического
методического
технического
математического
информационного
организационного
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР (ПО)
Объединяет собственно программы для обработки данных на машинных
носителях и программную документацию необходимую для эксплуатации
программы.
ПО делится на общесистемное, базовое и прикладное (специальное).
Общесистемное ПО предназначено для организации функционирования
технических средств, то есть для управления и планирования вычислительных
процессов, распределения имеющихся ресурсов и представленных
операционными системами ЭВМ (MS-POS, Windows). Общественное ПО
обычно создается для многих приложений и специфику САПР не отражает.
Базовое и прикладное ПО создается для нужд САПР. В базовое ПО входят
программы, обеспечивающие правильное функционирование прикладных
программ.
В прикладном ПО реализуется математическое обеспечение для
непосредственного выполнения проектных процедур.
Прикладное ПО обычно имеет форму пакетов прикладных программ, каждый
из которых обслуживает определенный этап процесса проектирования, или
группу однотипных задач внутри различных этапов.
Общесистемное ПО одноуровневой САПР представлено операционной
системой (ОС) используемой ЭВМ.
Базовое и прикладное ПО включает в себя мониторную систему управления
базой данных (СУБД) и пакеты прикладных программ (ППП).
В САПР применяется много ППП, каждый из которых имеет ориентацию на
определенную подсистему САПР.
Пример. Известны ППП геометрического моделирования, оформления
конструкторской документации используемые в подсистеме машинной графики
синтеза маршрутной технологии, проектирование штампов, выбора
установочных баз в подсистемах технологического проектирования, расчетов
на прочность в подсистемах проектирования корпусов летательных аппаратов.
ППП имеет достаточно сложную структуру с выделением управляющей и
обрабатывающей частей к управляющей части ППП сложной структуры
относится монитор пакета, функционирующий под управлением мониторной
системы САПР.
Очень часто для управления пакетом достаточно возможностей ОС и
мониторной системы. В этом случае в пакете ПП управляющая часть не
выделяется и ее называют библиотекой программ или пакетом простой
структуры.
В пакетах простой структуры в качестве языка используется язык управления
заданиями ОС или аналогичный язык описания заданий мониторной системы.
Но в САПР чаще используют пакеты сложной структуры, отличающиеся
наличием развитого проблемно-ориентированного входного языка и
собственного монитора.
Непосредственное выполнение проектных операций и процедур в маршрутах
проектирования происходит по рабочим программам. Для каждого нового
проектирования объекта и каждого нового маршрута создается своя
оригинальная программа.
Так как сложность программ обычно высокая, то их получение должно быть
автоматизированным. От пользователя требуется сформулировать задание и
исходные данные на проблемно-ориентированном входном языке, а сама
рабочая программа будет получена с помощью средств ППП.
ППП предназначенные для образования рабочих программ из библиотечных
или оригинальных модулей с генерацией последних с помощью языковых
процессов чаще называют программными системами.
Обрабатываемая часть состоит из языковых и функциональных людей.
Сложность управляющих программ САПР возрастает в многоуровневый
САПР. Здесь мониторная система должна дополнительно распределять задание
на обработку в различных узлах вычислительной сети, а так же обеспечить
доступ к общей базе данных со стороны многих терминалов (пользователей).
Лингвистическое обеспечение САПР
Оно представлено совокупностью языков, для описания процедур
автоматизированного проектирования и проектных решений. Основная часть
многочисленного обеспечения это языки общения человека с ЭВМ. К языкам
программирования предъявляются требования удобство использования
универсальности и эффективности объектных программ. Удобство
использования выражается в затратах времени на основании языка
программистов и на написание программ на этом языке.
Универсальность определяется возможностями языка для описания
различных алгоритмов характерных для САПР, а эффективность объектных
программ свойствами используемого транслятора, которые в свою очередь
зависят от свойств языка. Эффективность оценивается затратами машинных
времени и памяти на использование программ. С позиции универсальности и
эффективности объектных программ обладают машинно-ориентированные
языки, их называют языками Ассемблера или автокодами.
Среди алгоритмических языков высокого уровня созданных на ранних этапах
развития ЭВМ наибольшее распространение получил язык ФОРТРАН, его
сравнительная простота обуславливает легкость освоения и достаточно
высокую эффективность проектных программ численного
анализа ПО.
существующих САПР создано в основном на основе языка ФОРТРАН. Однако
этот язык имеет ограниченные возможности для описания сложных алгоритмов
логического характера, поэтому при создании программ используется либо
языки Ассемблера, либо языки высокого уровня с более развитыми
возможностями описания не вычислительных процедур. К таким языкам
относятся ПЛ / 1, АДА, СИ, ПАСКАЛЬ. Языки проектирования- это языки
предназначенные для описания информации об объектах и задачах
проектирования. Среди языков проектирования выделяют языки входные,
выходные, сопровождения, управления, промежуточные и внутренние.
Входные языки служат для задания исходной информации об объектах и
задачах проектирования и включают в себя языки описания объектов и языки
описания заданий. Первые служат для описания свойств этих проектных
объектов, а вторые для описания заданий на выполнение проектных заданий и
процедур.
Выходные языки используются для выражения результатов выполнения
проектных процедур на ЭВМ.
Языки управления служат для представления управляющей информации для
программно - управляемого исполнительного оборудования таких, как
устройство документирования и технологические автоматы.
Промежуточные и внутренние языки предназначены для представления
информации на определенных стадиях ее переработки на ЭВМ. Достоинства в
том, что они являются унифицированными и более универсальными.
Языки проектирования для описания узко – специализированных объектов
развивающихся во времени обычно оказываются близкими к языкам описания
алгоритмов и названия процедурными языками.
Языки
проектирования
предназначены
для
описания
структуры
проектируемого объекта и называются непроцедурными. С помощью
непроцедурных языков непосредственно описывается исходная схема или
чертеж, а пользователю нужно лишь соблюдать правило языка, не заботясь о
разработке моделирующего алгоритма.
Имеют важное значение для САПР диалоговые режимы работы с ЭВМ.
Лингвистическое
обеспечение
диалоговых
режимов
представляется
диалоговыми языками. Фактически диалоговый язык объединяет в себя
средства входного, выходного языков и языка сопровождения и служит для
оперативного обмена между человеком и ЭВМ.
Различают пассивный и активный диалоговый режимы и соответственно
пассивные и активные диалоговые языки.
В пассивном диалоговом режиме инициатива диалога принадлежит ЭВМ.
Прерывание вычислительного процесса в нужных местах, выполнения
маршрута и обращение к пользователю осуществляется с помощью диалоговых
программных средств воплощенных в мониторной системе САПР или в
мониторе ППП.
Обращения ЭВМ к пользователю могут быть следующих типов:
Запрос
Информационное сообщение
Подсказка
Запросы предусматриваются в тех случаях, когда от человека требуется либо
задание исходных данных, либо выбор между ограниченным множеством
возможных продолжений проектирования (+ПР.)
Информационное сообщение используется для передачи пользователю
промежуточных или окончательных результатов решений, а также сведений о
состоянии его задания. На эти сообщения не требуется реакция пользователя
(+ПР.)
Подсказки применяются в тех случаях, когда действия пользователя
ошибочны, например, нарушаются формальные правила языка.
В активном диалоговом режиме инициатива начала диалога может быть
двусторонней, то есть возможности прерываний вычислительного процесса и у
ЭВМ и у пользователя. Активные диалоговые языки могут быть близкими к
естественному языку человека, но с ограниченным набором возможных слов и
фраз для активного диалога требуется более сложное ПО, чем для пассивного.
Методическое обеспечение САПР
Определяет объект проектирования, процесс проектирования и взаимосвязь
между машиной и человеком, то есть что проектировать и как управлять
процессом проектирования.
Методическое обеспечение включает также совокупность документов, в
которых отображены состав, правила отбора и эксплуатации средств
автоматизации проектирования. Допускается более широкое понятие
методического обеспечения, в котором под методическим обеспечением
понимают совокупность лингвистического обеспечения и названных
документов реализующих правила использования средств и проектирования.
Техническое обеспечение САПР
Представляет собой совокупность документов взаимосвязанных и
взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения
автоматизированного проектирования. Технологическое обеспечение делится
на группы:
1)средства программной обработки данных
2)средства подготовки и ввода данных
3)средства отображения и документирования
4)средства архива проектных решений
5)средства передачи данных от ЭВМ к терминалам.
Подробнее:
1)представлены процессами и запоминающими устройствами, то есть
устройствами ЭВМ, в которых реализуется преобразование данных и
программные управления вычислениями. Как правило, средства программной
обработки данных объединяются конструктивно в системный блок.
2) и 3)служат для общения человека с ЭВМ. К ним относятся дисплей,
клавиатура.
Для отображения данных служат дисплей, принтер и другие.
Для ввода: клавиатура, сканер и другие.
5)Средства передачи данных используются для организации связей между
территориально разнесенными ЭВМ и терминалом. Эти устройства
представлены так называемым сетевым оборудованием.
4)средства архива проектных решений представлены внешними
запоминающими устройствами. На сегодняшний день эти устройства
представлены накопителями на магнитных и оптических дисках и на
магнитных лентах.
Математическое обеспечение САПР (МО)
Объединяет в себе математические модели проектируемых объектов и их
элементов, методы и алгоритмы выполнения проектных операций и процедур.
Элементы МО чрезвычайно разнообразны, это и построение функциональных
моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных
задач, постановка задач и так далее.
Формы представления МО также довольно многообразны, но их
практическое использование происходит после реализации в программном
обеспечении САПР.
Методы получения математических моделей можно представить двумя
группами: 1)методы получения математических моделей элементов и
макромоделей системы. Для этих методов характерно использование
неформальных приемов и процедур. Неформальный подход используется при
выборе вида математических соотношений моделей, а последующее
определение числовых параметров проектируемой модели может быть
формализовано.
Ко второй группе относятся методы получения полных математических
моделей систем и заданны математических моделей элементов. Эти модели
могут быть полностью формализованы и инвариантны ко многим техническим
объектам.
В первой группе различают теоретические и экспериментальные методы.
Теоретические методы основаны на использование закономерностей
характерных для моделирующего процесса. Математический аппарат этих
моделей обычно составляет системы уравнений.
На этапе математической обработки и хранения геометрической информации
о деталях швейных изделий выполняется следующая задача:
1)Математическое описание контуров деталей в удобном и компактном виде,
основанном на использовании методов аппроксимации.
2)Геометрическое преобразование плоскостного отображения деталей из одной
в другую включающие операции сдвига изображений сжатия или растяжения,
поворота, отсечения части изображения, перекоса и так далее.
Математическим аппаратом для решения задач геометрического
проектирования является вычислительная геометрия. В условиях САПР
геометрическая информация о контурах деталей поступает в ЭВМ в виде
набора координат дискретных точек.
В результате в памяти машин накапливается большой объем информации и
возникает задача сокращения этого объема при сохранении точности задания
контура, поэтому чаще всего для математического описания контуров
криволинейных участков деталей используются методы интерпоренции и
апроксимации.
Интерпоренция – это конструктивное восстановление
функции определенного класса по известным ее значениям. Апроксимация –
это замена одних математических объектов другими близкими к исходным
объектам. Так как швейные детали имеют разнообразную сложную
конфигурацию описать единым уравнением весь контур практически
невозможно, поэтому аналитическое описание дается на отдельные
расчлененные участки (кусочки). Кусочно-аналитическая модель, используемая
для этих целей, представляет собой совокупность аналитических описаний
простых участков и структура соединения этих участков между собой.
Пример. На ПРП существуют способы определения лекал, тогда сложную
деталь делят на простые части (фигуры) площадь которых можно определить
по математическим формулам.
Наибольшее распространение при описании контуров получили методы
кусочно-линейной, линейно-круговой и сплайновой апроксимации.
При кусочно-линейной апроксимации осуществляется замена участков
криволинейного контура отрезками прямых,
при этом отклонение
апроксимирующих отрезков от исходной линии контура, называемые
погрешностью апроксимации, должно быть меньше заданной величины дельта.
В результате апроксимации контур или другие замкнутые линии деталей
заменяются многоугольниками вершины которого называются узлами
апроксимации. Координаты узловых точек фиксируются в порядке их обхода.
Основной недостаток кусочно- линейной апроксимации - это большое
количество узлов апроксимации, и негладкая форма контура. Наибольшее
распространение получила в машиностроении на станках с ЧПУ.
При линейно-круговой апроксикации в простейшем случае осуществляется
проведение окружностей через последовательно расположенные тройки точек.
При апроксимации дугами необходимо определить радиус искомой.
Пример: оформление оката рукава верхней части проймы- радиусография, для
построения рукава с помощью дуг и , криволинейный контур расчленяется на
участки и каждый из участков апроксимируется дугой
с определенным
радиусом. Необходимым условием для данной апроксимации является
сопряжение полученных дуг, то есть наличие общей касательной на границе
участков в точках перехода
от одной к другой. Для получения при
апроксимации более гладкой контурной линии может быть использован способ
гладкой окружностной интерполяции называемый способом биарк. Способом
биарков можно практически апроксимировать любой участок контура швейной
детали.
Математическое описание контуров с помощью сплайфункций. В САПР
методы апроксимации применяются не только для математического описания
спроектированных контуров, но и для конструирования
кривых
и
поверхностей. Наибольшее распространение при математическом описании
получили методы сплайн-апроксимации.
Термин сплай возник от назначения чертежного инструмента – тонкой
металлической линейкой, которая может изгибаться так, чтобы проходить через
заданные точки, достаточная степень совпадения контура с исходной функцией
достигается при использовании кубических сплавов. Непрерывность и
гладкость кривых в местах соединения обеспечиваются выбором параметров по
обе стороны сочленения. На практике, при построении плавной кривой
проходящей через множество точек конструктор с помощью гибкой линейки
вычерчивают каждый участок, ориентируясь на положение нескольких точек
ближайших к этому участку. При переходе к соседнему участку процесс
подбора соседних точек продолжается. Построенный таким образом сплайн
называется локальным сплайном.
Кубическая параметризация оказалась пригодной и для локальных сплавов.
Организационное обеспечение САПР
Включает положения, инструкции, приказы, штатные расписания,
квалификационные требования и другие документы, регламентирующие
организационную структуру подразделений проектной организации и
взаимодействие подразделений с комплексами средств автоматизированного
проектирования.
Информационное обеспечение САПР
Является
совокупность
сведений
необходимых
для
выполнения
автоматизированного проектирования. Оно включает сведения содержащие
описание базы данных САПР, систему управления ею, и наборы данных на
запоминающих устройствах, магнитных дисках. Информационное обеспечение
САПР объединяет всевозможные данные необходимые для пополнения
автоматизированного проектирования и представленные в виде документов на
различных носителях содержащих сведения справочного характера о
материалах, комплектующих изделия, типовых проектных решениях,
параметрах элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде
промежуточных и окончательных проектных решений, структур и параметров
проектируемых объектов. Основная составная часть информационного
обеспечения САПР-это банк данных. Банк- это система организации ведения и
хранения информации расположенной на магнитных носителях и
предназначенных для комплексного многоцелевого решения вместе со
специальными программами, организационными и техническими средствами
его ведения, то есть - это совокупность средств для централизованного
накопления и коллективного использования данных САПР.
Основными составными элементами банка данных являются база данных и
система управления базой данных.
База данных - это сами данные, находящиеся в запоминающих устройствах
ЭВМ и структурированные в соответствии с принятием в данном банке данных
правилами.
Структура базы данных должна удовлетворять требованиям многократных
применений, обеспечивая быстрый доступ к каждому элементу информации
для этого в 8БД должны быть отображены логические связи между данными, на
основании которых при решении задач может выполняться выборка логически
связанных записей без обработки остальной информации, находящихся в базе
данных. Данные в БД можно разделить на две группы: архив и рабочий массив.
Архив включает нормативно- справочную информацию, которая меняется и
обновляется сравнительно редко. Рабочий массив содержит результаты
выполнения этапа проектирования предназначенного для использования на
последующих этапах. Для обозначения объектов БД используются следующие
термины: элемент данных - это наименьшая единица данных, представляющая
конкретное значение. Запись данных - это иерархическая совокупность
элементов и агрегатов данных. Набор записей - это упорядоченное
совокупность связанных записей, состоящая из определенного или
произвольного числа записей связанных с ней – подразделения адресуемого
производства в БД содержащий записи, наборы записей или части наборов.
Система управления базой данных (СУБД) – это совокупность программных
средств, обеспечивающих функционирование БД. С помощью СУБД
производится запись данных в банк данных, их выборка по запросам
пользователей или прикладных программ, обеспечивается защита данных от
искажения и от несанкционированного доступа и так далее.
В основу разработки СУБД положен принцип независимости данных, что
означает отделение функций и независимости прикладных программ от
изменения физических характеристик и размещения данных. Независимость
достигается хранением описания данных отдельно от программ.