Учебное пособие: Системи автоматизованого проектування

Ефективність САПР, багато в чому, визначається якістю МЗ, оскільки вибір МЗ часто визначає якість і строк проектування, а також затрати на нього.

2. Узагальнена структура математичного забезпечення САПР

Рис. 4.1

Вимоги до математичних моделей [1, 2]. До ММ висуваються вимоги точності, надійності, економічності, універсальності та адекватності.

1. Точність: оцінюється ступенню співпадання реальних і розрахункових параметрів об’єкту. Оцінка здійснюється за допомогою даних ММ і

алгоритму. Нехай якості об’єкту проектування, що відображаються в ММ,

оцінюються вектором вихідних параметрів Y = (y1, y2, ... , ym). Тоді, позна-чивши дійсне та розраховане з допомогою ММ значення J- го вихідного параметру через Yj дійсн та Yj мод відповідно, визначимо відносну похибку Еj розрахунку параметра Yj як

Еj = (Yj мод - Yj дійсн) / Yj дійсн.                   (4.1)

Одержана оцінка e = (e1, e2, ... em). При необхідності зведення цієї оцінки до скалярної використовують будь- яку норму вектора , наприклад

eм =|| e || = max  ej  .    (4.2)       j(1: m)           

2. Надійність: необхідно використовувати такі ММ і алгоритми, які мають суворі обгрунтування використання.

3. Економічність ММ характеризується затратами обчислювальних ресурсів (затратами машинних часу Т та пам’яті П ) на її реалізацію. Чим менше Т та П , тим модель економічніша. Замість значень Т та П, які зале-жать не тільки від властивостей моделі, але й від особливостей ЕОМ, можна використовувати і інші величини: середня кількість операцій, які виконуються при одному зверненні до моделі, розмірність системи управління, кількість внутрішніх параметрів, які використовуються в моделі.

4. Універсальність: передбачає використання однотипних об’єктів без суттєвої перебудови ММ та алгоритмів.

5. Адекватність ММ  це здатність ММ відображати властивості з похибкою, яка була б не більшою, ніж задана. Оскільки вихідні параметри є функціями векторів параметрів зовнішніх Q та внутрішніх X, похибка eJ залежить від значень Q та X. Як правило, значення внутрішніх параметрів ММ визначають з умови мінімізації похибки em в деякій точці Qном простору зовнішніх змінних, при цьому використовують модель розрахованим вектором X при різноманітних значеннях Q. Адекватність моделі ,як правило, має місце лиш в обмеженій області зміни зовнішніх змінних- області адекватності (ОА) математичної моделі: 

ОА = eМ £ d,                                (4.3)      

де d > 0 - задана константа, рівна гранично допустимій похибці моделі.

3. Функціональний опис об’єктів проектування.

Функціональні моделі об’єкту проектування або його елементів являють собою залежності, які зв’язують вихідні характеристики з вхідними, внутрішніми (керуючими) та зовнішніми параметрами. В загальному випадку функціональні моделі записуються у вигляді співвідношення

Y = F(t, s, x, Q),                                  (4.4)      

де Y = (y1, y2, y3, ... yn) - вектор вихідних параметрів;

X = (x1, x2, x3, ... xn) - вектор внутрішніх (керованих) параметрів;

Q = (q1, q2, q3, ... qn) - вектор зовнішніх параметрів;

t - час;

S = (x, y, z) - вектор просторових координат.

Побудова функціональної ММ об’єкту можливе в тому випадку, коли вже виконаний морфологічний опис об’єкту проектування, тобто описаний склад його елементів та їх взаємодія.

3.1. Класифікація функціональних моделей.

1. В залежності від способу побудови: - теоретичні;

- експериментальні.

2. За формою зв’язків між параметрами моделі: - аналітичні;

- алгоритмічні.

3. В залежності від врахування випадкових факторів: - детерміновані;

- схоластичні.

4. В залежності від виду заданих параметрів моделі: - постійні;

 дискретні.

5. В залежності від особливостей (типу) рівнянь, що входять в модель: - лінійні; -нелінійні.

6. В залежності відврахування або не врахування часу: - статичні;     -динамічні.

7. По відношенню до ієрархічного рівня: - мікромоделі; - макромоделі; - метамоделі.

3.2. Види функціональних моделей

1. Математичні моделі у вигляді диференційних рівнянь в часткових

похідних  (розподілені моделі). Такі моделі відображають  процеси, що

протікають в загальному випадку в 3- х вимірному просторі і в часі вони

мають слідучий вигляд:

Ф(S, X, Y, Q, ¶U/¶ S, ¶ 2Y/¶ S2, ... , t) = 0,         (4.5)

де Ф- оператор зв’язку між перемінними та їх похідними.       

Приклади розподілених моделей:

- рівняння теплопровідності при моделюванні термічного режиму ро-боти двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ);

- рівняння дифузії при моделюванні процесів охолодження ДВЗ;

- рівняння рівноваги, при моделюванні задач статики і динаміки машин.

2. Математичні моделі у вигляді звичайних диференційних рівнянь (зосереджені моделі).

y( ¶U/¶ t, X, Y, Q, t) = 0.         (4.6)

Приклади зосереджених моделей:

Диференційне рівняння вигнутої осі балки на пружній основі при мо-делюванні напружено- деформованого стану вузлів машин і т. інше.

3. Математичні моделі у вигляді трансцендентних та алгебраїчних рівнянь:  

F(Y, X, Q, t) = 0 - трансцендентне,     (4.7) 

   Y = F (Q)    - алгебраїчне.         (4.8)

4. Математичні моделі у формі логічних рівнянь: - використовуються в системах автоматизації, реле і т. інше.

5. Математичні моделі стохастичних процесів: системи масового обслуговування (ЕОМ, бази, магазини, автозаправки, і т. інше).

3.3. Методи побудови функціональних моделей

По своїй суті ММ розподіляються на теоретичні та експериментальні (емпіричні) ММ. Всі інші класифікації це похідні від вищеперечислених.Розглянемо методи побудови цих ММ.   

Методи побудови теоретичних функціональних моделей:

Для одержання теоретичних розподілених математичних моделей ви-користовуються фундаментальні фізичні закони: закони збереження маси,

енергії, кількості руху. Потім до них доповнюються граничні умови і ММ -

готова.

В основі одержання зосереджених моделей лежать також відомі зако-ни, принципи та гіпотези, які мають менш загальний характер: основний закон динаміки поступального та обертового руху, принцип складання швидкостей, закон Гука, гіпотеза плоских перерізів і т. інше.

Методи побудови експериментальних функціональних моделей

Для одержання статичних моделей використовується математичний апарат теорії планування експерименту, при якому ММ одержані у вигляді алгебраїчного рівняння виду Y = F (Q) - функція відкликання.

Для одержання динамічних моделей використовується метод індентифікації.

3.4 Критерій оцінки якості функціонування

Критерій оцінки якості функціонування - це кількісна міра якості об’єкту, що проектується і по суті своїй є математичним (формальним) еквіва-лентом мети проектування. Критерій якості функціонування ще називають функціоналом якості.

В залежності від мети проектування, як правило, необхідно найти або максимальне або мінімальне значення функціонала (критерія) якості. Рідше зустрічаються задачі, коли необхідно визначити його максимальне або мінімальне значення.

Проектування ніколи не ведеться “взагалі”, а переслідує деякі конкретні цілі і головна із них- це одержати нейкраще, оптимальне рішення. Як це оцінити? Краще, - оптимальне.

Функціонал якості дозволяє при виборі проектного рішення надавати перевагу тому чи іншому варіанту, тобто він є критерієм ефективності рі-шень, що приймаються. Розрізняють векторний і скалярний критерії ефективності.

Векторний критерій ефективності формулюється тоді, коли ставиться задача одержання декількох найкращих характеристик об’єкту проектування.  В цьому випадку критерій якості функціонування є вектором

І = (І1, І2, ... , Ір), а його складові Іj, J=1, p, які називаються частковими критеріями, приставляють у функціоналі якості кожну таку характеристику.  

Скалярний критерій ефективності - це такий критерій, який складає-

ється із одного (часткового) критерія.

В залежності від задач проетування, частковий критерій Ij та скалярний І можуть бути або функціоналом або функціями.         

Цільовий функціонал формулюється коли числове значення критерію І визначається заданням набору функцій U (t) = (U1(t), U2(t), ... Us(t)), який називається  керуючим та  визначеним  на деякому  часовому  інтервалі

змінної t. Критерії такого типу, як правило, формуються при проектуванні керованих динамічних систем, ММ котрих або розподілені, або зосереджені. В якості незалежної змінної t можуть виступати або просторові координати або інші фізичні змінні.

4. Морфологічний опис об’єктів і процедур

4.1. Топологічні моделі - відображають склад та взаємозв’язок елементів елементів проектування. Їх частіше всього використовують для опису об’єктів, що складаються з великої кількості окремих елементів при розв’яз-ку таких задач конструкторського проектування, як задачі компоновки, тра-сування з’єднань та прив’язки конструктивних елементів.

Топологічні моделі можуть мати форму графів, таблиць, списків, мат-риць, а для маніпулювання на ЕОМ з такою моделлю, вона представляється у вигляді спеціальних матриць: сумістності та інцидентності.  

4.2. Геометричні моделі - це сукупність відомостей, які однозначно визначають форму геометричного об’єкту. Геометричні моделі можуть бути представлені сукупністю рівнянь ліній та поверхонь, алгебраїчними співвідношеннями, графами, списками, таблицями, описами на спеціальних графіч-них мовах.

5. Методи та алгоритми проектних операцій і процедур

5.1 Методи та алгоритми аналізу

Методи та алгоритми аналізу (як одноваріантного, так і багатоваріант- ного) призначені для визначення якостей та чередування працездатності об’єктів проектування.

По суті своїй, в задачу цих методів та алгоритмів входить розв’язок деякої функціональної ММ відносно вектора вихідних параметрів Y при ві-домих обмеженнях на зовнішні та внутрішні параметри, як на просторово- часові координати.

Методи аналізу залежать від введення конкретної ММ, яка описує об’єкт проектування і залежать від процедур аналізу. Оскільки в нашій практиці використовуються, в основному, розподілені та зосереджені математичні моделі, а також ММ у вигляді трансцендентних та алгебраїчних рівнянь, той застосувуються відповідні методи аналізу :

- методи розв’язку диференціальних рівнянь в часткових похідних;  

- методи розв’язку звичайних диференціальних рівнянь;  

- методи розв’язку трансцендентних рівнянь;  

- методи розв’язку систем лінійних алгебраїчних рівнянь.

5.2. Методи та алгоритми параметричного синтезу

Задачею параметричного синтезу є визначення найкращих (оптималь-них) значень внутрішніх (керованих) параметрів для вибраної структури об’єкту з врахуванням всіх вимог ТЗ на об’єкт, що проектується (умов праце-здатності, обмежень конструкторського та технологічного характеру і т. інше).

Звідси, методи і алгоритми параметричного синтезу повинні забезпечу-вати досягнення цієї задачі.

На даний час є велика кількість докладно розроблених методів параметричного синтезу. Конкретний вибір того чи іншого метода залежить від конкретної постановки задачі параметричного синтезу (таких задач в складі процедури параметричного синтезу може бути декілька) та від виду кретерія якості.

Більшість задач параметричного синтезу зводиться до задач оптимізації, які в найбільш загальному формулюються слідуючим чином: при заданих значеннях зовнішніх параметрів q знайти такі значення внутрішніх (керованих) параметрів Xi, з області допустимих значень, при яких знайдуться шля-хом аналізу ММ вихідні параметри Yj , що задовільняють умовам працездатності, а критерій (функціонал) якості досягне екстремального значення.

У випадку, якщо критерій якості має вид цільової функції, що частіше всього зустрічається в задачах оптимізації, а отже - параметричного синтеза. Задача оптимізації зводиться до задачі математичного програмування:

 extr F(x)                               ( 4. 9.)

 x Î xД,

тобто, необхідно знайти екстремум цільової функції F(x) в межах допустимої області XД зміни керованих параметрів X. Область XД може задаватись сукупністю обмежень типу нерівності та рівності.

В залежності від виду цільової функції F та обмежень на керовані пара-метри розрізняють:

- задачу безумовної оптимізації, коли відсутні обмеження на X (екстре- мум знаходиться в межах необмеженого простору);

- задачу умовної оптимізації;

- задачу лінійного програмування;

- задачу нелінійного програмування;

- задачу випуклого програмування (задачі квадратичного та геометрич-ного програмування).

5.3. Методи та алгоритми структурного синтезу

Задача структурного синтезу полягає у виборі принципу дії технічного об’єкту і у визначенні оптимальної структури об’єкту для реалізації заданої функції.

На відміну від розглянутих вище процедур аналізу і параметричного синтезу, процедура структурного синтезу найбільш тяжко піддається формалізації.

В той же час, подальше підвищення ступеню автоматизації проектування залежить, в перщу чергу, від успіхів в розробці ММ та алгоритмів.

5.      Тема : Програмне забезпечення САПР.

План

1. Загальна характеристика ПЗ САПР, його основні функції.

2. Склад і структура ПЗ САПР. Вимоги до ПЗ САПР.

3. Спеціалізоване ПЗ САПР, його призначення і структура.

 (2 години).

1. Загальна характеристика програмного забезпечення САПР, його основні функції

Програмне забезпечення займає особливе місце в САПР, так як в програмах реалізуються методи та алгоритми автоматизованого проектування. ПЗ САПР відноситься до складних програмних систем. На розробку ПЗ САПР витрачається до 90 % коштів, які виділяються на створення САПР.

Програмне забезпечення САПР являє собою сукупність програм на машинних носіях з необхідною програмною документацією, яка призначена для виконання автоматизованого проектування (ГОСТ 23501.4- 79).

Все програмне забезпечення САПР поділяється на базове, загальносистемне та спеціалізоване.

А. Базове ПЗ поставлється разом із засобами обчислювальної техніки (ЗОТ) і не є об’єктом розробки при створенні ПЗ САПР, тому в подальшому розглядатись не буде.

Б. Загальносистемне ПЗ є інваріантним до об’єктів проектування.

 Основними функціями загальносистемного ПЗ САПР є: управління процесом розрахунків; введення, виведення та обробка інструкцій користувачів; діалоговий взаємозв’язок з користувачем в процесі проектування; зберігання, пошук, аналіз, модифікація даних, захист їх цілостності; розв’язок загальносистемних задач; контроль і діагностика в процесі розв’язку задач проектування.

До складу загальносистемного ПЗ входять: моніторна діалогова система; системи управління базами даних (СУБД) та інформаційно-пошукова; геометричні та графічні процесори; засоби формування графічної та текстової інформації; засоби для виконання загальнотехнічних розрахунків.

В. Спеціалізоване ПЗ функціонує в операційному середовищі, яке складається з базового і загальносистемного ПЗ. Його метою є реалізація алгоритмів автоматизованого проектування і одержання проектних рішень.

До складу спеціалізованого ПЗ входять: пакети  прикладних програм

(ППП), які реалізують ці функції (розрахунки, аналіз, синтез і т.д.).

Взаємодію спеціалізованного, загальносистемного і базового ПЗ з технічними засобами САПР можно виразити наступною схемою:

 Інструментальні ПК являють собою технологічні засоби, які призначені для, розвитку та модернізації ПЗ САПР.

Проектуючі ПК - призначені для одержання закінченого проектного рішення і входять в склад проектуючих підсистем САПР (як складові частини відповідних програмно- методичних комплексів (ПМК).

   Базове ПЗ

  Загальносистемне П                Спеціалізоване ПЗ

Рис.5.1.

.

2. Склад і структура ПЗ САПР

Програмне забезпечення САПР, так як і сама САПР підрозділяється:

Рис 5.2.

Проектуючі ПК підрозділяються на:

- проблемно-орієнтовані проектуючі ПК- виконують уніфіковані проектні процедури, які не залежать від об’єкту проектування (параметричний та структурний аналіз та синтез);

- об’єктно- орієнтовані- використовуються для проектування об’єктів визначеного класу.

Проектуючі ПК входять в склад спеціалізованого програмного забезпечення (ПЗ).

Обслуговуючі ПК - призначені для підтримання працездатності проектуючих ПК та входять в склад обслуговуючих підсистем САПР. Обслуговуючі ПК відносяться до загальносистемного ПЗ САПР.

В якості основного варіанту розглянемо структуру ПЗ однорівневої САПР на базі АРМу:

Структура ПЗ однорівневої САПР на базі АРМу

                                                  Спеціалізоване ПЗ                                                       ОС

   Обслуговуючі

    підсистеми

                  (ПК)                     Загальносистемне ПЗ

Рис.5.3

2.2 Вимоги до програмного забезпечення САПР

До ПЗ САПР висуваються наступні основні вимоги:

1. Адаптованість - це пристосованість ПЗ САПР до функціонування в різноманітних умовах (Вимога адаптованості висувається до різноманітних об’єктів проектування).

2. Гнучкість- здатність легко видавати зміни, доповнення та виправлення в ПЗ при збереженні всієї САПР в цілому.  

3. Компактність - це необхідність в мінімізації ресурсів ЕОМ.

4. Мобільність - здатність функціонування на різноманітних технічних засобах.

5. Надійність - забезпечення одержання достовірних результатів про-ектування.

6. Реактивність - забезпечення швидкого розв’язку задачі при орієнтації на конкретного користувача.

7. Еволюційність - доповнення САПР новими програмами, які розширюють можливості системи.

2.3 Принципи побудови програмного забезпечення САПР

Принцип системної єдності - встановлює зв’язок між компонентами САПР.

Принцип розвитку - поповнення, вдосконалення та поновлення компонентів ПЗ.

Принцип сумісності - мови, символи, коди, інформація та зв’язок між компонентами повинні забезпечувати їх одночасне функціонування.

Принцип стандартизації - уніфікація, типізація та стандартизація ПЗ, інвентарність до об’єктів, що проектуються.

3. Спеціалізоване програмне забезпечення САПР, його призначення і структура

Метою спеціалізованого ПЗ є реалізація алгоритмів автоматизованого проектування і одержання проектних рішень.

Конструкторські САПР на базі персональних ЕОМ

Програма АвтоКАД забезпечує всесторонні, легкі для використання засоби проектування і розробки креслень для архітекторів та інженерів всіх спеціальностей. Програма базується на розширеній мові програмування АвтоЛІСП, що забезпечує легке розширення засобів АвтоКАД та дозволяє використовувати програму для любої специфічної мети.

До 12-ї версії АвтоКАДу внесені суттєві зміни та доповнення, які значно розширюють її можливості. Вона підтримує більшість локальних обчислювальних мереж для персональних комп’ютерів.

Для 12-ї версії АвтоКАДу потрібен комп’ютер ІВМ РС 386 або 486, крім того комп’ютер 386 повинен бути обладнаний співпроцесором. Для 12-ї версії необхідно 8 Мбайт розширеної пам’яті та по крайній мірі 23 Мб пам’яті на жорсткому диску. Рекомендується використання МS-DOS 5.0.

АвтоКАД 12-ї версії поставляється з програмою встановлення, яка сама створює необхідні каталоги, розподіляє в них файли та створює файл запуску Автокаду.

В АвтоКАДі 12-ї версії Головне меню відсутнє! Ви зразу попадаєте в графічний редактор, в якому крайнє ліве падаюче меню вміщає команди, що відповідають командам Головного меню. В 12-ї версії діалогові вікна піддались суттєвим змінам (їх можна переміщувати по екрані за допомогою “миші”). Стало можливим :

- створення атрибутів для включення текстової інформації в блок;

- експорт інформації із атрибутів блоків креслення;

- вставлення блоку або креслення в текучий рисунок;

- задання режиму вибору примітивів;

- управління режимом проставлення розмірів і т. інше.

КОМПАС - це КОМПлекс Автоматизованих Систем конструкторсько-технологічно проектування, який розроблений акціонерним об’єднанням ”Аскон” (м. С.-Петербург, Россія). Він призначений для розв’язку широкого кола задач проектування, конструювання, підготовки виробництва в різноманітних областях машинобудування (Mechanical CAD/CAM). Системи КОМПАС дають змогу розробляти креслення, управляючі програми для станків з ЧПУ, виконувати трьохвимірне моделювання, вести архіви технічної документації, проектувати штампи і пресформи, створювати власні прикладні програми для розв’язку спеціалізованих задач.

Системи КОМПАС -3 та -4 функціонують на персональних комп’ютерах, 100% сумісних з ІВМ РС, в операційній системі МS -DOS 3.30 та вищих. Рекомендується використання на комп’ютері слідуючої конфігурації:

- процесор 80386 SX або DX, співвпроцесор, адаптер VGA, 2 або 4 Мб оперативної пам’яті.

Система підтримує велику кількість плотерів та принтерів, можливе використання дігітайзерів для введення геометричної інформації.

Відмінності системи КОМПАС від програми АвтоКАД:

- система КОМПАС- ГРАФІК із самого початку розроблялась для конкретної області використання - машинобудування та приладобудування. Це дозволило створити компактну, просту та зручну в експлуатації систему;

- модель креслення КОМПАС- ГРАФІК орієнтована на ЄСКД, що дозволяє без всяких додаткових перетворень випускати документацію, яка повністю відповідала б прийнятим стандартам (як відомо, навіть в АвтоКАДі 12-ї версії не можна одержати документацію в стандарті ЄСКД);

- для трьохвимірного твердотільного моделювання виробів середньої складності використовується система КІТЕЖ, інтегрована з КОМПАС- ГРАФІК по інформаційних моделях;

- КОМПАС- ГРАФІК тісно інтегрований з системою КОМПАС- ЧПУ, що дозволяє ефективно використовувати данні з електронних креслень деталей при програмуванні або обробці на станках, повністю виключивши повторний ввід геометричної інформації;

- КОМПАС- ГРАФІК орієнтований на швидку та зручну розробку вла-сних додатків користувача;

- КОМПАС- ГРАФІК може передавати креслярську інформацію в АвтоКАД та одержувати її з цієї системи, використовуючи стандартні формати. Для підтримання такого обміну розроблений спеціальний комплект ути-літів.

КОМПАС - 5.0 - нова версія системи конструкторсько-технологічно- го проектування для WINDOWS. За своїми технічними характеристиками креслярсько- конструкторська графіка КОМПАС - 5.0 на сьогодні є однією із самих потужніх у світі.

КОМПАС - 5.0 створений на основі сучасного наукоємкого  математичного апарату інтерактивної параметризації та трьохвимірного моделювання на базі NURBS- технологій.

Для роботи в КОМПАС- 5 необхідний персональний комп’ютер класу ІВМ РС з встановленою операційною системою WINDOWS. Мінімальні вимоги до конфігурації комп’ютера: ІВМ РС 386 DX- 40/ 8Мb RAM- для роботи під WINDOWS- 3.11, або WINDOWS для робочих груп; ІВМ РС 486 DX4 - 100/ 16Мb RAM- для роботи під WINDOWS 95, або WINDOWS NT.

Для високопродуктивної роботи рекомендується конфігурація: ІВМ РС 486 DX4- 100 або Pentium/16 Мb RAM.

6. Тема : Інформаційне забезпечення САПР

План

1. Загальна характеристика ІЗ САПР, основні компоненти та види інформаційного забезпечення САПР.

2. Склад інформаційного фонду САПР. Способи ведення інформаційного фонду САПР.

3.Система управління базами данних (СУБД) . Призначення, використання та ефективність. Приклади використання конкретних СУБД в САПР.

(2 години).

1. Загальна характеристика, основні компоненти та види інформаційного забезпечення САПР

Інформаційнего забезпечення САПР - документи, які вміщують описи стандартних проектних процедур, типових проектних рішень, типових елементів, комплектуючих виробів, матеріалів та другі данні, а також файли та блоки данних на машинних носіях із записом вказаних документів.

Основу інформаційного забезпечення САПР (ІЗ САПР) складають данні, котрі використовуються проектувальниками в процесі проектування безпосередньо для вироблення проектного рішення.

Базою данних в САПР називається сукупність взаємозв’язаних данних, які зберігаються разом в зовнішній памяті ЕОМ та використовуються, як правило, більш ніж одним програмним компонентом або користувачем САПР.

Ці данні, з огляду на їх складність та багатокомпонентність самої САПР, можуть бути приставлені в різноманітному вигляді. Це можуть бути і програмні модулі (програми), та вихідні і проміжни результати розрахунків (числа) та різного роду довідково-нормативні данні, типові рішення, проміжні та кінцеві проектні рішення і т. д.

Всі функції по організації, обслуговуванню та доступу до бази данних виконуються при допомозі спеціального програмного забезпечення, що носить назву системи управління базами данних (СУБД).

Сукупність данних, що використовуються всіма компонентами САПР називаються інформаційним фондом САПР.

Призначення інформаційного забезпечення САПР полягає в реалізації інформаційних потреб всіх структурних елементів (підсистем) САПР.

Основна функція інформаційного забезпечення САПР полягає у ве-денні інформаційного фонду, тобто в забезпеченні, підтримці та організації доступу до данних.

Таким чином, інформаційне забезпечення САПР є сукупність інфор-маційного фонду та засобів його ведення.

2. Склад інформаційного фонду САПР

До складу інформаційного фонду САПР входять:

1.Програмні модулі, які зберігаються у вигляді текстів програм та відповідно скомпонованих об’єктних модулів. Як правило, ці данні мало змі-нюються на протязі життєвого циклу САПР, мають фіксовані розміри та по-являються на етапі створення інформаційного забезпечення САПР. Користувачами цих данних є монітори різноманітних підсистем САПР та інструментальні програмні комплекси.

2.Вихідні та результуючі данні, які необхідні для виконання програмних модулів в процесі перетворення. Ціданні часто міняються в процесі проектування, але їх тип тостійний та повністю визначається відповідним прог-рамним моделем. Користувачами цих підсистем є програмні модулі процедурних підсистем.

3.Нормативно- довідкова проектна документація (НДПД) - яка включає в себе довідкові данні про матеріали, елементи схем в уніфікованих вузлах і конструкціях. Ці данні, як правило, добре структуровані та можуть бути віднесені до фактографічних. До НДПД також відносяться Державні та галузеві стандарти, керівні матеріали та вказівки, типові проектні рішення (слабоструктуровані документальні данні). Користувачі - програмні модулі проектуючих підсистем.

4.Зміст екранів дисплеїв, котрий являє собою зв’язану сукупність данних, які задають форму кадра, і відповідно, - вони дозволяють відображати на екран дисплея інформацію з метою організації діалогової взаємодії в ході проектування. Як правило, ці данні не змінюються на протязі життєвого циклу САПР, мають фіксованний розмір і за своїми характеристиками займають проміжне місце між програмними модулями та вихідними данними. Користувачі- діалогові системи САПР.

5.Текуча проектна документація - відображає стан та хід виконання проекту. Як правило, ці данні слабоструктуровані, часто змінюються в процесі проектування та приставляються у формі текстових документів. Користувачі - програмні модулі проектуючих підсистем САПР.

2.1 Способи ведення інформаційного фонду САПР

Розрізняють слідуючі способи ведення інформаційного фонду САПР (тобто, способи організації інформаційного фонду):

1) використання файлової системи;

2) побудова бібліотек;

3) використання банків данних;

4) створення інформаційних програм- адаптерів.

Способи 1 і 2: Використання файлової системи та побудова біблі-отек широко розповсюджені в організації інформаційного забезпечення об-числювальних систем, так як підтримуються стандартними загальносистемними засобами та операційними системами. В додатку до САПР вони використовуються при збереженні програмних модулів в символічних та об’єктних кодах, діологових сценаріїв підтримання процесу проектування, початкового вводу великих масивів вихідних данних; збереження текстових документів. Але для забезпечення швидкого доступу до довідкових данних; збереження змінних данних; ведення текучої проектної документації; пошуку необхідних текстових документів; організації взаємодії між різномовними модулями ці способи мелоефективні.

Файлова система являє собою сукупність файлів, організованих при допомозі засобів управління данними, які є в наявності в обчислювальній системі.

Файлом називається сукупність данних, які складаються з логічних записів, що відносяться до однієї теми, або це упорядкована поіменована область пам’яті на зовнішніх магнітних носіях (дисках), яка складається із окремих записів. Для маніпулювання з записами або з цілими файлами (перегляд, знищення, коректування і т. інше) необхідно створювати спеціальні програми або користуватись тільки засобами обчислювальних систем.

Бібліотека - таж сукупність файлів але об’єднаних в деяку групу по деяких функціональних ознаках.

Наприклад: бібліотека ППП по проекруванню та конструюванню автомобілів та будівельних машин.

В додатках до САПР ці два способи використовуються тільки для збереження програмних модулів, в вихідних та об’єктних кодах, змісті екранів дисплеїв, початкового вводу великих масивів вихідних данних, збереженні текстових документів, хоча й виключається використання цих способів при організації інформаційного фонду для всієї САПР для простих об’єктів.

Але, слід відмітити, що для забезпечення швидкого доступу до довідкових даних, збереження швидкозмінних даних, введення текучої проектної документації, пошуку необхідних текстових документів, організації взаємодії між різномовними програмними модулями ці способи малоефективні.

Спосіб 3: Використання банків данних. Є основою і найбільш вагомою формою організації інформаційного фонду, а банк данних, в свою чергу, становить найбільшу частину інформаційного забезпечення САПР в порівнянні з іншими видами організації та ведення динних.

Цей спосіб дозволяє:

- централізувати інформаційний фонд САПР;

- проводити оструктурювання данних у вигляді, зручному для проек-тувальника;

- забезпечити швидкий пошук нормативно- довідкової та проектної документації;

- спростити організацію міжмодульного інтерфейсу шляхом уніфікації проміжних данних.

3. Система управління базами данних (СУБД). Призначення, використання та ефективність СУБД

Система управління базами данних (СУБД) це програмна система, яка забезпечує використання та ведення баз данних.

Основне призначення СУБД - представлення користувачам баз данних засобів маніпулювання данними в абстрактних термінах, не зв’язаних із способом їх зберігання в ЕОМ.

Використання СУБД гарантує непротирічність, цілістність, секретність та мінімальний надлишок данних, що зберігаються в базах данних.     

Ефективність СУБД визначається швидкістю доступу до данних, раціональним використанням пам’яті ЕОМ, простотою розробки прикладних програм, які оперують даними із бази.

Використання СУБД для цілей організації обміну інформацією між різноманітними процесами (між системою та користувачем, між різноманітними ПП, між програмними модулями) забезпечує слідуючі переваги:

- звільняє прикладну програму від необхідності управління процесом розподілення пам’яті для данних та врахування деталей роганізації данних;

- зменшує надмірність данних:

- забезпечує з великою імовірністю непротирічність данних; одночасне використання данних окремими паралельними процесами; захист данних.

3.2 Приклади використання конкретних СУБД в САПР

В даний час розроблено багато СУБД для підтримки різноманітних структур данних. Наприклад, СУБД “СЕДАН”, “ОКА”, “СЕТОР”, “БАНК-ОС”, “ДИСОД”, “ИНЕС”, “СЕТЬ” ті інші.

Їх використовують в інформаційно- пошукових системах, але можливе використання і для забезпечення інформаційних потреб САПР.В першу чергу мова йде про відтворення нормативно- довідкової та іншої фактографічної інформації.

Приведемо короткий огляд ункціональних можливостей та експлуатаційних характеристик найбільш перспективних СУБД.

Система управління базою данних “ИНЕС” орієнтована на підтримання ієрархічних структур данних. На фізичному рівні використовується метод доступу, програмно імітуючий механізм вертуальної пам’яті.

(Вертуальна пам’ять- спосіб організації пам’яті обчислювальної системи, при якому кожна програма може оперувати з адресним простором, що переважає ємкість фізичної оперативної пам’яті). При цьому данні зберігаються в блоках пам’яті та лексикографічно впорядковані, а різноманітним сегментам в логічній схемі відповідають різноманітні блоки.

Для забезпечення одночасної роботи декількох користувачів за терміналами СУБД “ИНЕС” обладнана монітором.

Система управління базою данних “ОКА”, так як і СУБД “ИНЕС”, належить до систем ієрархічного типу. В своєму складі вома має засоби для задання зв’язків між ієрархічними структурами, що дає змогу описувати мережні структури обмеженого виду.

В СУБД “ОКА” є засоби для організації діалогової взаємодії з кінцевим користувачем - діалогова система.

Система управління базою данних “ДИСОД” - одна з найбільш розвинутих вітчизняних СУБД. Це багатофункціональна система обробки та зберігання данних, яка розрахована на широкий спектр практичного використання в області розв’язку інформаційних задач. Однотипні записи бази данних СУБД “ДИСОД” організовані в файли, між якими можуть бути встановлені зв’язки, що дозволяють створювати як ієрархічні так і мережні структури.

СУБД “ДИСОД”- універсальна система для збереження та обробки всіх видів нормативно-довідкової інформації та проектних документів у ве-ликих САПР.

Питання для самоконтролю

1.Загальна характеристика інформаційного забезпечення САПР.     

2. Основні компоненти та види інформаційного забезпечення САПР.

3. Склад інформаційного фонду САПР.

4. Способи ведення інформаційного фонду САПР.

5.Система управління базами данних (СУБД) . Призначення, використання та ефективність.

6. Приклади використання конкретних СУБД в САПР.

7.      Тема : Лінгвістичне забезпечення САПР

План

1. Визначення і структура лінгвістичного забезпечення САПР.

2. Функціональне призначення мов, які використовуються в САПР.

3. Базове лінгвістичне забезпечення САПР.

 (2 години).

1. Визначення і структура лінгвістичного забезпечення САПР

Лінгвістичне забезпечення САПР - це сукупність мов, які використовуються в САПР для висвітлення інформації про об’єкти, що проектуються, про процес та засоби проектування, якою обмінюються люди з ЕОМ між собою в процесі автоматизованого проектування.

Однією із важливіших задач при створенні лінгвістичного забезпечення САПР є вибір мов взаємодії та форм спілкування проектувальника з ЕОМ.

Мови взаємодії є особливими, спеціально орієнтованими на потреби проектувальника. Якщо мови програмування направлені, головним чином, на універсальність та зручність їх трансляції в машинні мови, то мови взаємодії призначені для забезпечення найбільших зручностей при спілкуванні проектувальника з ЕОМ, найбільш компактного приставлення проектної інформації, найбільших зручностей при здійсненні проектних процедур і т. інше.

Мови взаємодії можна розподілити на слідуючі основні типи: природня, обмежена природня, командна, “меню” та “шаблони”.

Природня мова користувача не завжди може бути використана для спілкування з ЕОМ в сучасних САПР, так як виникають труднощі автоматичного аналізу повідомлень користувача, виражених на природній мові в межах жорстко обмежених ситуацій, які пов’язані з задачами проектування.

Обмежена природня мова є на даний час перспективним способом взаємодії. Основний недолік такої взаємодії полягає в тому, що користувач повинен добре уявляти синтаксичні та семантичні обмеження, які накладаються на природню мову.

Командна мова є розповсюдженим способом взаємодії. Користувачу приставляється набір команд, за допомогою яких він може управляти вико-нанням різноманітних проектних процедур. Ці команди виконують два види

функцій: визначають процеси, які повинні бути виконані; вміщують в собі дані, що передаються цим процесам.

При діалоговій взаємодії інформація, що вводиться користувачем, розбивається на велике число команд, які вміщують відносно малу кількість даних. В цьому випадку введені данні тут же виводяться системою (еховідображення), що полегшує виправлення помилок при вводі.

“Меню” та “Шаблони”. Дані мови є найбільш поширеним способом діалогової взаємодії з прикладними програмами САПР. З допомогою “меню” користувач керує виконанням проектної процедури, вибираючи необхідну функцію із перерахованих в “меню”.

“Шаблон” являє собою спеціальним чином організований кадр діалогу, який відображується на екрані дисплею, та призначений для введення та виведення даних. “Шаблон” включає інформаційні поля, які розміщуються в визначених місцях екрану та призначені для введення- виведення даних та пояснювальні надписи до них.

Організація взаємодії тільки з використанням “меню” та “шаблонів” не має достатньої гнучкості, через це даний спосіб взаємодії використовується, як правило, разом з командними мовами.

2. Функціональне призначення мов, які використовуються в САПР

По функціональному призначенню, мови які використовуються в САПР поділяються на три основні групи:

Вхідні мови. Призначені для опису об’єктів , що проектуються та управління процедурами проектування. Основною вимогою, яка висувається до вхідних мов є їх максимальна близькість до мови проектувальника в даній предметній області.

Вихідні мови. Це мови, які орієнтовані на вивід одержаних в результаті проектування, проектних рішень у вигляді необхідної проектної документації, які задовільняють вимогам виготовлення об’єкту та стандартам.   Так як і для вхідних мов, в САПР повинна бути передбачена достатньо широка номенклатура вихідних мов для задоволення різноманітним вимогам з точки зору реалізації об’єктів проектування та вимогам до різноманітних форм приставлення документації, що прийнята для проектної ор-ганізації.

Базові мови. Це мови, які орієнтовані на здійснення програмування основних процедур проектування.

Однією із особливостей лінгвістичного забезпечення САПР є те, що воно повинно відповідати властивостям “відкритості”, тому в складі інструментальних засобів САПР доцільно мати синтаксично орієнтований мовний процесор, який призначений для розробки нових мов взаємодії, так як і для модифікації вже існуючих.

Класифікація мов, які використовуються в САПР

       ПЛ/1                                                                             моделювання

     С

     АДА

    ПРОЛОГ

     та інші

Рис 7.1.

Питання для самоконтролю

1. Визначення і структура лінгвістичного забезпечення САПР.

2. Функціональне призначення мов, які використовуються в САПР.

3. Базове лінгвістичне забезпечення САПР.

8.      Тема : Методичне і організаційне забезпечення   САПР

План

1. Склад методичного забезпечення САПР.

2. Склад організаційного забезпечення САПР.

(2 години).

1. Склад методичного забезпечення САПР

До методичного забезпечення САПР входить комплект документів, які нормують правила вибору і експлуатації комплексу засобів автоматизованого проектування при вирішенні конкретних проектних задач. В цих документах викладена методика (технологія) автоматизованого проектування (АП), яка передбачує використання проектувальником визначеної послідовності компонентів технічного, математичного, програмного, лінгвістичного та програмного забезпечення при виконанні кожної автоматизованої проектної процедури.

Методичне забезпечення САПР включає наступні розділи: специфікацію МЗ, загальний опис САПР, інструкцію по експлуатації КСАП, опис мови САПР, опис проектних процедур, форми машинних документів.

Специфікація методичного забезпечення САПР включає повний перелік документів, які входять в склад методичного забезпечення.

Загальний опис САПР служить для ознайомлення прроектувальників із структурою і складом функцій системи. В ньому відображені класи, види і типи об’єктів, які охвачуються даною САПР; загальна структура САПР, склад проектуючих і обслуговуючих підсистем; зміст інформації, яка зберігається в базах данних САПР; відомості про компоненти, які використовуються в технічному та програмному забезпеченні; відомості про розвиток системи.

Інструкція по експлуатації КСАП включає: правила використання в практичній роботі компонентів САПР (підготування до роботи, експлуатація, можливі неполадки та методи їх усунення).

Опис мови САПР включає всі необхідні для користувача САПР відомості по організації його взаємодії з системою. В цьому документі вміщені конкретні інструкції користувачу по преставленню на вхідній мові САПР описів об’єктів проектування та завдань по вирішеннню конкретних проектних задач. В додатку приводяться приклади використання встановлених мовних засобів при вирішенні конк етних проектних задач.

Опис проектних процедур включає наступні відомості:

- аннотації, в яких описується призначення проектних процедур, об-ласті і специфіка їх використання;

- опис процедур проектування;

- методи виконання проектних процедур;

- схема алгоритмів, які реалізують запропоновані методи;  

- контрольні (тестові) приклади;

- вимоги до програм, які містять повний перелік повідомлень відпо-відних пректних процедур та вимог до форми представлення вихідних даних при виконанні кожної проектної процедури.

Форми машинних документів включають назви документів, що видаються, вид носіів інформації, зв’язок з іншими документами в повному комплекті документації, порядок розташування інформації в документі і правила його прочитання, форми документів і приклади їх оформлення.

2. Склад організаційного забезпечення САПР

САПР фукціонує в складі проектної організації, тому важливими питаннями є взаємодія САПР з функціональними підрозділами організації і реалізація в її структурі процесу автоматизованого проектування. Ці питання відображаються в організаційному забезпеченні САПР.

В склад ОЗ САПР входить повна сукупність нормативних матеріалів, що визначає місце і функцію САПР в складі проектної організації. Ці матеріали включають: накази, штатні розклади, посадові інструкції персоналу САПР, програми курсів навчання та підвищення кваліфікації користувачів та інше.

Основним документам ОЗ САПР є: “Положення про службу САПР” , яке регламентує місце персоналу САПР в організаційній структурі підприємства, його кількісний склад, кваліфікацію та посадові інструкції.  

Організаційна структура підрозділу САПР

    Сектор № 1                                        Сектор № К

                                  Сектор автоматиза-

               ції проектування

Рис. 8.1

Функції основних підрозділів САПР

Функції відділу САПР - розробка, експлуатація та супровід окремих видів забезпечення САПР та всієї системи вцілому.

Основний сектор- сектор розробки та супроводження всієї САПР. Він комплектується інженерами- системотехніками по САПР. Функції сектора: проектування та модифікація окремих підсистем САПР, координація дій різних груп спеціалістів з других секторів, які приймають участь в процесі створення і функціонування САПР.

Функції інших секторів: розробка, супровід та експлуатація окремих видів забезпечення.

Питання для самоконтролю

1. Загальна характеристика методичного та організаційного забезпечення САПР.

2. Склад методичного забезпечення САПР.

3. Склад організаційного забезпечення САПР.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Норенков И. П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учебн. пособие для втузов.- М.: Высш. шк., 1986.- 304 с.

2. Системы автоматизации проектирования и производства // Радио-электроника (состояние и тенденции развития). Сер. 1. Вычисл. техника.- М.: НИИ экономики и информ. по радиоэлектронике (НИИЭИР), 1985.- С. 21-47.

ЗМІСТ

Вступ

1. Суть інженерного проектування

2. Системи автоматизованого проектування

3. Технічне забезпечення САПР

4. Математичне забезпечення САПР

5. Програмне забезпечення САПР

6. Інформаційне забезпечення САПР

7. Лінгвістичне забезпечення САПР

8. Методичне і організаційне забезпечення САПР