Программное обеспечение САПР

 

Анализ основных проблем, возникающих, например, в машиностроительном проектировании показывает, что в настоящее время к наиболее важным задачам автоматизации проектирования относят:

· построение математических моделей технических объектов и их частей

· проведение оптимизационных расчетов

· проведение конструкторских расчетов и т.д.

Программное обеспечение САПР включает, главным образом, программные средства, реализующие вышеуказанные задачи. Кроме того, оно обеспечивает диалог проектировщика с ЭВМ, управление специализированными (не входящими в типовой состав ЭВМ) техническими средствами.

 

       Программные средства САПР образуются из различных видов программной продукции, таких как программа, программный модуль, пакет прикладных программ, программная система.

       Под программой последовательность команд, написанных на каком-либо языке, которые должны быть выполнены ЭВМ для реализации некоторой прикладной задачи или функции.

       Программный модуль описывает некоторую элементарную функцию и обычно используется для конструирования пакета прикладных программ (ППП). ППП или просто пакет программ представляет совокупность программ и модулей, снабженных системными и языковыми средствами и используемых, главным образом, как инструмент для создания на его основе программных систем.

       Программной системой принято называть совокупность взаимосвязанных системных и прикладных программ, программных модулей и ППП, готовую к непосредственному выполнению и обеспечивающую режим крупных технико-организационных функций.

 

       3.1. Основные компоненты программного обеспечения САПР

Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для выполнения проектирования.

       Структура ПО САПР зависит от следующих факторов:

· предметная область, аспекты и уровни создаваемых с помощью ПО описаний проектируемых объектов;

· степень автоматизации отдельных проектных операций и процедур;

· архитектура и состав технических средств, режим функционирования;

· ресурсы, отпущенные на разработку ПО.

Программное обеспечение (рис.  ) разделяют на общесистемное (ОПО) и прикладное (ППО). Коипанентами ОПО являются трансляторы (Т) с алгоритмических языков, эмуляторы (Э), супервизоры (С) и др. Компанентами ППО яваляются программы (МП) и пакеты прикладных программ.

                                        Рис.

       Программное обеспеобеспечение состоит из следующих основных частей:

• системы стандартных текстов для контроля и обнаружения ошибок устройств, оперативной памяти, логических схем ЭВМ
• алгоритмических языков программитрования для решения на ЭВМ различных практических задач
• программы выполнения вычислительными ресурсами ЭВМ, необходимой для распределения память, постановки и обслуживания системных очередей и т.д.
• трансляторов для перевода программ, написанных на языках программирования во внутренний код
• системных библиотей и библиотей стандартных программ для хранения общесистемных программ алгоритмов, которые используются трансляторами и рекдауторами связей
• базы данных для хранения справочной информации различных САПР и т.д.

 

К прикладному программному обеспечению САПР относятся программы, разрабатываемые в соответствии с прикладным назначением тех или иных подсистем САПР и затем объединяемые в тематические пакеты прикладных программ.

       Для разработки ППП на предприятиях организуют специальные подразделения – разработчики САПР, в состав которых входят специалисты как в области системного математического обеспечения, так и конструкторы и технологи – специалисты в различных прикладных вопросах конструирования и технологии.

 

       Программное обеспечение САПР может быть разделено на проектирующие и обслуживающие подсистемы.

       К обслуживающим подсистемам ПО относятся:

• диалоговая подсистема (ДП);
• система управления базой данных (СУБД);
•  инструментальная подсистема программирования;
•  монитор - обеспечивающий взаимодействие всех подсистем и управление их выполнением.

       Диалоговая подсистема ПО  организует интерактивное взаимодействие пользователя САПР с управляющей и проектирующими подсистемами ПО, подготовку и редактирование исходных данных, просмотр результатов проектирующих подсистем, функционирующих в пакетном режиме.

       Подсистема управления базами данных (СУБД) реализует единообразный доступ к общей базе данных САПР. Назначение БД:

· хранение сведений нормативно- справочного характера;

· хранение результатов выполнения этапов текущего проекта;

· обеспечение информационной согласованности различных подсистем САПР.

       Инструментальная подсистема программирования, основу которой составляет генератор прикладных программ, синтезирующий новые программы из унифированных модулей и программ разработанных пользователем, необходима для обеспечения открытости ПО САПР. Генератор прикладных программ включает в себя также средства автоматической разработки трансляторов для входных языков проектирующих подсистем САПР.

       Подсистема интерактивной машинной графики (ПИМГ) занимает промежуточной место между проектирующими и обслуживающими подсистемами ПО САПР. С одной стороны, средства машинной графики обслуживают ряд проектирующих подсистем(например, для наглядного представления информации в виде графиков, гистограмм), а с другой стороны они входят во многие подсистемы конструкторского проектирования как основная часть.

       Монитор САПР

       Управление ходом вычислительного процесса и координация взаимодействия подсистем САПР осуществляется монитором. В рамках пакетов ПП аналогичные функции решаются локальными мониторами.

       В функции мониторов входят:

· прием и интерпретация обращенных к ним команд пользователя;

· загрузка и активизация компонентов ПО, организация маршрутов их выполнения;

· установления взаимодействия между подсистемами;

· динамическое распределение памяти;

· обработка прерываний от дисплея пользователя;

· сервисные функции(регистрация пользователей, сбор статистики, обработка сбоев системы и др.);

 

Язык управления монитором САПР достаточно прост, в его основе лежат команды вызова необходимых подсистем ПО САПР и задания им управляющих параметров, а также команды, описывающие способ информационного обмена между подсистемами (через ОЗУ, через внешнюю память или БД). Средства этого языка должны составлять макрокоманды, определяющие маршруты выполнения проектирующих подсистем ПО САПР.

       В общем случае загруженные проектирующие подсистемы ПО могут функционировать либо как обычные подпрограммы, подчиненные управляющей подсистеме ПО, либо как параллельные выполняемые подзадачи, способные соревноваться между собой и монитором за управление.

Проектирующие подсистемы ПО могут быть объектно-зависимыми (проблемно-ориентироваными) или объектно-независимыми (методо-ориентироваными).

       Объектно-независимые подсистемы ПО ориентированы на решение задач проектирования при наличии предварительно выполненной математической постановки(например, подсистема структурно параметрической идентификации - ПАРИС, подсистема решения уравнений в частных производных  или обыкновенных диф.уравнений и др.). Объектно-независимые подсистемы составляют основу для генерации проблемно-ориентированных подсистем САПР.

       Проектирующими подсистемами ПО САПР могут быть простые программы, ориентированные на узкий класс объектов и использующих аналитические модели. Но чаще проектирующие подсистемы ПО представляют собой универсальные пакеты прикладных программ сложной структуры, обладающие своими мониторами, локальными БД и СУБД.

 

       3.2 Взаимодействие подсистем

       Взаимодействие управляющей подсистемы ПО и мониторов проектирующих пакетов осуществляется через стандартный интерфейс, представляющий собой формальные правила передачи фактических параметров.

       В проектирующие подсистемы ПО передаются:

· параметры, задающие режим функционирования;

· адреса точек входа в обслуживающие подсистемы ПО;

· адреса динамически распределенных областей памяти, предназначенных для информационного обмена между различными подсистемами ПО.

       Каждый проектирующий пакет, входящий в САПР, имеет паспорт, хранящийся в базе данных САПР. Паспорт содержит следующие сведения о проектирующем пакете:

· размер занимаемой области ОЗУ;

· имена требуемых обслуживающих подсистем;

· имена режимных параметров и их значения по умолчанию;

· имя языка программирования, в стандарте которого пакет использует представление структур данных;

· местонахождение в пакете обработчика прерываний от дисплея пользователя;

· указатели на возможные способы обмена информацией с другими проектирующими подсистемами ПО (ОЗУ, СУБД, файловая система).

       Монитор САПР, получив команду на активизацию какой-либо проектирующей полсистемы ПО, считывает из базы данных ее паспорт, проверяет корректность команды и возможность загрузки подсистемы.

Далее он помещает в ОЗУ необходимые обслуживающие подсистемы, проектирующую подсистему, а затем в строгом соответствии с данными из паспорта строится обращение к этой подсистеме.

       Важной функцией управляющей подсистемы САПР и мониторов проектирующих пакетов является динамическое распределение памяти, необходимое всегда, когда пакет работает с данными переменного объема. Средства динамического распределения памяти- обязательные компоненты всех современных языков программирования.

 

Лекция 4