Понятие инженерного проектирования

Кафедра ПСИ

 

 

Г.С. Мухутдинова

 

 

СИстемА автоматизированного

Проектирования ЭМУ и ЭМПЭ

Конспект лекций

 

Уфа 2005г.

 

 

Содержание и задачи курса

Дисциплина СИстемА автоматизированного

Проектирования ЭМУ и ЭМПЭ

” ставит целью изложение современного подхода к высокопроизводительному и качественному проектированию на основе широкого использования средств вычислительной техники.

При изучении курса студенты знакомятся с идеологией машинного проектирования, включающей совокупность всех видов проектной, конструкторской и технологической деятельности инженера.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

· характерные особенности автоматизации проектирования на базе средств вычислительной техники;

· требования, которым должна удовлетворять система автоматизированного проектирования (САПР);

· структуру программного обеспечения САПР;

· результаты машинного проектирования.

После изучения курса студенты должны уметь:

· объяснять схему функционирования САПР;

· составлять этапы автоматизированного проектирования;

· выбирать аппаратные средства и практически целесообразные варианты функциональных схем САПР.

Объем аудиторных занятий по курсу - 214 часов, из них лекций - 36 часов, лабораторных 72 часа, курсовая работа - 90 часов.

 

Учебно-методические материалы

1. Мясников В.А., Игнатьев М.Б., Покровский А.М. Программное управление оборудованием Л.:Машиностроение, 1984.- 427с.

2. Четвериков В.Н., Ревунков Г.И. Базы и банки данных. - М.: Высш. шк., 1987.- 248с.

3. Жук К.Д и др. Построение современных систем автоматизированного проектирования Киев: Наук. думка, 1983.- 248с.

4. Кречко Ю.А., Полищук В.В. Автокад. Курс практической работы.- М.: Диалог-МИФИ, 1994.- 256с.

5. Бемер С. FoxPro 2.6 для Windows.-К.: BNV, 1995.-464с.

6. Поликарпов Ю.В., Акмаев И.И. AutoCad:Осваиваем графический редактор. - Уфа: УГАТУ, 1995-87с.

7. Николь Н., Альбрехт Р. Exel 5.0. Электронные таблицы.- М.: Эком, 1994.- 352с.

8. Зайцев А. Н. Курс лекций. САПР в сварочном производстве.

9. И. П. Норенков Автоматизированное проектирование. М:- 2000г.

 

Лекция 1

 

Введение в САПР

 

Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Во первых, автоматизация проектирования — синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции.

Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 95/NT, языках программирования. С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.

Во вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из за невысокого качества проектов. Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в СССР относится к началу 60 х гг. Тогда были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных схем, проектирования печатных плат.

Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.

К настоящему времени создано большое число программно методических комплексов для САПР с различными степенью специализации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей; инженер, не владеющий знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться полноценным специалистом.

Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах.

 

Понятие инженерного проектирования

 

Проектирование технического объекта — создание, преобразование и представление в принятой форме образа этого еще не существующего объекта. Об раз объекта или его составных частей может создаваться в воображении человека в результате творческого процесса или генерироваться в соответствии с некоторыми алгоритмами в процессе взаимодействия человека и ЭВМ. В любом случае инженерное проектирование начинается при наличии выраженной потребности общества в некоторых технических объектах, которыми могут быть объекты строительства, промышленные изделия или процессы. Проектирование включает в себя разработку технического предложения и (или) технического задания (ТЗ), отражающих эти потребности, и реализацию ТЗ в виде проектной документации.

Обычно ТЗ представляют в виде некоторых документов. Результатом проектирования, как правило, служит полный комплект документации, содержащий достаточные сведения для изготовления объекта в заданных условиях. Эта документация и есть проект или точнее описаниеобъекта. Более коротко, проектирование — процесс, заключающийся в получении и преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.

Преобразование исходного описания в окончательное порождает ряд промежуточных описаний, подводящих итоги решения некоторых задач и используемых для обсуждения и принятия проектных решений для окончания или продолжения проектирования.

Проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным в отличие от ручного (без использования ЭВМ) или автоматического (без участия человека на промежуточных этапах). Система, реализующая автоматизированное проектирование, представляет собой систему автоматизированного проектирования (в англоязычном написании CAD System — Computer Aided Design System).

Автоматическое проектирование возможно лишь в отдельных частных случаях для сравнительно несложных объектов. Превалирующим в настоящее время является автоматизированное проектирование.

Проектирование сложных объектов основано на применении идей и принципов, изложенных в ряде теорий и подходов. Наиболее общим подходом является системный подход, идеями которого пронизаны различные методики проектирования сложных систем.

Виды обеспечения: САПР

 

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения: В САПР. Принято выделять семь видов обеспечения:

 

Техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);

Математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;

Программное (ПО), представляемое компьютерными программами САПР;

Информационное (ИО), состоящее из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД), а также других данных, используемых при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а БД вместе с СУБД носит название банка данных (БнД);

Лингвистическое (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

Методическое (МетО), включающее различные методики проектирования, иногда к МетО относят также математическое обеспечение;

Организационное (ОО), представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия.

 

Разновидности САПР

 

Классификацию САПР делают по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы и т. д.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:

· САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или MCAD (Mechanical CAD) системами;

· САПР для радиоэлектроники. Их названия — ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы.

· САПР в области архитектуры и строительства;

Кроме того, известно большое число более специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь в классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т.п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты проектирования. Так, в составе MCAD появляются CAE/CAD/CAM системы:

· САПР функционального проектирования, иначе САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) системы.

· Конструкторские САПР общего машиностроения — САПР-К, часто называемые просто CAD системами;

· Технологические САПР общего машиностроения — САПР-Т, иначе называемые автоматизированными системами технологической подготовки производства АСТПП или системами CAМ (Computer Aided Manufacturing).

По масштабу различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например, комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:

· САПР на базе машинной графики и математического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т.е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Поэтому к этой группе систем относится большинство графических ядер САПР в области машиностроения.

· САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например, при проектировании бизнес-планов, но имеют место также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

· САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые программно-методические комплексы, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по методу конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматического управления и т.п. Часто такие САПР относятся к системам CAE. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

· Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.

 

Лекция 2

Общие положения

Математическое обеспечение (МО) объединяет в себе математические модели проектируемых объектов, методы и алгоритмы выполнения проектных процедур, используемые при автоматизированном проектировании.

Элементы МО чрезвычайно многообразны, среди них имеются инвариантные элементы, широко применяемые в различных САПР.

К ним относятся принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиска экстремума.

Специфика предметных областей проявляется, прежде всего, в математических моделях (ММ) проектируемых объектов, она заметна также в способах решения задач структурного синтеза. Формы представления МО также разнообразны, но его практическое использование происходит после реализации ПО.

Математические модели

Требования к математическим моделям

Требования к математическим моделям:

· универсальность;

· адекватность;

· точность;

· экономичность.

Степень универсальности ММ характеризует полноту отображения в модели свойств реального объекта.

Точность ММ оценивается степенью совпадения значений параметров реального объекта и значений тех же параметров, рассчитанных с помощью оцениваемой ММ.

Например, пусть - вектор входных параметров, тогда относительная погрешность расчета j-го параметра может быть оценена по формуле

 

, (3.1)

 

где y_jm, y_ист - значения выходного параметра истинное и рассчитанное по математической модели.

Адекватность ММ - способность отражать заданные свойства объекта с погрешностью не выше заданной. Адекватность ММ, как правило, имеет место лишь в ограниченной области изменения внешних параметров - в области адекватности (ОА):

 

ОА = , (3.2)

где d>0 - заданная константа, равная предельно допустимой погрешности ММ; Q- вектор внешних параметров.

Экономичность модели характеризуется затратами вычислительных ресурсов (времени и памяти) на ее реализацию.

 

Уровень k

 

 

синтез структуры

СИНТЕЗ

 

 

создание модели изменение структуры

 

выбор исходных

значений

параметров

Параметрический синтез

 

АНАЛИЗ модификация

параметров

 

получено требуемое выбор способа

проектн. решение улучшения проекта

 

 

оформление документации

 

формулировка ТЗ на

элементы

 

Уровень k+1

 

 

Рис.4.1. Схема процесса проектирования

 

Решение ОДУ позволяет получить зависимость вектора фазовых переменных V=(U,W) от t в табличной форме.

Большинство выходных параметров Y проектируемых объектов являются функционалами зависимостей V(t), например определенных интегралами, экстремальными значениями и др. Решение системы(4.1)

и расчет выходных параметров- функционалов составляют содержание процедуры анализа переходных процессов.

Анализ статических состояний объектов также может быть выполнено путем интегрирования уравнений типа(4.1), но, поскольку в статике dU/dt=0, такой анализ может быть сведен к решению систем алгебраических уравнений

 

F(V)=0. (4.2)

 

При проектировании САУ важное значение имеет задача анализа устойчивости.

 

Анализ чувствительности заключается в определении внутренних и внешних параметров xi на выходные yj. Количественная оценка этого влияния представляется матрицей чувствительности A c элементами

aij=dyj/di.

 

Статистический анализ выполняется с целью получения тех или иных о распределении параметров yj при задании статистических сведений о параметрах xi. Результаты статистического анализа могут быть представлены в виде гистограмм распределения yj, оценок числовых характеристик распределений мат. ожидания, дисперсии и т.д.

 

Массива

Процесс проектирования может быть представлен организованной последовательностью преобразования информации.

Исходная (входная) информация включает большое количество данных: стандарты, нормали, каталоги комплектующих изделий и материалов, методики проектирования, сведения, содержащиеся в ТЗ, результаты предпроектных исследований.

С целью систематизации и облегчения анализа исходная информация группируется по классам, например:

· информация справочного характера (стандарты, каталоги, справочники, книги, отчеты);

· данные прототипов объектов проектирования;

· методики проектирования;

· специфичные условия и требования к конкретному объекту проектирования.

 

Первые три класса являются неизменными на сравнительно длительном отрезке времени, значительно превышающем длительность процесса проектирования. Информация четвертого класса меняется от объекта к объекту.

Выходная информация охватывает все данные проекта, полученные на промежуточных и конечных этапах проектирования. Она определяет конструкторско-технологическую и монтажную реализацию объекта проектирования; параметры, процессы и режимы его функционирования и т.п. С другой стороны, выходная информация должна содержать критериальные оценки проекта, необходимые для введения коррекций в принятые решения.

 

5.2. Информационное обеспечение и информационный фонд САПР

Информационный фонд (ИФ) - совокупность данных, используемых всеми компонентами САПР.

Назначение информационного обеспечения (ИО) САПР- реализация информационных потребностей всех составных компонентов САПР. Основная функция ИО САПР - ведение информационного фонда, т.е. обеспечение создания, поддержки и организации доступа к данным. Таким ИО САПР есть совокупность информационного фонда и средств его ведения.

 

Принципы построения банков данных (БнД)

Банк данных (БнД)- совокупность базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД).

База данных - структурированная совокупность данных. Наименьшая единица описания данных называется элементом описания. Совокупность элементов описания, объединенных отношением принадлежности к одному объекту, называется записью.

СУБД - состоит из языковых и программных средств, предназначенных для создания и использования базы, данных прикладными программами, а также непосредственно пользователями- непрограммистами.

Применение БД позволяет решить следующие проблемы организации и ведения больших массивов информации:

1. сокращение избыточности;

2. обеспечение целостности;

3. разграничение доступа;

4. обеспечение независимости представления данных.

 

Избыточность вызывается наличием разных форм представления одних и тех же данных, размножением части данных для дальнейшего использования прикладными программами, повторными записями одинаковых данных на различных носителях информации.

Целостностью называется свойство БД в любой момент содержать лишь достоверные данные. Наличие избыточных данных, противоречивых и неверно составленных данных нарушает целостность БД.

Для сокращения избыточности производится объединение одинаковых по смыслу, но имеющих различный тип данных в единую БД с приведением к общему, стандартизованному виду. Процесс объединения данных, используется различными пользователями, в одну общую БД - называется интеграцией базы данных.

 

Рис.5.1. БнД в составе САПР

Каждый конкретный пользователь получает доступ к некоторому подмножеству данных из БД, необходимых для выполнения своих прикладных программ. Одновременно с этим обеспечивается режим секретности и повышается степень защищенности данных от несанкционированного доступа.

Одним из важнейших преимуществ применения БД является возможность обеспечения независимости представления данных в прикладных программах от типов запоминающих устройств и способов их физической организации. В основном это достигается построением двух уровней представления данных:

· логического;

· физического.

На логическом уровне данные представляются в виде, удобном для использования в прикладных программах или непосредственно проектировщиками.

Физический уровень представления данных отражает способ хранения и структуру данных с учетом их расположения на носителях информации в запоминающих устройствах ЭВМ. Важнейшим понятием в БНД является модель данных - формализованное описание, отражающее состав и типы данных, а также взаимосвязи между ними. Модели данных классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от объема описываемой информации на логическом уровне различают внешнюю и внутреннюю модели данных.

Внешняя модель (или логическая подсхема) - описывает структуру информации, относящейся к конкретной процедуре или группе родственных процедур.

Внутренняя логическая модель данных объединяет все внешние модели (логические подсхемы) БД.

По способам отражения связей между данными на логическом уровне различают модели - иерархическую, сетевую и реляционную. Модель называют сетевой, если данные и связи между ними имеют структуру графа. Если структура отражаемых связей представляется в виде дерева, то модель называют иерархической. Представление данных в виде таблиц соответствует реляционной модели данных.

Задание модели данных в БД осуществляется на специальном языке описания данных (ЯОД). Прикладные программы, использующие

БНД, записываются на некотором алгоритмическом языке (например,

Паскаль, Си), называемом включающим языком. Для обеспечения взаимодействия с БНД в эти программы должны быть введены операторы обращения к СУБД. Совокупность операторов обращения к СУБД- язык манипулирования данными (ЯМД).

 

ППа ППб

 

РОа РОб

 

ВШа ВШб

 

 

ВН

 

 

СУБД

 

ОС

 

БД

 

СБ

Рис.6.1.Схема взаимосвязи СУБД с прикладными программами: Ппа, Ппб - прикл. прогр. пользователей; Роа, Роб - рабочие области пользователей; Вша, Вшб-внешние модели данных пользователей; ВН-внутренняя логическая модель данных; СБ-системный буфер

 

Основные операции с данными, выполняемыми на ЯМД следующие:

· поиск информации по заданным поисковым признакам в БД;

· включение в БД новых записей;

· удаление из БД лишних или ненужных в дальнейшем записей;

· изменение значений элементов данных в записях.

 

Банк данных - сложная информационно- программная система, функционирование которой невозможно выполнить полностью в автоматическом режиме. Контроль за ее состоянием и управление режимами

осуществляется человеком- администратором банка данных.

Взаимосвязь БД с прикладными программами представлена на рис.6.1. Прикладные программы пользователей а и б обращаются с запросами в СУБД, которая, пользуясь информацией о конкретной внешней модели и основываясь на описании логической схемы БД, формирует обращение к программным средствам метода доступа ОС.

Полученные данные поступают вначале в системный буфер, а затем поступают в доступную пользователю рабочую область.

Совокупность модели данных и операций, определенных над данными, называется подходом. В соответствии с моделями данных различают реляционный, сетевой и иерархические подходы. Так как подход лежит в основе СУБД, различают реляционные, сетевые и иерархические СУБД.

 

Реляционный подход

Реляционные модели данных в последнее время получили широкое распространение вследствие простой формы представления данных, а также благодаря развитому теоретическому аппарату, позволяющему описывать различные преобразования реляционных данных. Основу реляционной модели данных составляет понятие отношения, представляющего собой подмножество декартова произведения доменов. Домен - это некоторое множество элементов, например множество целых чисел или множество допустимых значений, которые может принимать объект по некоторому свойству.

Декартовым произведением доменов D1, D2,..,Dk

D1*D2*....*Dk,

где

..........................................

называется множество всех кортежей длины k, т.е. состоящих из k элементов - по одному из каждого домена

 

Таким образом, декартово произведение

 

Пример (рис. 6.1).

Если D₁={A, 2}, D₂={B, C} D₃={4, 5, D}, то k=3 и соответственно декартово произведение D= D₁ * D₂ *D₃ ={(A,B,4),(A,B,5),(A,B,D),

(A,C,4),(A,C,5),(A,C,D),

(2,B,4),(2,B,5),(2,B,D),

(2,C,4),(2,C,5),(2,C,D)}.

Отношением R на множествах D1,D2,...,Dk называется подмножество декартова произведения D1*D2*....*Dk, то есть R, определенное на множествах D1*D2*....*Dk есть некоторое множество кортежей:

Атрибутом А называется некоторе подмножество домена D. Например, для домена D3 атрибутом может быть A3=(4,5).

Для рассмотренного примера отношения имеют следующий вид

 

.

В ряде случаев отношения удобно представлять в виде таблицы, где каждая строка соответствует кортежу, а столбец атрибуту, например,

 

R1

A	B
A	C

 

 

R2

C

 

 

R3

	C	D
A	B
A	B
	B	D

 

 

Реляционное исчисление

Реляционное исчисление базируется на теоретических основах исчисления предикатов. Предикат P(x1,x2,...,xn) это функция, принимающая значения «Истина» или «ложь», от аргументов, определенных в конкретных областях D1,D2,...,Dn. При построении высказываний используются

логические связки, например

конъюнкция, дизъюнкция, отрицание,

 

термы сравнения с операциями

и др., а также кванторы существования и общности .

Рассмотрим пример применения кванторов. Высказывание - означает-что среди элементов множества X найдется, по крайней мере, один, при котором оказывается истинным неравенство, заключенное в скобках. Высказывание означает, что для всех элементов множества X некоторая функция f(x) больше заданного a.

В реляционном исчислении принято связывать отношением R(A1,...,An) некоторый предикат P(x1,...,xn), аргументы, которых имеют одинаковые области определения, таким образом, что если P(a1,a2,...,an)=1, то кортеж <a1,a2,...,an> принадлежит отношению , для i=1,n, в противном случае кортеж не входит в состав указанного отношения. Отсюда следует, что посредством задания некоторого предиката может быть задано и соответствующее ему отношение.

Из сказанного видно, что реляционное исчисление позволяет описать самые разнообразные виды искомых отношений. Однако отсутствие процедурности существенно затрудняет реализацию языков, основанных на реляционном исчислении. Решении этой проблемы возможно при использовании методов реляционной алгебры.

 

D₁

A 2

 

D₂ D₂

 

B C B C

 

 

D₃ D₃ D₃ D₃ 5 D 4 5 D 4 5 D 4 5 D

 

 

A,B,4 A,C,4 2,B,4 2,C,4

A,B,5 A,C,5 2,B,5 2,C,5

A,B,D A,C,D 2,B,D 2,C,D

 

Рис.6.1.Графическая интерпретация получения декартова

произведения

[NN6] Лекция 7

Диалоговые языки

Различают пассивный и активный диалоговый режим работы оператора с ЭВМ и соответственно этому активные и пассивные диалоговые языки.

В пассивном диалоговом режиме инициатива диалога принадлежит ЭВМ. Прерывание вычислительного процесса и обращение к пользователю в нужных местах осуществляется с помощью диалоговых программных средств включенных в мониторную систему САПР или монитор ППП. Обращение ЭВМ к пользователю в этом случае может быть в виде

запроса (исходных данных по шаблону или варианта дальнейшего проектирования по меню), информационного сообщения (для вывода промежуточных или окончательных результатов решения) или подсказки (сообщения об ошибках).

В активном диалоговом режиме инициатива начала диалога может быть двусторонней - возможности прерывания процесса имеются и к ЭВМ и у пользователя. Активные диалоговые языки, как правило, близки к естественному человеческому, но с ограниченным набором слов. Очевидно, что для реализации активного диалового режима требуется более сложное ПО.

[NN7] Лекция 8

ПИМГ МОНИТОР

ДП СУБД ИП

 

Рис.8.1.Структура специального программного обеспечения САПР:

Ппi-проектирующая подсистема; ДП-диалоговая подсистема; ИП-

- инструментальная подсистема; СУБД- система управления базой данных; ПИМГ - система интерактивной машинной графики

 

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.

 

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.

 

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.

 

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).