Составляющие эффективности САПР.

 

Более быстрое выполнение чертежей. Конструктор, использующий САПР, может выполнять чертежи в среднем в три раза быстрее, чем работая за кульманом. Это ускоряет процесс проектирования в целом, позволяет в более сжатые сроки выпуск продукцию и быстрее реагировать на рыночную коньюктуру.

Повышение точности выполнения чертежей. Точность чертежа, выполненного вручную, определяется остротой зрения конструктора и толщиной грифеля карандаша. На чертеже, построенном с помощью САПР, место любой точки определено очень точно (обычно с точностью 0.01 - 0.0001 мм), а для более детального просмотра его элементов имеется возможность значительного (в 100 и более раз) увеличения любой части данного чертежа. Так как и рабочие и сборочные чертежи являются точными, имеет в частности, возможность анализа собираемости узлов из отдельных деталей, а также проверка работоспособности кинематических пар по чертежу.

Повышение качества выполнения чертежей. Качество изображения на обычном чертеже полностью зависит от мастерства конструктора, тогда как графопостроитель САПР рисует высококачественные линии и тексты независимо от индивидуальных способностей человека, использующего эту систему. Кроме того большинство обычных чертежей имеют следы ластика, придает им неряшливый вид. Редактор САПР позволяет быстро стереть любое число линий без каких-либо последствий конечного вида чертежа.

Возможность многократного использования чертежа. Построение изображения всего чертежа или его части можно сохранить для дальнейшей работы. Обычно это полезно, когда в состав чертежа входит ряд компонентов, имеющих одинаковую фор Записанный в память ЭВМ чертеж может быть использован повторно для проектирования, например, кондукторов и хомутов анализа траектории движения инструмента и проектирования прессовальных станков. Раньше для решения каждой такой зад требовался отдельный чертеж. Память компьютера является также идеальным средством хранения библиотек символов стандартных компонентов и геометрических форм.

Специальные чертежные средства. Помимо отмеченной выше возможности значительного увеличения изображения, СА обеспечивают еще много специальных чертежных средств, таких как перенос, поворот, копирование, масштабирования изображений и т.п., которые обычно недоступны при ручном черчении. Эти возможности САПР рассмотрены в следующих глав

Ускорение расчетов и анализа при проектировании. В настоящее время существует большое разнообразие программного обеспечения, которое позволяет выполнять на компьютерах часть проектных расчетов заранее. За рубежом такие приклад прграммные продукты получили название CAE (Computer Aided Manufacturing) системы.

Высокий уровень проектирования. Мощные средства CAE моделирования (такие, как метод конечных элементов) освобождение конструктора от использования традиционных формул и позволяют проектировать нестандартные геометрические формы. формы можно быстро модифицировать и оптимизировать, что позволяет снизить общие затраты в такой степени, которая б раньше недостижима, поскольку требовала слишком много времени.

Сокращение затрат на усовершенствование. Средства иммитации и анализа, имеющиеся в САПР, позволяют резко сократить затраты времени и средств на тестирование и усовершенствование прототипов, которые являются дорогостоящими этап процесса проектирования.

Интеграция проектирования с другими видами деятельности. Интегрированная вычислительная сеть с высококачественными средствами коммуникаций обеспечивает САПР более тесное взаимодействие с инженерными подразделениями по сравнению старой организацией проектирования.

Таким образом мы видим, что достоинства САПР связаны с возможностями более быстрого, точного, качественного эффективного проектирования и конструирования новых изделий.

Технические средства САПР

САПР с целом, как уже ранее отмечалось, состоит из компонентов технических средств и программного обеспечен Управление САПР в конечном счете осуществляет центральная ЭВМ (сервер), которая является главным элементом компьютерной сети и частью ее технического обеспечения. На рис.2.4 показана типичная САПР. Составными част технического обеспечения любой САПР являются сервер, несколько персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ периферийные устройства.

Центральная ЭВМ.

Работа центрального процессора (см. рис.2.4) обычно поддерживается менее мощными процессорами каждой ПЭВМ. В составе сервера обычно имеются три основных элемента:

- устройство управления, которое переводит каждую компьютерную инструкцию в корректную последовательно интерпретирует инструкции и передает соответствующие сигналы, которые активизируют другие части компьютера;

 

- арифметико-логическое устройство (процессор), которое обрабатывает элементарные операции сложения и вычитания являющиеся основой всех математических операций, выполняемых компьютером;

- оперативное запоминающее устройство, в которое помещаются программы и данные по мере их использования. постоянного хранения информации и повышения объема памяти используется память периферийных устройств, таких, дисководы и магнитофоны.

Персональные ЭВМ.

Обычно в состав ПЭВМ входят: системный блок; дисплей, на экран которого выводится информация в виде графических изображений и текстов; клавиатура; устройства управлением курсором. Системный блок ПЭВМ конструктивно включает в себя материнскую плату, определяющую тип и производительность ПЭВМ в целом, на которой установлены процессор и сопроцессор устройства оперативной памяти; устройство для хранения больших объемов программного обеспечения и текущих дан (жесткий диск или винчестер), устройства для считывания информации с гибких дисков (дисководы), устройство, обеспечивающее работу дисплея (видеокарта) и др.

В ранних разработках САПР упор делался на центральный (главный) компьютер в сети, который предоставлял огромную память и обеспечивал возможности графических команд. Периферийные ПЭВМ тогда фактически были просто "молчаливы (неинтеллектуальными) терминалами с небольшими (если они имелись) средствами процессирования. С появлением растровых ЭЛТ и благодаря непрерывному развитию графических средств начали использоваться "интеллектуальные" ПЭВМ со своими собственными локальными процессорами.

Процессор представляет собой компьютер внутри каждой ПЭВМ, который помогает процессору сервера повысить скоро формирования графических изображений, используя при этом его память. Такие сложные средства, как трехмерное моделирование, существенно нуждаются в большой памяти сервера. Эти средства становятся все более популярными.

Дисплеи.

Графическая и текстовая информация САПР может быть отображена на экране устройства, называемого дисплеем, кото является электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).

ЭЛТ - это вакуумированная стеклянная трубка, в которой имеется элекронная пушка, испускающая пучок электронов в экране люминофорным покрытием, в результате чего на экране появляется светящийся след. Поскольку люминофор в обычных труб сохраняет свечение лишь в течение нескольких милисекунд, изображение необходимо все время возобновлять (30,50,60 ра секунду). Это называется регенерацией. При выводе сложных изображений частота регенерации может снижаться; если снижение существенно, то возникает неприятное мигание экрана.

За последние 30 лет было разработано несколько типов ЭЛТ. Наиболее известные из них следующие:

- запоминающая трубка с непосредственным воспроизведением информации (ЗЭЛТ);

- ЭЛТ с векторной регенерацией (возобновлением) изображения;

- ЭЛТ с растровой регенерацией изображения.

Как ЗЭЛТ, так и дисплеи с векторной регенерацией работают по принципу создания на экране образов из отрезков прямых между двумя фиксированными точками (векторов). Кривые линии строятся из коротких отрезков прямых.

В начале своего развития большинство САПР были оборудованы дисплеями с ЗЭЛТ. Основной принцип работы ЗЭЛТ состоит в том, что графическая информация посылается только на экран и постоянно высвечивается.

Кроме стандартной электронно-лучевой пушки и системы отклонения для локализации пучка на экране ЗЭЛТ содержит та лавинные пушки, располагаемые между главной электронной пушкой и экраном.

Лавинные пушки непрерывно бомбардируют экран электронами, которые не обладают достаточной интенсивностью, что создать какой бы то ни было графический образ. Когда главный пучек электронов ударяется в экран, лавинные электр притягиваются к области, где должен появиться образ, и в результате дают "свечение" изображения, которое сохраняется до пор, пока главный пучок не переместится в другое место. На рис.2.5. показана упрощенная схема функционирования ЗЭЛТ.

Графические дисплеи с ЗЭЛТ привлекательны высоким качеством изображения линий. Однако удаление любого элемента чертеже возможно лишь путем управления лавинными пушками, что автоматически ведет к стиранию всего изображения. Та образом, невозможность удаления или редактирования части чертежа является существенным недостатком работы с изображен в системе ЗЭЛТ.

Другое неудобство ЗЭЛТ заключается в том, что изображение на экране недостаточно яркое для эффективной работы с ним дневном свете. Поэтому дисплеи с ЗЭЛТ должны устанавливаться в затемненном помещении или снабжаться козырьком.

Работа с цветными изображениями тоже не всегда возможна на ЗЭЛТ. Это ограничение может оказаться существенным особе при проектировании размещений предметов в пространстве. На ЗЭЛТ также весьма трудно обеспечить синтез (объединен подвижных изображений, который представляет собой мощное средство моделирования траектории движения инструмент динамического анализа механизмов. Наконец, так как ЗЭЛТ является векторной ЭЛТ, на ее экране нельзя эффективно вычерчивает заштрихованные (закрашенные) области чертежа.

Эти ограничения привели к решительному отказу от использования ЗЭЛТ в современных САПР. Дисплей с векторной регенерацией (возобновлением) изображения разработан с целью устранения большинства недостатков ЗЭ при сохранении концепции изображения вектора, представляющего собой отрезок прямой линии между двумя точками. В отличии от ЗЭЛТ векторные ЭЛТ все время (с интервалом, равным долям секунды) под управлением центрального процессора обновляет изображение на экране. Иначе говоря, системы с регенерацией векторов имеют более простое устройство ЭЛТ: в ней нет лавин пушки и пучка электронов, непрерывно сканирующего (облучающего) экран. На рис.2.6 показана базовая ЭЛТ, которую мо использовать в системах как с векторной, так и с растровой регенерацией.

Регенерация позволяет устранить основной недостаток ЗЭЛТ, так как она предусматривает возможность быстрого удаления любого элемента изображения, причем исправленный чертеж сразу же высвечивается на следующем цикле регенерации экрана.

Дисплеи с векторной регенерацией изображения воспроизводят яркий и четкий образ, обладают высоким качеством лини большой скоростью черчения.

Основными недостатками ЭЛТ с векторной регенерацией являются их сравнительно высокая цена и мерцание изображения выводе на экран сложных чертежей, если время регенерации становится больше времени мигания глаз.

Растровая ЭЛТ (растровый дисплей), как и при векторной регенерации, непрерывно обновляет изображение на экране, но ме растра значительно отличается от векторного способом построения графического изображения на экране.

В известной мере катодная лучевая трубка в растровом дисплее представляет собой сильно усложненный вариант кинеск домашнего телевизора. В отличие от изображения, построенного векторным способом, когда графический элемент полнос определяется несколькими точками, растровое изображение состоит из тысяч светящихся точек, называемых пиксела Управление ими осуществлется электронным лучем, который последовательно пробегает весь экран. Луч всегда начинает двигат от верхнего левого угла экрана и независимо от того, какое изображение нужно нарисовать, добегает до правого ко горизонтальной строки пикселов, спускается на одну строку ниже, возвращается к ее левому краю и движется уже по этой но строке. Как только луч достигает правого нижнего угла экрана, изображение полностью построено. Затем эта процедура сн повторяется с левого верхнего угла, тем самым всякий раз регенерируя изображение. Каждый цикл регенерации длится около секунды.

Качество изображения зависит от разрешающей способности (разрешения) экрана, т.е. от числа пикселов, которое составляе 320х 240 пикселов (экраны с низкой разрешающей способностью) до более чем 1024х1024 пикселов (экраны с высо разрешением). Последовательность построения растрового изображения не зависит от порядка, в котором оно строил пользователем. Качество растрового изображения в общем случае хуже качества векторного изображения, потому что диапа пикселов не является непрерывным, а это проявляется в "ступенчатом" эффекте, который возникает при изображении как прям так и кривых линий. На рис. 2.7 сравнивается результирующий эффект получения изображения, выполненного векторны растровым методами.

Последовательность светящихся точек (пикселов) и их яркость должны быть вычислены в каждой регенерируемой строке; та образом, растровая система предъявляет высокие требования к емкости памяти. По этой причине работа растровых диспл контролируется достаточно мощной интеллектуальной ПЭВМ. Растровая графика сама по себе является довольно груб инструментарием, что создает проблемы при трехмерном моделировании и синтезе подвижных изображений.

В растровых дисплеях, также как и в векторных не возникает трудностей с удалением отдельных элементов изображения. Н отличие от векторного растровый дисплей свободен от мерцания, и по этому на нем легко получить закрашенные обла изображения. Растровое изображение (цветное или монохромное) отличается яркостью и чистотой. Благодаря дешевизн многофункциональности растровые дисплеи получили широкое распространение. На растровом принципе формирова изображений работают плазменные экраны и экраны на жидких кристаллах. Те и другие компактны (имеют небольшую толщи Контрастность экранов на жидких кристалах ограничена, но они удобны для портативных ПЭВМ, где удается вмонтировать экр откидную крышку, прикрывающую клавиатуру.

Системы с растровыми дисплеями совместимы с большинством принтеров, предназначенных для изготовления твердых ко чертежей на бумаге, так как их принципы функционирования схожи.

У векторных экранов высвечивание точек и векторов выполняется в системе координат устройства, которую в каком-то смы можно сравнить с условным растром. Но количество точек (здесь они называются адресуемыми точками) по горизонтал вертикали может быть выбрано достаточно большим, например 1024х1024 или 4096х 4096 точек. Тем не менее добиться точ установки луча в эти точки и стыковки соседних векторов удается не всегда, линии изображения при его увеличении начин "разъезжаться".

Отличительной чертой цветного растрового дисплея является то, что цветная ЭЛТ имеет три электроннные пушки, тогда к монохромной ЭЛТ - только одна. Каждая из трех пушек соответствует оттенку (красному, синему и зеленому). Экран цветной Э состоит из тысяч люминофорных пятен, сгруппированных по три (каждому из них соответствует основной цвет). При попада луча от соответствующей электронной пушки на каждое такое пятно оно будет светиться соответствующим ему оттенком и самым создавать цветной пиксел. Три луча разделяются крошечными отверстиями в металлической пластинке, называе теневой маской, которая располагается с обратной стороны экрана.

При комбинировании двух из трех основных световых пятен можно создать три вторичных оттенка, а при одновремен сочетании всех трех - белый цвет. Другие комбинации могут быть получены изменением интенсивности лучей. Таким образо помощью программного управления интенсивностью можно получить тысячи различных цветовых оттенков.