Сапр как организационно-техническая система

А.А. Атаманов, Л.Н. Грошак

 

ОСНОВЫ САПР

Часть 1

Структура САПР

 

 

 

Красноярск 2016

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

А.А. Атаманов, Л.Н. Грошак

 

 

ОСНОВЫ САПР

Часть 1

Структура САПР

 

Утверждено редакционно-издательским советом СибГТУ в качестве учебного пособия для студентов направлений 151000.62 (15.03.02) «Технологические машины и оборудование», 051000.62 (44.03.04) «Профессиональное обучение»

очной и заочной форм обучения

 

Красноярск 2016

Атаманов, А.А. Основы САПР. Часть 1. Структура САПР: учебное пособие для студентов направлений 151000.62 (15.03.02) «Технологические машины и оборудование», 051000.62 (44.03.04) «Профессиональное обучение» очной и заочной форм обучения / А.А. Атаманов, Л.Н. Грошак. – Красноярск: СибГТУ, 2016 – 58 с.

 

         

 

 

Рассмотрены основы автоматизированного проектирования промышленных объектов, дана история развития САПР, освещены проблемы проектирования в САПР, методы и принципы создания САПР, а также структура систем автоматизированного проектирования.

 

Рецензенты:       

канд.техн.наук, доцент В.Г. Крымкова (КрасГАУ);

канд.техн.наук, доцент Н.С. Решетова (научно-методический совет СибГТУ).

 

                                                                      ã А.А. Атаманов

                                                                                Л.Н. Грошак, 2016

                                                                                    

 

ÓФГБОУ ВО «Сибирский государственный технологический университет», 2016

Содержание

Введение		4
1 Принципы создания систем автоматизированного проектирования		5
	1.1 История развития САПР	5
	1.2 Использование вычислительной техники для решения проектных задач	12
	1.3 Основные требования при создании САПР	15
	1.4 Классификация САПР	17
	1.5 Состав САПР	19
	Контрольные вопросы	20
САПР как организационно-техническая система		21
	2.1 Техническая составляющая САПР	21
	2.2 Организационная составляющая САПР	24
	2.3 Программное обеспечение САПР	25
	2.4 Информационное обеспечение САПР	27
	2.5 Лингвистическое обеспечение САПР	30
	Контрольные вопросы	32
3 Аппаратура рабочих мест в САПР		33
	3.1 Технические средства САПР	33
	3.2 Типы сетей	34
	3.3 АРМ в САПР	38
	3.4 Периферийные устройства	41
	3.5 Особенности технических средств в АСУТП	42
	Контрольные вопросы	44
4 Комплексная автоматизация производственных процессов и структура подсистем САПР		43
	4.1 Назначение комплексной АПП	43
	4.2 Подсистемы САПР. Классификация подсистем САПР	45
	4.3 Диалоговые подсистемы САПР	50
	4.4 Графические подсистемы САПР	53
	Контрольные вопросы	54
Библиографический список		56
Приложение А (справочное) Перечень ключевых слов		57

 

Введение

В последнее время значительно повысился уровень механизации и автоматизации производства. Ускорить темпы проектирования производств возможно при использовании научно-обоснованной методики проектирования, что возможно при использовании автоматизированных систем проектирования (САПР) – структуры, организованной методически и информационно. В САПР входят подсистемы – специализированные части, ориентированные на решение задач определенного этапа проектирования: инженерных расчетов, конструирования, технологической подготовки производства, изготовления изделия, выпуск продукции и т.д.

     Изложенный в учебном пособии теоретический материал способствует эффективной подготовке студентов к лекционным и практическим занятиям при освоении первой части курса с одноименным названием, а также для самостоятельной работы студентов над курсовым и дипломным проектами.

     Данное пособие предназначено для направлений 151000.62 (15.03.02) «Технологические машины и оборудование», 051000.62 (44.03.04) «Профессиональное обучение» и поспособствует успешному формированию следующих профессиональных компетенций:

ОК 7: способен к приобретению с большой степенью самостоятельности новых знаний с использованием современных образовательных и информационных технологий;

ПК-21: умение применять стандартные методы расчета при проектировании деталей и узлов изделий машиностроения;

ПК-22: способен принимать участие в работах по расчету и проектированию деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации проектирования.

История развития САПР

История САПР в машиностроении разделяется на несколько этапов. Первый этап формирования теоретических основ САПР начался в 50-х годах прошедшего столетия. В основу идеологии положены разнообразные математические модели, такие как теория B-сплайнов, разработанная        И. Шоенбергом (I.J.Schoenberg) в 1946 г. Моделированию кривых и поверхностей любой формы были посвящены работы П. Безье (P.E. Bezier), выполненные в 60-х годах. В этот период сформировалась структура и классификация САПР. Объекты проектирования стали рассматриваться с точки зрения различных областей науки, базовые подсистемы САПР разделились на геометрические, прочностные, аэродинамические, тепловые, технологические, и т. п, впоследствии их стали классифицировать как CAD, CAE, CAM, PDM, PLM. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования (собственно CAD – Computer Aided Design) решают задачи, в которых основной процедурой проектирования является создание геометрической модели, поскольку любые предметы описываются в первую очередь геометрическими параметрами.

САПР системы технологической подготовки производства (CAM –Сomputer Aided Manufacturing) осуществляют проектирование технологических процессов, синтеза программ для оборудования с ЧПУ, моделирование механической обработки и т.п. в соответствии с созданной геометрической моделью.

САПР системы инженерного анализа (CAE –Computer Aided Engineering) позволяют анализировать, моделировать или оптимизировать механические, температурные, магнитные и иные физические характеристики разрабатываемых моделей, проводить симуляцию различных условий и нагрузок на детали. Как правило, эти пакеты работают, используя метод конечных элементов, когда общая модель изделия делится на множество геометрических примитивов, например тетраэдров. Основными модулями программ анализа являются препроцессор, решатель и постпроцессор. Исходные данные для препроцессора - геометрическая модель объекта - чаще всего получают из подсистемы конструирования (CAD). Основная функция препроцессора - представление исследуемой среды (детали) в сеточном виде, т.е. в виде множества конечных элементов. Решатель - программа, которая преобразует модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и рассчитывает эту систему одним из методов разреженных матриц. Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В машиностроительных САПР это форма - графическая. Конструктор может анализировать поля напряжений, температур, потенциалов и т.п. в виде цветных изображений, где цвет отдельных участков характеризует значения анализируемых параметров.

Наконец, системы управления инженерными данными (PDM –Product Data Management) обеспечивают хранение и управление проектно-конструкторской документацией разрабатываемых изделий, ведение изменений в документации, сохранение истории этих изменений и т. п. На первом этапе развития возможности систем в значительной мере определялись характеристиками имевшихся в то время недостаточно развитых аппаратных средств ЭВМ. Для работы с системами САПР использовались графические терминалы, подключаемые к мэйнфреймам. Процесс конструирования механических изделий заключается в определении геометрии будущего изделия, поэтому история CAD-систем практически началась с создания первой графической станции. Такая станция Sketchpad, появившаяся в 1963 г, использовала дисплей и световое перо. Ее создатель И. Сазерленд в дальнейшем работал в агентстве ARPA и возглавлял департамент анализа и обработки информации, а позже стал профессором Гарвардского университета. Развитие компьютерной графики сдерживалось не только аппаратными возможностями вычислительных машин, но и характеристиками программного обеспечения, которое должно было стать универсальным по отношению к использовавшимся аппаратным средствам представления графической информации. С 70-х годов прошлого века разрабатывался стандарт графических программ. Стандарт на базисную графическую систему включал в себя функциональное описание и спецификации графических функций для различных языков программирования. В 1977 г. ACM представила документ Core, который описывал требования к аппаратно-независимым программным средствам. В 1982 г. появилась система Graphical Kernel System (GKS), принятая в качестве стандарта в 1985 г., а уже в 1987 г. был разработан вариант GKS-3D с ориентацией на 3D-графику. Параллельно с развитием CAD-систем бурное развитие получили CAM-системы автоматизации технологической подготовки производства. В 1961 г. был создан язык программирования APT (Automatic Programming Tools), впоследствии этот язык стал основой многих других языков программирования применительно к оборудованию с числовым программным управлением. Параллельно с работами, проводившимися в США, в СССР Г.К. Горанский создал первые программы для расчетов режимов резания. Разработанный к 1950 г. метод конечных элементов послужил толчком к развитию систем инженерного анализа CAE. В 1963 г. был предложен способ применения метода конечных элементов для анализа прочности конструкции путем минимизации потенциальной энергии. В 1965 г. NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, поставила задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и введен в эксплуатацию. Стоимость разработки, длившейся 5 лет, составила $4 млн. Среди компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation), которая с 1973 г. начала самостоятельно развивать пакет MSC.NASTRAN, впоследствии ставший мировым лидером в своем классе продуктов. С 1999 г. компания MSC называется MSC. Software Corporation. В 1976 г. был разработан программный комплекс анализа ударно-контактных взаимодействий деформируемых структур DYNA-3D (позднее названный LS-DYNA). Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс Adams (Automatic Dynamic Analysisof Mechanical Systems), разработанный и совершенствуемый компанией Mechanical Dynamics Inc. (MDI). Компания создана в 1977 г. Основное назначение комплекса Adams - кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения. Широкое внедрение систем САПР в то время сдерживалось высокой стоимостью программных продуктов и "железа". Так, в начале 80-х годов прошлого века стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до $100000 и требовала использования дорогостоящей аппаратной платформы.

Следующий этап развития ознаменовался началом использования графических рабочих станций под управлением ОС Unix. В середине 80-х годов компании SunMicrosystems и Intergraph предложили рабочие и графические станции с архитектурой SPARC. Фирма DEC разработала автоматизированные рабочие места на компьютерах VAX, появились персональные компьютеры на основе процессоров i8086 и i80286. Эти разработки позволили снизить стоимость CAD-лицензии до $20000 и создали условия более широкого применения для CAD/CAM/CAE-систем. В этот период математический аппарат плоского геометрического моделирования был хорошо "доведен", способствуя развитию плоских CAD-систем и обеспечивая точность геометрии до 0,001 мм в метровых диапазонах при использовании 16-битной математики. Появление 32-разрядных процессоров полностью обеспечило потребности плоских CAD-систем для решения задач любого масштаба. Развитие CAD-систем следовало двум подходам к плоскому моделированию, которые получили название твердотельный и чертежный. Чертежный подход оперирует такими основными инструментами как отрезки, дуги, полилинии и кривые. Операциями моделирования на их основе являются продление, обрезка и соединение. В твердотельном подходе основными инструментами являются замкнутые контуры, а остальные элементы играют вспомогательную роль. Главными операциями моделирования являются булевы объединение, дополнение, пересечение. В 80-е годы прошлого века характеристики использовавшегося для САПР вычислительного оборудования значительно различались. Аппаратной платформой CAD-систем верхнего уровня были дорогие высокопроизводительные рабочие станции с ОС Unix. Такая техника позволяла выполнять сложные операции как твердотельного, так и поверхностного объемного моделирования применительно к деталям и сборочным узлам из многих деталей. Идеология систем объемного моделирования базируется на объемной мастер-модели; при этом определяется геометрия поверхности не по проекциям отдельных сечений, а интегрально - для всей спроектированной поверхности. Используя модель, можно получить информацию о координатах любой точки на поверхности, а также сформировать плоские изображения: виды, сечения и разрезы. Геометрическая модель позволяет легко получить такие локальные характеристики как нормали, кривизны и интегральные характеристики - массу, объем, площадь поверхности, момент инерции. Системы объемного моделирования также базируются на двух подходах к построению поверхностей модели: поверхностном и твердотельном. При использовании поверхностного моделирования конструктор определяет изделие семейством поверхностей. При твердотельном способе конструктор представляет изделие семейством геометрических примитивов, таких как куб, шар, цилиндр, пирамида, тор. В отличие от чертежа модель является однозначным представлением геометрии и количественного состава объекта. Если в сборочном чертеже болт представляется несколькими видами, то в объемной сборке - одним объектом, моделью болта. Поверхностное моделирование получило большее распространение в инструментальном производстве, а твердотельное - в машиностроении. Современные системы, как правило, содержат и тот, и другой инструментарий и позволяют работать как с телами, так и с отдельными поверхностями, используя булевы и поверхностные процедуры. Принято делить CAD/CAM-системы по их функциональным характеристикам на три уровня (верхний, средний и нижний). В 80-е годы прошлого века такое деление основывалось на значительном различии характеристик использовавшегося для САПР вычислительного оборудования. CAD-системы нижнего уровня предназначались только для автоматизации чертежных работ, выполнявшихся на низкопроизводительных рабочих станциях и персональных компьютерах. К 1982 г. твердотельное моделирование начали применять в своих продуктах компании IBM, Computervision, Prime, но методы получения моделей тел сложной формы не были развиты, отсутствовал аппарат поверхностного моделирования. В 1983 г. была разработана техника создания 3D-моделей с показом или удалением скрытых линий. В 1986 г. компания Autodesk выпустила свой первый CAD-продукт Autocad - однопользовательскую версию на языке "C" с поддержкой формата IGES. В области автоматизации проектирования унификация основных операций геометрического моделирования привела к созданию универсальных геометрических ядер, предназначенных для применения в разных САПР. Распространение получили два геометрических ядра: Parasolid (продукт фирмы Unigraphics Solutions) и ACIS (компания-разработчик Spatial Technology). Ядро Parasolid было разработано в 1988 г. и в следующем году стало ядром твердотельного моделирования для CAD/CAM Unigraphics, а с 1996 г. - промышленным стандартом. Необходимость обмена данными между различными системами на различных этапах разработки продукции способствовала стандартизации описаний геометрических моделей. Вначале появился стандарт IGES (Initial Graphics Exchange Specification). Фирма Autodesk в своих продуктах стала использовать формат DXF (Autocad Data eXchange Format). Затем были разработаны язык Express и прикладные протоколы AP203 и AP214 в группе стандартов ISO 10303 STEP (Standard for Exchange Product Model Data). В 1986 г. появился ряд новых стандартов. Среди них CGI (Computer Graphics Interface) и PHIGS P (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System) - стандарт ANSI, принятый в качестве стандарта ISO в 1989 г. В 1993 г. компанией Silicon Graphics предложен стандарт OpenGL (SGI Graphical Language), широко используемый в настоящее время. В упомянутых системах используются графические форматы для обмена данными, представляющие собой описание изображения в функциях виртуального графического устройства (в терминах примитивов и атрибутов). Графический формат (метафайл) обеспечивает возможность запоминания графической информации, передачи ее между различными системами и интерпретации для вывода на различные устройства. Такими форматами явились CGM - Computer Graphics Metafile, PostScript - Adobe Systems Language, GEM - GEM Draw File Format и др. Работы по стандартизации были направлены на расширение функциональности графических языков и систем, включение в их состав средств описания не только данных чертежей и 3D-моделей, но и других свойств и характеристик изделий. Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются Unigraphics (UGS, первый вариант разработан в 1975 г.), CATIA (компания Dassault Systemes, 1981 г.), Pro/Engineer (PTC, 1987 г.). К числу САПР верхнего уровня в 90-е годы относились также EUCLID3 (Matra Datavision), I-DEAS (SDRC), CADDS5 (Computervision), но их развитие было прекращено в связи со слиянием компаний. Еще раньше система CADDS5 была приобретена компанией PTC (Parametric Technology Corp). Эта компания, штаб-квартира которой расположена в США, была основана в 1985 г. бывшим профессором Ленинградского университета Семеном Гейзбергом.

Третий этап развития начинается развитием микропроцессоров, что привело к возможности использования CAD/CAM-систем верхнего уровня на персональных ЭВМ. Это заметно снизило стоимость внедрения САПР на предприятиях. Рабочие станции на платформе Windows - Intel не уступали Unix-станциям по функциональности и многократно превосходят последние по объемам продаж. Стоимость лицензии снизилась до нескольких тысяч долларов. В 1992 г. корпорация Intergraph, один из ведущих на тот момент производителей CAD-систем для машиностроения, приняла решение о разработке нового программного продукта, целиком построенного на базе платформы Windows - Intel. В результате в конце 1995 г. появилась система геометрического моделирования Solid Edge. В 1993 г. в США была создана компания Solidworks Corporation и уже через два года она представила свой первый пакет твердотельного параметрического моделирования Solidworks на базе геометрического ядра Parasolid. В 1998 г. к Unigraphics перешло все отделение Intergraph, занимавшееся САПР для машиностроения. В это же время Solid Edge сменила геометрическое ядро ACIS на ядро Parasolid. В 1999 г. появилась шестая версия Solid Edge на русском языке. Временные затраты на разработку крупнейших интегрированных CAD/CAM решений превысили 2000 человеко-лет. Ряд CAD/CAM систем среднего и нижнего уровней был разработан в СССР и России. Наибольшее распространение среди них получили Компас (компания Аскон) и T-Flex CAD (Топ Системы) и некоторые другие. Четвертый этап (начиная с конца 90-х годов) характеризуется интеграцией CAD/CAM/CAE-систем с системами управления проектными данными PDM и с другими средствами информационной поддержки изделий. На этом этапе многие предприятия уже прошли первый этап автоматизации. В основу процессов проектирования и производства была положена геометрическая модель изделия, которая применялась на всех этапах подготовки производства. При такой форме организации производства начинают эффективно функционировать сквозные процессы, опирающиеся на геометрию модели. В первую очередь это подготовка производства с помощью CAM-систем. Сложность геометрии современных изделий неуклонно возрастает, и изготовление их без геометрической модели практически невозможно. Максимальная эффективность от внедрения САПР достигается тогда, когда система включает в себя не только конструкторское, но и технологическое проектирование. Сложность управления проектными данными, необходимость поддержания их полноты, достоверности и целостности, необходимость управления параллельной разработкой привели в 80-е годы к созданию систем управления проектными данными PDM (Product Data Management). В начале 80-х годов компания CDC разработала первую PDM-систему под названием EDL. В 90-х годах активно разрабатывались продукты PDM для САПР в машиностроении. Одной из первых развитых PDM-систем являлась система Optegra компании Computervision. В этот же период компания Unigraphics Solutions (UGS) совместно с Kodak разработала PDM-систему iMAN. В 1998 г. компания PTC вышла на рынок PDM-систем, купив компанию Computervision и ее Internet-ориентированную PDM-технологию Windchill. В последние годы происходило быстрое развитие PDM-систем: появились ENOVIA и Smarteam от Dassault Systemes, Teamcenter от UGS и другие. Среди российских систем PDM наиболее известными являются Лоцман:PLM компании Аскон, PDM STEP Suite, разработанная под НПО "Прикладная логистика", PartyPlus компании Лоция-Софт и т.д.

Итак, термин САПР (система автоматизации проектирования) подразумевает комплексный подход к разработке изделия и включает совокупность систем CAD/CAM/CAE. Развитие систем геометрического моделирования, анализа и расчета характеристик изделия сопровождается интеграцией в рамках предприятия. Мировой рынок обособленных CAD/CAM решений уже насыщен, системы близки по функциональности, и темпы роста этого сегмента рынка минимальны. По этой причине происходит усиление интеграции систем CAD/CAM/CAE с системами PDM, которые позволяют хранить и управлять проектно-конструкторской документацией на разрабатываемые изделия, вносить в документацию изменения, поддерживать хранение истории этих изменений. Распространение функций PDM-систем на все этапы жизненного цикла продукции превращает их в системы PLM (Product Life cycle Management). Развитие систем PLM обеспечивает максимальную интеграцию процессов проектирования, производства, модернизации и сопровождения продукции предприятия и по сути имеет много общего с концепцией интегрированной поддержки жизненного цикла изделия.

Классификация САПР

САПР могут классифицироваться по: характеру и назначению проектируемых объектов; уровню и комплексности автоматизации проектирования, характеру и числу выпускаемых документов; числу уровней в структуре технического обеспечения.

По назначению проектируемых объектов можно выделить следующие группы САПР:

1) САПР изделий машиностроения;

2) САПР изделий приборостроения;

3) САПР технологических процессов в машино- и приборостроении;

4) САПР объектов строительства;

5) САПР технологических процессов;

6) САПР программных изделий;

7) САПР организационных систем.

По сложности объектов проектирования выделяют САПР:

1) простых объектов, содержащих до 10² составных частей;

2) объектов средней сложности, содержащих от 10² до 10³ составных частей;

3) сложных объектов, содержащих от 10³ до 10⁴ составных частей;

4) очень сложных объектов, содержащих от 10⁴ до 10⁶ составных частей;

5) объектов очень высокой сложности, содержащих свыше 10 составных частей.

Составной частью объекта проектирования изделия, сооружения или технического комплекса является деталь. При оценке сложности технологического процесса можно исходить либо из числа выделенных в данном процессе элементарных операций, либо разделение процесса на составные части связать с номенклатурой выпускаемой технологической документации.

По уровню автоматизации проектирования различают САПР:

1) низкоавтоматизированные, в которых число автоматизированных проектных процедур составляют до 25 % общего числа проектных процедур;

2) среднеавтоматизированные, вкоторых число автоматизированных процедур составляет от 25 до 50 % общего числа проектных процедур;

3) высокоавтоматизированные, в которых число автоматизированных процедур составляет от 50 до 75 % общего числа проектных процедур.

В группе высокоавтоматизированных САПР применяются методы многовариантного оптимального проектирования.

По комплексности автоматизации этапов проектирования, установленных для данного объекта, различают САПР:

1) одноэтапные, в которых автоматизирован один этап из всех установленных этапов;

2) многоэтапные, в которых автоматизировано несколько этапов проектирования из всех установленных для объекта;

3) комплексные, выполняющие все этапы проектирования, установленные для объекта.

По характеру выпускаемой проектной документации различают САПР:

1) текстовые, выполняющие только текстовые документы на бумажной ленте или листе;

2) текстовые и графические, выполняющие текстовые и графические документы на бумажной ленте или листе;

3) выполняющие документы на машинных носителях;

4) выполняющие документы на фотоносителях.

По количеству выпускаемых проектных документов различают САПР:

1) малой производительности, выпускающих до 10⁵ проектных документов в пересчете на формат 2 за год;

2) средней производительности, выпускающих от 10⁵ до 10⁶ проектных документов в год;

3) высокой производительности, выпускающих свыше 10⁶ документов в год.

По числу уровней в структуре технического обеспечения различают САПР:

1) одноуровневые, построенные на базе ЭВМ среднего или высокого класса со штатным набором периферийных устройств, который может быть дополнен средствами обработки графической информации;

2) двухуровневые, построенные на базе ЭВМ среднего или высокого класса и одного или нескольких АРМ (рабочих автоматизированных мест проектировщиков), которые включают мини-ЭВМ;

3) трехуровневые, построенные на базе ЭВМ высокого класса, АРМ и периферийного программно-управляемого оборудования.

Состав САПР

На базе технического и программно-информационного обеспечения формируется система автоматизированного проектирования. При этом можно указать на два подхода к построению САПР. Один подход состоит в том, что в качестве основной базовой конструкции САПР являются автоматизированные рабочие места проектировщиков - АРМ, состоящие из минимального необходимого набора технических и программных средств для организации проектирования тех или иных объектов - деталей машино- или приборостроения, технологических процессов их изготовления, создания управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и т. д.

Другой подход к построению САПР исходит из того, что автоматизированная система проектирования представляет собой структурированное объединение программных модулей (ПМ), каждый из которых характеризуется набором технических и программных средств для выполнения отдельной программной процедуры.

Хотя проектные модули, как и специализированные (проектирующие) системы САПР, функционируют автономно, полученные ими результаты в виде промежуточных проектных решений подлежат обязательному согласованию как на горизонтальном, так и на вертикальным уровнях в соответствие с установленной иерархией. Функции согласования выполняет операционная система ЭВМ в соответствие с заданным алгоритмом.

В зависимости от уровня САПР выбирают средства технического обеспечения. В многоуровневых САПР на высшем уровне предполагается наличие одной или нескольких ЭВМ (типа ЕС ЭВМ) высокой производительности, рассчитанных на решение проектных задач, требующих больших затрат машинного времени и памяти. На низших уровнях иерархий могут быть использованы ЭВМ средней производительности, а также мини- и микро- ЭВМ, персональные ЭВМ (ПЭВМ), входящие в состав APМ (т. е. терминальные ЭВМ).

АРМ представляет собой автоматизированное рабочее место, состоящее из мини-ЭВМ или супермини-ЭВМ, набора периферийных устройств, обеспечивающих ввод и вывод информации в символьной и графической форме, и необходимого программного обеспечения. АРМ предназначены для решения сравнительно несложных проектных задач, а также для управления работой комплекта периферийного оборудования и для организации обменов информации между различными уровнями комплекса технических средств.

На большинстве типов АРМ могут одновременно работать несколько пользователей, для чего в составе АРМ выделяются несколько рабочих мест-терминалов с минимально необходимым набором оборудования для работы проектировщика.

Для САПР выпускаются АРМ трех семейств: супер-АРМ, средне-АРМ и микро-АРМ. Супер-АРМ предназначены для решения сложных проектных задач в автономном режиме, они содержат инвариантные пакеты прикладных программ и специальные графические процессоры для трех- и двухмерного представления объектов проектирования. Средние АРМ предназначены для решения проектных задач средней сложности в автономном режиме и в составе двух уровней САПР, имеют графический процессор для двух- и трехмерного представления проектируемых объектов, а также инвариантные пакеты прикладных программ, т. е. программ, непосредственно независящих от специфики объектов проектирования, которые обычно используются для решения типовых инженерных задач.

Наконец, микро-АРМ предназначены для решения простых конструкторских и технологических задач в автономном режиме и в составе технических средств двухуровневой САПР. Они также имеют графический процессор для двухмерного изображения проектируемого объекта, инвариантные пакеты прикладных программ для решения типовых инженерных задач.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные этапы развития САПР.

2. Назовите уровни сложности проектных задач и средств, используемых для их решения.

3. В чем различие при решении технической задачи с использованием только ЭВМ и с использованием комплекса технических средств САПР?

4. Назовите основные принципы САПР.

5. Назовите требования, определяющие специфику автоматизированного проектирования.

6. Назовите, по каким признакам классифицируют САПР.

7. Приведите классификационные схемы САПР и укажите основные признаки, по которым они классифицируются.

8. Назовите состав и типы АРМ, их назначение.

Технические средства САПР

Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно: ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

1) выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых
имеется соответствующее ПО;

2) взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

3) взаимодействие между членами коллектива, выполняющими работу над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и ёмкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рисунок 3.1). Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими местами (АРМ) или рабочими станциями (WS — Workstation), ими могут быть также большие ЭВМ (мейнфреймы), отдельные периферийные и измерительные устройства.

Именно в АРМ должны быть средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распределена между различными узлами вычислительной сети

Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.

Рисунок 3.1 - Структура технического обеспечения САПР

 

В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД), выполняющее определенную работу по проектированию, и аппаратуру окончания канала данных (АКД), предназначенную для связи ООД со средой передачи данных. Например, в качестве ООД можно рассматривать персональный компьютер, а в качестве АКД — вставляемую в компьютер сетевую плату.

Канал передачи данных — средство двустороннего обмена данными, включающее в себя АКД и линию связи. Линией связи называют часть физической среды, используемую для распространения сигналов в определенном направлении; примерами линий связи могут служить коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС). Близким является понятие канала (канала связи), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.

Типы сетей

Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM — Time Division Method), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM — Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот. В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах), объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычислительная сеть (ЛВС или LAN — Local Area Network) имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети. При этом топология
соединений узлов (рисунок 3.2) может быть шинная (bus), кольцевая (ring), звездная (star). Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.

а — шинная; б — кольцевая; в — звездная

Рисунок 3.2 – Варианты топологии локальных вычислительных сетей: