Глава 3. Состав и структура сапр

 

3.1. Компоненты и виды обеспечений САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР) — это органи­зационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автомати­зации проектирования (КСАП), взаимосвязанного с соответствующими подразделениями проектной организации и коллективом специалистов (пользователей системы) и выполняющая автоматизированное проектиро­вание.

Комплекс средств автоматизации проектирования — это совокупность различных видов (компонент) обеспечения автоматизированного проекти­рования, необходимых для выполнения проектных процедур в автомати­зированном режиме.

Существуют семь видов обеспечения автоматизированного проектиро­вания:

1. Техническое обеспечение — совокупность связанных и взаимодействующих технических (аппарат­ных) средств, используемых в САПР для обработки, хранения, пере­дачи информации, организации общения человека с ЭВМ, изготов­ления проектной документации.

2. Информационное обеспечение — совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описа­ния стандартных проектных процедур, типовых проектных реше­ний, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть информационного обеспечения САПР – это базы данных.

3. Лингвистическое обеспечение — совокупность языков, исполь­зуемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессах и средствах проектирования которой обмени­ваются пользователи САПР с ЭВМ и между собой в процессе авто­матизированного проектирования. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания.

4. Математическое обеспечение — совокупность математических моделей, методов, алгоритмов для решения задач автоматизирован­ного проектирования. Реализуется в программном обеспечении САПР. По назначению и способам реализации делят на две части:

- математические методы и построенные на них математические модели;

- формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.

5. Программное обеспечение — совокупность программ вместе с не­обходимой программной документацией предназначенных для ис­пользования в САПР. Подразделяется на общесистемное и прикладное.

6. Организационное обеспечение — совокупность документов, определяющих состав проектной организации, положения, инструкции, прика­зы платные расписания квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру под­разделений проектной организации и их взаимодействие с комплек­сом средств автоматизированного проектирования.

7. Методическое обеспечение — документы, в которых отражены со­став, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования. Иногда понятие методическое обеспечение расши­ряют, включая в него лингвистическое и математическое обеспече­ния.

В САПР как проектируемой системе выделяют также эргономическое и правовое обеспечения.

8. Эргономическое обеспечение объединяет взаимосвязанные требования, направленные на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических характеристик и возможностей человека с техническими характеристиками средств автоматизации и параметрами рабочей среды на рабочем месте.

9. Правовое обеспечение состоит из правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании САПР, и юридический статус результатов ее функционирования.

При проектировании объектов все виды (компоненты) обеспечения САПР функционируют во взаимодействии. Это можно представить в виде схемы, изображенной на рис 2.1.

 

Рис 2.1. Схема взаимодействия видов обеспечений САПР

3.2. Структурные единицы САПР

Для пользователя аппаратные и программные средства САПР высту­пают как единое целое, образуя инструмент проектирования. В нем можно выделить отдельные структурные единицы - комплексы программно-методические (ПМК) и программно-технические (ПТК), а также подсис­темы САПР.

Программно-методический комплекс — это взаимосвязанная сово­купность программного, информационного и методического обеспечения, необходимая для получения законченного проектного решения по объему проектирования или для выполнения определенных унифицированных процедур. Так как в программном обеспечении реализуется математиче­ское и лингвистическое обеспечение, то их также можно считать компо­нентами ПМК.

Различают ПМК общесистемные и базовые Общесистемные ПМК ин­вариантны к объектам проектирования и вместе с операционными систе­мами

ЭВМ являются операционной средой, в которой функционируют ба­зовые ПМК. Базовые ПМК могут быть проблемно-ориентированными и объектно-ориентированными в зависимости от того, реализуют ли они унифицированные проектные процедуры или специфические для опреде­ленного класса объектов.

В качестве примеров ПМК можно предложить ПМК оформления документации (проблемно-ориентированный), синтеза проектных решений при разработке БИС (объектно-ориентированный), моделирования и т.п.

Программно-технический комплекс (ПТК) — это взаимосвязанная совокупность программно-методических комплексов, объединенных по некоторому признаку, и средства технического обеспечения САПР. Ос­новные виды ПТК САПР автоматизированное рабочее место (АРМ), ра­бочая станция, центральный вычислительный комплекс Они включают в себя ЭВМ, комплект периферийных устройств и ряд ПМК для выполнения проектных маршрутов и процедур

Составными структурными частями САПР являются подсистемы. Под­система САПР — это выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая получение проектных решений и соответствующих про­ектных документов, обладающая всеми свойствами системы и создаваемая как самостоятельная система.

Подсистемы САПР по назначению делят на проектирующие и обслуживающие, а по отношению к объекту проектиро­вания - на объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные). Схема деления подсистем САПР представлена на рис. 2.2.

Процесс проектирования реализуется в подсистемах в виде определенной последовательности проектных про­цедур и операций. Проектная процедура соответствует части проектной подсистемы, в результате выполнения которой принимается некоторое проектное решение. Она состоит из элементарных проектных операции, имеет твердо установленный порядок их выполнения и направ­лена на достижение

 

Рис. 2.2. Схема деления подсистем САПР

 

локальной цели в процессе проекти­рования. Под проектной операцией понимают условно выделенную часть проектной процедуры или элементар­ное действие, совершаемое конструктором в процессе проектирования. Примерами проектных процедур могут служить процедуры разработки кинематической или ком­поновочной схемы станка, технологии обработки изделий и т. п., а примерами проектных операций — расчет при­пусков, решение какого-либо уравнения и т. п.

В большинстве САПР деление на проектирующие подсистемы связано с расчленением представлений об объектах проектирования на горизонтальные и вертикальные уровни. В каждой проектирующей подсистеме выполняются проектные операции и процедуры одного или нескольких родственных уровней.

К проектирующим относятся подсистемы, выполняю­щие проектные процедуры и операции, например:

· подсистема компоновки машины;

· подсистема проектирования сборочных единиц;

· подсистема проектирования деталей;

· подсистема проектирования схемы управления;

· подсистема технологического проектирования.

Примерами проектирующих подсистем в САПР ра­диопромышленности могут служить подсистемы структурного, функцио­нально-логического, схемотехнического и конструкторского проектирова­ния, в электронной промышленности — подсистемы функционально-логического и схемотехнического, проектирования компонентов и конст­рукторского проектирования. В САПР АСОИУ можно выделить такие подсистемы как структурного проектирования, проектирования информационного обеспечения, выбора КТС и т.п.

Обслуживающие подсистемы САПР предназначены для поддержания работоспособности проектирующих подсистем.

Примерами обслуживаю­щих подсистем являются банки данных, подсистемы графического отображения объектов проектирования, подсистемы документирования, подсистемы развития программ­ного обеспечения, мониторная система САПР, реализующая набор функ­ций управления работой САПР, таких как распределение ресурсов вычис­лительной системы, реализация заданных маршрутов проектирования, взаимодействие с внешней средой, в том числе диалоговое взаимодействие с пользователями и т.п.

Промежуточное положение между проектирующими и обслуживаю­щими подсистемами занимают полсистемы машинной графики, модели­рования объектов проектирования, ведения проектной документации.

Как ранее отмечалось, по отношению к объекту проектирования проек­тирующие подсистемы делят на объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные). Объектная подсистема САПР выполняет одну или несколько проектных процедур или операций, непо­средственно зависящих от конкретного объекта проектирования.

Приме­рами объектных подсистем в САПР самолетов могут служить подсистемы расчета прочности фюзеляжа самолета, подсистема расчета системы управления и т.п. Примерами объектных подсистем в САПР АСОИУ мо­гут служить подсистема проектирования оперативного управления разра­ботками на основе сетевых графиков, подсистема проектирования подсис­темы оперативного управления АСОИУ воздушным движением аэропорта и т.п.

Инвариантная подсистема САПР выполняет унифицированные проект­ные операции и процедуры, такие, например, как параметрическая опти­мизация проектируемых объектов разного назначения, статистический анализ имитационное моделирование систем массового обслуживания и т.п.

Понятие подсистемы САПР близко к понятию программно-технического комплекса САПР. Отличие состоит в том, что одна подсис­тема может при своем функционировании занимать ресурсы более чем од­ного программно-технического комплекса. В подсистеме могут использо­ваться один или несколько программно-методических комплексов, причем в процессе совершенствования подсистемы, те или иные ПМК или ПТК заменяются новыми с улучшенными характеристиками.

С учетом сказанного, можно составить типовую структурную схему САПР, включающую комплекс средств автоматизации проектирования системы в целом и ее подсистем, программно-технические и программно-методические комплексы, различные виды обеспечения. Типовая структурная схема САПР представлена на рис.2.3.

 

Рис. 2.3. Типовая структурная схема САПР

 

3.3. Классификация САПР

ГОСТ 23501.108-85 «Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначения» устанавливает следующие признаки классификации САПР:

- тип/разновидность и сложность объекта проектирования;

- уровень и комплексность автоматизации проектирования;

- характер и количество выпускаемых документов;

- количество уровней в структуре технического обеспечения.

Согласно этим признакам можно построить следующую схему классификации САПР (см. рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема классификации САПР

В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению.

По отраслевому назначению

■ MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, СATIА);

■ EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);

■ АЕС CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или СAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Piranesi, ArchiCAD).

По целевому назначению

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования

■ CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.

■ СADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.

■ CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.

■ CAE (англ. computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.

■ САА (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.

■ САМ (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем)). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.

■ САРР (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов применяемые на стыке систем CAD и САМ.

Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными или интегрированными.

С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модель изделия, которая используется в качестве входных данных в системах САМ, и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.