Технические средства комплексных интегрированных САПР

Переход от отдельных функциональных подсистем или локальных САПР к комплексным интегрированным САПР привел к возникновению САПР, техническая база которых основана на использовании локальных вычислительных сетей.

Структурные компоненты типовой САПР, выполненные в виде локальной вычислительной сети, делятся на три группы:

1) специализированные и неспециализированные рабочие станции;

2) ресурсы локальной сети передачи данных;

3) интерфейсы системы.

Типовая архитектура комплекса технических средств интегрированной САПР представлена на рис. 2.23.

Рабочая станция — это интеллектуальный терминал, обеспечивающий: 1) возможность предварительной обработки данных за

Рис. 2.23. Типовая схема комплекса технических средств интегрированной САПР

 

счёт собственных вычислительных ресурсов и 2) возможность доступа к центральной ЭВМ или вычислительной сети. Состав рабочих станций (РС) в САПР зависит от специфики объектов и этапов проектирования.

Специализированные РС имеют в своём составе специализированные периферийные устройства и должны содержать на внешних запоминающих устройствах рабочие версии соответствующих разделов программных средств, например, подсистем документирования или визуализации.

Неспециализированные рабочие станции могут для каждого сеанса изменять состав средств взаимодействия "проектировщик — виртуальная машина" автоматизированного проектирования, а также средств прикладного программного обеспечения, получая их от администратора сети и от процессора баз данных соответственно.

Специализированная локальная сеть передачи данных — это специализированный компонент САПР, обеспечивающий эффективный обмен данными между абонентами локальной вычислительной сети (ЛВС) САПР.

Интерфейсная система — специализированный компонент САПР, обеспечивающий обмен данными с другими сетями и абонентскими системами, содержащими технологическое, испытательное и другое оборудование.

Рассмотрим назначение и основные функции комплексной САПР.

Неспециализированная рабочая станция реализует набор задач, доступный процессорам с ограниченной вычислительной мощностью, и используется в качестве интеллектуального терминала главного процессора САПР.

Станция центрального (главного) процессора — неспециализированный компонент САПР, ориентированный на реализацию запросов, требующих значительных вычислительных ресурсов.

Станция процессора баз данных — специализированный компонент САПР, обеспечивающий ведение и доступ рабочих станций и главного процессора к общей базе данных САПР, хранящей информационные ресурсы и прикладное программное обеспечение всех подсистем САПР.

Графическая рабочая станция — специализированная рабочая станция, обеспечивающая решение задач интерактивной машинной графики, доступных процессорам с ограниченной вычислительной мощностью. Используется в качестве интеллектуального графического терминала для ввода и редактирования больших объёмов графической информации.

Текстовая рабочая станция — специализированная рабочая станция, обеспечивающая автономное решение задач ввода, редактирования и печати текстовой документации на проектируемые изделия.

Служебная станция — специализированная рабочая станция, обеспечивающая контролируемый ввод и модификацию программных и информационных ресурсов в общей базе данных САПР. Используется в качестве интеллектуального терминала станции администратора САПР.

Станция администратора САПР — специализированная рабочая станция, обеспечивающая управление конфигурацией, доступом, ресурсами и процессами виртуальной машины автоматизированного проектирования.

Особенность рассмотренной архитектуры заключается в независимости числа реальных (физических) процессоров САПР от числа функционально–ориентированных логических (виртуальных) процессоров. Число физических процессоров может быть равно, меньше (при совмещении функций, например, главного процессора и процессора баз данных) или больше (при использовании многопроцессорных баз данных, либо многопроцессорных систем) числа логических процессоров и в предельном случае быть равным одному. Поэтому сетевую конфигурацию можно рассматривать как типовую, из которой можно получить другие конфигурации как частные случаи.

Графические системы САПР

Средства машинной графики САПР образуют её графические системы. В графических системах САПР можно выделить две компоненты: базовую и прикладную.

Базовые графические системы (БГС) относятся к инструментальным средствам машинной графики. Они реализуют интерфейс между прикладными программами и графическими устройствами, обеспечивают инвариантность прикладных программных средств САПР к графическим устройствам, что позволяет достичь независимости прикладного ПО САПР по отношению к новым типам графических устройств. БГС обеспечивают также программирование задач, связанных с вводом, преобразованием и выводом графической информации. На состав функций БГС для двумерной области разработан стандарт — ядро графической системы (графическая корневая система ГКС).

Прикладные графические системы САПР ориентированы на решение конкретных графических и геометрических задач. Прикладные графические программы разрабатываются с помощью алгоритмических языков, специализированных графических языков, и в них средствами БГС обеспечивается выход на графические устройства. Важное значение для САПР имеет подсистема геометрического моделирования, которая является частью прикладного программного обеспечения графической системы. Эта подсистема обеспечивает формирование, хранение и модификацию геометрической модели объекта в трёх– и двухмерном пространствах.

В САПР можно выделить два вида построения графических систем: 1) ориентированных на чертёж и 2) ориентированных на объект. Системы, ориентированные на чертёж, обеспечивают необходимые условия для создания конструкторской документации. В таких системах создаётся не объект (деталь, узел), а графический документ — чертёж.

В настоящее время системы, ориентированные на чертёж, постоянно утрачивают своё значение и заменяются на системы, ориентированные на объекты.

Более сложными являются интерактивные графические системы, которые предназначены для выполнения расчётно-графических работ и позволяют конструктору формировать геометрические модели объекта проектирования (ОП) — пространственные и плоскостные, накапливать и хранить эти модели, получать графическую конструкторскую документацию (КД), редактировать модели и чертежи. Примером такой системы является система для выполнения расчётно-графических работ по созданию радиоэлектронных комплексов (РЭК).

В состав этой системы входят следующие подсистемы (рис. 2.24):

— формирования пространственной (трёхмерной) геометрической модели ОП(ППМ);

— формирования плоскостной (двухмерной) геометрической модели ОП (ППЛМ);

— формирования графической модели ОП (ПГМ);

— организации данных (ПОД);

— расчётных задач (ПРЗ);

— построения изображений трёхмерных геометрических объектов (ППТИ);

— монитор графической системы (МГС);

— базовая интерактивная графическая система (БИГС);

— обучающая подсистема пользователей (ОПП).

8.4. Прикладное программирование графических систем

Прикладное программирование графических систем осуществляют с помощью пакетов прикладных программ. В настоящее время производятся разнообразные пакеты прикладных программ (ППП) для построения чертежей. ППП ориентированы на пользователя, предоставляя ему удобные средства для диалога, не требуя знания языков программирования.

Графический ППП находится под управлением операционной системы персонального компьютера или графической станции. Пользователь общается с ЭВМ (с системой) при помощи языка команд, интерпретируемых специальными управляющими программами. Команды оформляются в виде полных или сокращенных слов и являются элементами списков типа “меню”.

 

 

Рис. 2.24. Схема функциональной структуры графической системы САПР

 

В настоящее время наиболее популярным средством автома­тизации проектирования в машиностроении (а также в строи­тельстве) для ПЭВМ является система AutoCAD фирмы "Autodesk" (США).

AutoCAD (далее ¾ Автокад) позволяет создавать геометрические модели объектов на плоскости и в пространстве. В каждой новой версии системы появляются все более мощные средства для мо­делирования в пространстве.

Чертежи, полученные с использованием системы Автокад, могут подвергаться фрагментации с использованием окон для более подробной проработки. Содержимое окна может быть увеличено до размеров экрана. Если изображение не помещается целиком на экране, его можно выводить частями.

Во всех случаях, когда при формировании изображения используют одинаковые элементы, создают их библиотеку.

Конструктору часто приходится работать с графическими элементами, размещение и размеры которых еще не выбраны. В этом случае используют средства построения изображений с помощью “эластичных” объектов.

Автокад позволяет выполнить операции вращения элементов конструкции. Поворот производится с шагом в один градус. Кроме того, возможно перемещение объекта.

Для графического ввода в этой системе в основном используют электронный планшет, клавиатуру и мышь.

Система Автокад позволяет создавать достаточно сложные чертежи. Она обеспечивает до 127 сечений объектов. Любое из сечений может быть выведено на экран или стерто. Система позволяет вычислять расстояния между точками и площадь фигур.

Пользователь может создавать из имеющихся команд и исходных данных составные команды.

Использование системы Автокад позволяет получать чертежи тремя способами:

· графического редактирования;

· графического программирования;

· параметризации.

Графическое редактирование наиболее близко к тому стилю работы, к которому привык конструктор: обычный кульман с набором чертежных инструментов здесь заменяется “электронным кульманом”.

Основу системы Автокад составляет графический редактор (редактор ACAD). Эта компонента системы является основной при построении чертежей. Используя графический редактор, конструктор каждую линию чертежа должен провести сам, как он это делал вручную, но только с применением новых инструментов (электронный кульман). Эффект при работе с редактором может быть получен при создании полностью нового чертежа за счет: “печати” текстовой части вместо вырисовывания букв; полуавтоматической простановки размеров; штриховки (наиболее заметный эффект); простановки условных обозначений, вычерчивания рамки и штампа, если эти графические элементы уже были созданы ранее.

Графическое программирование является другим способом автоматизации чертежно–графических работ.

Получение чертежей с использованием графических программ значительно отличается от работы как за электронным, так и за обычным кульманом. В этом случае программа обеспечивает ввод исходных данных для построения, которое может быть осуществлено различными пакетами или программами подготовки данных (экспертные системы, базы данных, электронные таблицы). Затем выполняется графическое построение деталей изделия. В этом случае конструктор может не владеть в полном объеме средствами графического пакета. Достаточно знания его использования для требуемых построений. Эффект в режиме работы с использованием графических программ обеспечивает сокращение работы конструктора в несколько раз и даже в десятки раз (в зависимости от чертежа). Для этого необходима предварительная подготовка программы на одном из языков программирования, например Автолиспе, на создание которой затраты времени значительно превосходят время при разработке чертежа в режиме графического редактора.

Параметризация. Система параметризации обеспечивает третий способ получения чертежей с помощью ЭВМ. Этот способ можно рассматривать как промежуточный между графическим редактированием и графическим программированием. В этом случае построение чертежа выполняют с использованием условных переменных, значения которых могут быть определены на любой стадии конструирования, а также переопределены уже в готовом чертеже. Это позволяет получить новые чертеж изделия или проектную документацию, изменив тот или иной параметр прямо на чертеже.

Известны и другие графические системы, например, CADplan – ППП, выпускаемый фирмой “PERSONAL CAD SYSTEMS”, который может использоваться на компьютерах типа IBM PC. Для построения изображений здесь используют самостоятельный пакет CADdraft. В библиотечных наборах этой системы хранится множество элементов, часто используемых при построении чертежей и набросков.

Представляет значительный интерес система КОМПАС–ГРАФИК 5.х акционерного общества АСКОН (Россия), которая реализует работу в режиме графического редактирования с расширенными возможностями. В состав системы КОМПАС–ГРАФИК 5.х входят:

- чертежно-конструкторский редактор КОМПАС–ГРАФИК;

- библиотеки параметрических изображений типовых элементов проектирования (например, гидравлических, пневматических, кинематических и электрических схем) и даже целых проектов, количество которых постоянно увеличивается;

- системы расчётов (геометрических, на прочность, долговечность и др.); проектирования отдельных изделий (тел вращения, пружин, зубчатых передач);

- библиотеки архитектурно–строительных элементов и элементов технологической оснастки;

- библиотеки поддержки форматов различных графических файлов;

- средства разработки приложений КОМПАС–МАСТЕР.

Вся техническая документация, полученная в результате работы КОМПАС–ГРАФИК 5.х, полностью соответствует нормативным документам, действующим в России.

Наряду с КОМПАС–ГРАФИК 5.х существуют системы:

SolidWorks 99 Plus для параметрического твердотельного моделирования;

CamWorks для генерации управляющих программ станков с числовым программным управлением (ЧПУ);

COSMOS/Works для инженерных расчётов методом конечных элементов;

DesignWorks для анализа кинематических сборок, прочностных и тепловых расчётов;

Interactive PreAssembly 3.0 для определения порядка сборки изделия;

RevWorks для ввода пространственных координат объекта;

Spotlight/Vectory для перевода бумажных архивов в электронный вид и векторизации чертежей, изготовленных на твердых носителях;

КОМПАС–К3 для трехмерного моделирования;

САПР технологической подготовки процессов АВТОПРОЕКТ;

КОМПАС–ШТАМП для проектирования штамповой оснастки;

КОМПАС–ФОРМА, обеспечивающая разработку прессформ для литья из пластмасс;

PartAdsiver для анализа процессов литья из пластмасс;

"Полигон" система моделирования литейных процессов.

Система твердотельного параметрического моделирования SolidWorks разработана американской компанией SolidWorks Corporation. Это новая система конструирования среднего класса, базирующаяся на параметрическом геометрическом ядре ParaSolid, создана специально для использования на персональных компьютерах под управлением операционных систем Windows 95 и Windows NT.

SolidWorks даёт каждому конструктору возможность использовать на своём рабочем месте последние достижения CAD/САМ–технологий для разработки сложных деталей и сборок изделий машиностроения. При этом проектирование с помощью SolidWorks является для конструктора интуитивно простым и удобным, полностью соответствуя его привычным навыкам и методам работы. Открытая архитектура системы позволяет легко интегрировать ее с ведущими графическими, расчетными и технологическими системами.

Для управления технологическим процессом проектирования в условиях применения КОМПАС–ГРАФИК 5.х используют систему КОМПАС–МЕНЕДЖЕР, которая обеспечивает организацию совместной работы больших коллективов проектировщиков и даже нескольких коллективов над одним проектом. Результаты разработки в этом случае хранятся в виде электронных документов. При этом обеспечивается их хранение, упорядочение и санкционированный доступ к ним.

Технологический процесс разработки документации в условиях САПР требует использования, наряду с алгоритмическими языками программирования широкого применения, языков программирования, учитывающих особенности задач, решаемых в среде графических систем.