Лекции по основам автоматизированного проектирования

Лекции по основам автоматизированного проектирования

Электрооборудования

Составитель доцент кафедры ЭО Шакирзянова Н.Ш.

Общие сведения о САПР

 

Определяющая роль в решении сложных проблем, встающих перед человечеством в настоящее время, отводится информационным технологиям.

Среди информационных технологий автоматизация проектирования занимает особое место. 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, есть примеры применения мейнфреймов. 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, 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 требуются практически любому инженеру-разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными вследствие как больших материальных и временных затрат на проектирование, так и невысокого качества проектов.

Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в нашей стране относится к началу 60-х годов прошлого века. 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 компьютерной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта. Одной из главных тенденций развития стала информационная интеграция САПР с другими промышленными автоматизированными системами в русле CALS-технологий.

К настоящему времени создано большое число программно-методических комплексов для САПР с различной 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.

Определение САПР

 

САПР – представляет собой организационно техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации и выполняющую автоматизированное проектирование.

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

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

1. Техническое обеспечение

Представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. Делится на группы:

а) средств программной обработки данных (процессор, ЗУ);

б) средства подготовки и ввода данных (клавиатура, дисплей);

в) средства отображения и документирования данных (клавиатура, дисплей);

г) средство архива данных (внешние ЗУ);

д) средства передачи данных между ЭВМ и терминалами (вычислительные сети).

 

2. Математическое обеспечение

Состоит:

- из математических моделей проектируемых объектов;

- из методов и алгоритмов выполнения проектных операций и процедур.

Математическое обеспечение делится также на инвариантное и специальное:

а) инвариантное - применимое ко многим, к нему относятся принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиск экстремума и т.д. Например МАТСАD.

б) специальное отражает специфику объекта проектирования. Например при проектировании ЭВМ это системное проектирование, функционально- логическое проектирование, схемотехническое проектирование, проектирование компонентов, конструкторское проектирование.

 

3. Программное обеспечение (ПО)

Делится на:

а) общесистемное программное обеспечение

Оно предназначено для организации функционирования технических средств, для планирования и управления вычислительным процессом, распределения имеющихся ресурсов и представлено операционными системами. Общесистемное программное обеспечение создается для многих приложений и специфику проектирования объекта не отражает;

б) базовое программное обеспечение

Оно составляет программы, обеспечивающие правильное функционирование прикладных программ;

в) прикладное программное обеспечение

В нем реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Прикладное программное обеспечение имеет форму пакета прикладных программ (ППП), каждый из которых обслуживает определенный этап проектирования, либо группу однотипных задач на различных этапах

Структура ПО:

 

 

ОС ЭВМ

Мониторная система

СУБД

ППП ППП ППП

 

4. Информационное обеспечение (ИО)

Оно объединяет все возможные данные необходимые для выполнения автоматизированного проектирования. Это документация на машинных носителях, данные справочного характера, данные о типовых решениях, в том числе и данные о проектных решениях и т.д.

Основой ИО является банк данных – совокупность средств для централизованного накопления и коллективного использования данных в САПР. Банк данных состоит из базы данных и СУБД (системы управления базовых данных). База данных – это сами данные, находящиеся в запоминающих устройствах ЭВМ и организованные в соответствие с типом СУБД. СУБД – это совокупность программных средств обеспечивающих функционирование баз данных. С помощью СУБД производится запись данных в базу данных, выборки данных по запросу пользователя и программ обеспечивающих защиту данных от несанкционированного доступа. Возможные типы баз данных: иерархическая, сетевая и реляционная.

 

5. Лингвистическое обеспечение

Оно представляет совокупность языков, применяемых для описания процедур проектирования и проектных решений. Различают языки программирования и проектирования.

Языки программирования – это средства разработчика САПР. Это языки ассемблера, Фортран, ПЛ/1, АДА, бейсик, СИ, Паскаль, С, С++, Java и др.

Языки проектирования, которые относятся к средствам пользователя САПР. Среди них выделяют входные языки, которые служат для описания исходной информации об объектах и задачах проектирования (ЯОО и ЯОЗ). ЯОО – языки описания проектируемого объекта, они делятся на графические и схемные. ЯОЗ – языки описывается заданий.

Выходные языки для выражения результата проектирования.

Языки сопровождения для корректировки и редактирования данных при выполнении проектных процедур.

Языки обмена данными между техническими средствами САПР.

6. Методическое обеспечение

В него входят документы характеризующие состав, правила отбора и эксплуатации средств САПР.

Допускается более широкое истолкование методического обеспечения как совокупность математического, лингвистического обеспечений и названных документов.

7. Организационное обеспечение

В него входят инструкции, положения, приказы, штатное расписание и т.д. регламентирующие организационную структуру подразделения проектной организации и взаимодействия этого подразделения со средствами САПР.

Цели создания САПР.

 

1. Повышение качества и технико-экономического уровня проектируемого объекта достигается:

а) с помощью использования метода многовариантного проектирования и оптимизации;

б) с помощью повышения роли творческого труда и снижения рутинных работ;

в) повышением качества проектной документации.

2. Сокращение сроков проектирования и трудоемкости:

- за счет автоматизации рутинных работ: вычерчивания чертежей, ведение текстовой и табличной информации и т.д.

3. Уменьшение стоимости проектных работ:

- за счет уменьшения численности персонала, либо с тем же персоналом, но за более короткий срок;

- замена частично натурных испытаний моделированием.

 

Общие положения

 

Проектирование представляет собой лишь всесторонне зависимую часть замкнутого цикла обновления, который состоит в последовательной возвратно- поступательной смене этапов.

 

Цели обновления

Эксплуатация Законы развития Средства достижения цели -

объекты проектирования

Производство Проектирование

 

 

Цикл обновления

 

Цели обновления – инициирующий этап. На этом этапе идет формирование новых целей деятельности человека, подготовленных объективным развитием событий и обобщением накопленного опыта в конкретных областях материального производства.

Средства достижения цели – объекты проектирования (всевозможные конструкции, изделия, системы, которые существуют в воображении или на бумаге).

Проектирование – процесс исчерпывающего обоснования и описания объекта проектирования.

Жизненный цикл изделия это время от возникновения идеи создания изделия до снятия его с эксплуатации.

 

Цели проектирования

 

Цель проектирования ожидаемый результат деятельности. Сначала формируется общая цель. Она допускает многовариантное развитие событий в данном направлении. После формирования общей цели строится «дерево целей» (иерархического графа целей).

 

 

Общая цель Цели 1-го уровня Цели 2-го уровня

 

 

Цели n-го уровня

Процесс декомпозиции общей цели продолжается до нижнего уровня соответствующего конструктивным целям. Это уже конкретные цели, например тактико-технические требования к объектам проектирования или технические задания на проектирование изделия и т.д.

Целеполагание, его декомпозиция и связная логическая увязка всех компонентов – сложный творческий процесс, требующий большую работу по обобщению накоплению опыта, выявление и прогноз закономерностей развития в определенной сфере материального производства. Необходимо обработать большой объем информации. Для этого требуются использование средств автоматизации.

 

Объекты проектирования

 

Объекты проектирования это будущие средства достижения цели: конструкции, процессы, системы и т.д. В процессе проектирования идет уточнение объекта проектирования от качественного описания до проекта. При этом имеет место единство цели, объекта и процесса проектирования.

Необходимая стадия проектирования – формализация описания и моделирования объекта проектирования.

Различают три вида формального описания объекта: функциональное, морфологическое, информационное.

Функциональное описание дает характеристику назначения объекта проектирования через его функциональные характеристики. Например для самолета это: подъемная сила, тяговые усилия, управление и т.д.

После описания функций определяют структуру объекта для реализации этих функций. В результате объект проектирования становится сложной системой, состоящей из подсистем, агрегатов, узлов, элементов и т.д.

Описание устройств объектов, их структур, геометрий называют морфологическим описанием.

Задача функционального и морфологического описания объектов проектирования связана с использованием и переработкой значительных потоков информации. Под информацией об объекте понимают сведения, сообщения, документы (схемы, чертежи, описания и т.д.), сигналы. Это информационное описание объекта.

Объект проектирования – сложная система. Он может быть описан в виде иерархического дерева (иерархические уровни).

 

 

1-й уровень

 

 

2-й уровень

 

n-й уровень

 

 

На 1-ом уровне сложный объект S рассматривается как система S из n элементов (взаимосвязанных и взаимодействующих). Каждая из этих подсистем S_j на 2-ом уровне тоже рассматривается как сложная система, состоящая из m_j элементов.

Как правило, выделение элементов происходит по функциональному признаку и подобное разделение продолжается до получения на n-ом уровне элементов, которые не делятся. Это базовые элементы.

Такой блочно-иерархический подход позволяет распределить работы по проектированию сложных объектов между подразделениями.

Пример:

- базовые элементы: интегральные микросхемы, резисторы, конденсаторы, транзисторы и т.д.;

- функциональные узлы: усилители, вторичные источники питания, сумматоры и т.д.;

- функциональные схемы: процессор, ОЗУ, передатчик и т.д.

- электронные системы: система управления, ЭВМ и т.д.

 

Процессы проектирования

 

Проектный процесс развивается во времени и делится на стадии, этапы, проектные процедуры и операции. При проектировании выделяют следующие стадии:

1. Предпроектные исследования

На этой стадии проектная организация ведет исследования, которые включают постановку проблемы и формирование общей цели проектирования, иерархическую декомпозицию общей цели, функции и принципов построения объектов проектирования.

2. Разработка технического задания (ТЗ)

ТЗ – исходный документ для начала процесса проектирования и обязательный при приемке изделия. ТЗ должен содержать полные исходные данные и требования к объекту проектирования. ТЗ разрабатывается разработчиком проекта на основе предпроектных исследований и требований заказчика. Затем оно согласуется с пользователем;

3. Разработка технических предложений

На этом этапе ставится цель – выбор рационального варианта объекта проектирования с учетом ТЗ и включает:

1) анализ процессов проектирования;

2) выявления возможных вариантов структуры изделия, в частности на уровне подсистем;

3) выбор рационального варианта;

4) технико-экономическое обоснование выбранного варианта;

5) составления дополнительных требований к ТЗ.

Первые три стадии являются стадиями научно-исследовательских разработок (НИР).

Понятие о CALS-технологиях

CALS-технологии определяют как технологии комплексной компьютеризации сфер промышленного производства, цель которых - унификация и стандартизация спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла. Основные спецификации представлены проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документацией. В CALS-системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в компьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте с возможностью их правильной интерпретации.

Главная задача создания и внедрения CALS-технологий - обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные CAE/CAD/CAM-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

CALS-технолопш зародились в недрах военно-промышленного комплекса США в 80-е годы прошлого века в связи с планами США в области стратегической оборонной инициативы (СОИ). Поэтому неудивительно, что среди имеющихся CALS-стандартов фигурирует большое число стандартов и рекомендаций DoD (министерства обороны США). Для реализации планов СОИ требовались совместные усилия многих промышленных компаний и предприятий в проектировании, производстве и логистической поддержке сложных изделий, а это означало необходимость унификации представления данных об изделиях. Было осознано, что для взаимодействия АС разных предприятий нужна унификация не только формы, но и содержания (семантики) проектной, технологической, эксплуатационной информации о совместно производимой продукции. Другими словами, требовалось создание единой информационной среды взаимодействия всех крупнейших фирм американского военно-промышленного комплекса.

Оказалось, что это чрезвычайно сложная проблема, решение которой требует длительной и многосторонней проработки в масштабах, выходящих за пределы одной страны. Выяснилось также, что создание единой информационной среды требуется не только для уникальных программ типа СОИ, но и для производства любых сложных систем, в первую очередь военной техники, если их производство основано на взаимодействии многих предприятий.

В связи с возникшими практическими потребностями рядом комиссий и комитетов в рамках международных организаций были начаты работы по

созданию информационных технологий взаимодействия предприятий и выражающих их международных стандартов. Так, например, в ISO (International Standard Organization) этими вопросами занимается подкомитет SC4 комитета ТС 184. В SC4 имеется несколько рабочих групп, занимающихся конкретными сериями стандартов. В настоящее время в ведущих индустриальных странах мира созданы национальные органы, координирующие работу в области CALS-технологий. В международном масштабе развитием CALS, помимо ISO. занимаются такие организации, как ICC (Международный CALS конгресс), EIA (Electronics Industry Association), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и др. В России в рамках Госстандарта создан комитет № 431 «CALS-технологии».

В 90-х годах прошлого века разработан и к настоящему времени принят ряд серий международных стандартов, представляющих CALS-технологии, среди которых наиболее значимы стандарты ISO-10303 STEP {Standard for Exchange of Product Data). В контрактах, заключаемых на поставку зарубежным заказчикам военной техники, требования к изделиям и документации на них, как правило, формулируются с позиций международных CALS-стандартов и стандартов DoD (последние имеют префикс MIL).

Терминология в области CALS еще окончательно не установилась. Так, первоначально аббревиатура CALS расшифровывалась как Computer Aided Logistics Systems, т. е. автоматизированная логистическая поддержка. Поскольку под логистикой обычно понимают дисциплину, посвященную вопросам снабжения и управления запасами, а функции CALS намного шире и связаны со всеми этапами жизненного цикла промышленных изделий, стали применять более соответствующую предмету расшифровку CALS - Continuous Acquisition and Lifecycle Support. В России CALS-технологии называют ИПИ-технологиями (информационная поддержка изделий).

Развитие CALS-технологий стимулирует образование виртуальных производств, при которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими организационно автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологии следует отметить легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др. Ожидается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне CALS-технологии.

Проблематика CALS-технологии имеет ряд аспектов. По аналогии с аспектами автоматизированного проектирования целесообразно эти аспекты называть видами обеспечения CALS и выделять лингвистическое, информационное, программное, математическое, методическое, техническое и организационное виды обеспечения CALS

К лингвистическому обеспечению относятся языки и форматы данных о промышленных изделиях и процессах, используемых для представления и обмена информацией на этапах жизненного цикла изделий.

Информационное обеспечение составляют базы данных, включающие сведения о промышленных изделиях, используемые разными системами в процессе проектирования, производства, эксплуатации и утилизации продукции. В состав информационного обеспечения входят также серии международных и национальных CALS-стандартов и спецификаций.

Программное обеспечение CALS представлено программными комплексами PLM. предназначенными для поддержки единого информационного пространства этапов жизненного цикла изделий. В состав PLM могут входить системы управления документами и документооборотом, управления проектными данными (PDM). взаимодействия предприятий в совместном электронном бизнесе (СРС). подготовки интерактивных электронных технических руководств и некоторые другие. Иногда термин «комплекс PLM» трактуют не только как программное обеспечение поддержки взаимодействия различных автоматизи­рованных систем проектирования и управления, но и считают сами эти системы входящими в ПО PLM.

Математическое обеспечение CALS включает методы и алгоритмы создания и использования моделей взаимодействия различных систем в CALS-технологиях. Среди этих методов в первую очередь следует назвать методы имитационного моделирования сложных систем, методы планирования процессов и распределения ресурсов.

Методическое обеспечение CALS представлено методиками выполнения таких процессов, как параллельное (совмещенное) проектирование и произ­водство, структурирование сложных объектов, их функциональное и информационное моделирование, объектно-ориентированное проектирование, создание онтологии приложений.

К техническому обеспечению CALS относят аппаратные средства получения, хранения, обработки, визуализации данных при информационном сопровождении изделий. Взаимодействие частей виртуальных предприятий, систем, поддерживающих разные этапы жизненного цикла изделий, происходит через линии передачи данных и сетевое коммутирующее оборудование.

Наконец, организационное обеспечение CALS представлено различного рода документами, совокупностью соглашений и инструкций, регламентирующих роли и обязанности участников жизненного цикла промышленных изделий.

 

Структурные модели

Структурные модели отражают взаимное расположение и наличие связей между элементами объекта проектирования. Наибольшее распространение в САПР находят структурные модели в виде графов. Достоинствами – графовых моделей являются простота и наглядность представления структуры объекта в виде графа, возможность постановки большого числа различных формальных задач на графах, простота представления графов в ЭВМ.

Граф – это множество вершин X= {x1, …, xi, …, xn} и множество ребер

U= {u1, …, uj, …,um}, соединяющих вершины. Каждое ребро uj есть пара вида (х_i,x_j). Вершины связанные ребром, называются смежными. Наличие ребра между вершинами xi и x_j означает наличие связи между элементами

xi и x_j (логическую, электрическую, механическую). Кроме связей важно бывает предоставить направление этой связи. Направление моделируется ребром со стрелкой – это ориентированный граф. Если есть несколько связей между вершинами, то это мультиграф.

Часто необходимо задать дополнительную информацию о ребрах или вершинах (например, расстояние). Эта дополнительная информация задается с помощью цифровых меток, которые присваиваются рёбрам или вершинам. Метки называются весами, а граф – называется взвешенним.

Для представления графа в ЭВМ удобно использовать специальные матрицы – смежности и инцидентности (Bn×m)

Матрица смежности А – квадратная размерности n с элементами a_ij определяемыми по следующему правилу:

Матрица инцидентности В – прямоугольная матрица размерности nxm, элементы в_ik которой находятся по следующему правилу:

Бинарный характер матриц А и В позволяет экономно записывать матрицы в память ЭВМ, отводя на каждый элемент по одному двоичному разряду машинного слова. Это дает возможность хранить и обрабатывать матрицы очень большой размерности.

Путем или маршрутом в графе называется последовательность смежных ребер вида....(х_i,x_j), (х_j,x_k),(х_k,x_l).....Цепью называется маршрут, в которой нет повторяющихся ребер. Циклом называется замкнутая цепь. Граф, у которого нет циклов, называется ациклическим (деревом).

 

Геометрические модели

 

Это модели, которые с определённой точностью описывают геометрические свойства проектируемого объекта. Геометрические свойства – это пространственное отношение и формы (фигуры). В геометрии понятие пространство и фигуры определяется исходя из понятия множества. Пространство определяется как множество каких-либо элементов (точек), а фигура определяется как произвольное множество точек в данном пространстве.

В САПР используется математическое представление геометрической модели. Наука, которая занимается этим – инженерная (прикладная) геометрия. При геометрическом моделировании объект проектирования предстаёт как геометрический объект (ГО). Для любого геометрического объекта можно определить совокупность независимых условий, однозначно задающих этот объект, то есть позволяющие для любой точки пространства установить, принадлежит эта точка объекту или нет. Такую совокупность независимых условий называют определителем геометрического объекта. В число условий входят геометрические фигуры (точки, линии, поверхности,) и определённая последовательность действий, посредством которых из этих геометрических фигур можно построить данный геометрический объект. Эта последовательность действий называется алгоритмом воспроизведения данного геометрического объекта.

Количественно геометрический объект характеризуется параметрами. При выделении параметров важно учитывать области их существования, например, для треугольника числа, выражающие длины сторон, всегда больше нуля и сумма двух чисел больше третьего числа.

Для описания геометрической фигуры необходимо выделить параметры двух типов – формы и положения. Параметры формы характеризуют размеры и форму геометрической фигуры, они не изменяются при изменении положения фигуры в пространстве; параметры положения характеризуют положение геометрической фигуры в пространстве. Параметризация формы производится в системе координат, которая связана с самой фигурой и перемещается вместе с ней. Параметризация положения фигуры производится в системе координат независимо от фигуры.

При описании геометрического объекта различают подмножества граничных точек – поверхность геометрического объекта; и подмножество внутренних точек – тело геометрического объекта.

Геометрические объекты бывают сложной формы и сложной структуры. Геометрические объекты сложной формы – это те, у которых поверхность сложного характера (например, корпус судна, автомобиля). Геометрические объекты сложной структуры – состоящие из нескольких ГО.

В автоматизированном проектировании известны два основных подхода к геометрическому модулированию:

Первый подход состоит в том, что выделяется некоторый набор геометрических фигур, которые в данном классе задач считаются элементарными (базовыми). Наряду с геометрическим набором вводится набор действий – геометрических операций над этим набором. Геометрический объект в этом случае называется составным (конструктивным).

Второй подход непосредственное описание и воспроизведение геометрических свойств объекта без использования вспомогательных, заранее заготовленных фиксированных фигур. В этом случае непосредственно описывается закон образования геометрического объекта как множество точек, обладающих соответствующими свойствами.

Подход, основанный на «прямом» моделировании геометрического объекта, в зависимости от способа формирования можно разделить на кусочно-аналитические и алгебро-логические модели объекта.

В кусочно-аналитических моделях поверхность объекта представляется отдельными кусками гладких поверхностей, называемыми гранями. Каждая грань задаётся своим уравнением поверхности и границами грани. Рёбра геометрического объекта или границы грани есть линии пересечения поверхностей, ограничивающие геометрический объект. Точки пересечения рёбер называются вершинами.

Существует три вида моделей: стержневая, оболочная и объемная.

Стержневая модель геометрического объекта позволяет весьма просто дать форму изображения проектируемого объекта путём построения проволочно-каркасной модели геометрического объекта. В такой модели описываются только рёбра и вершины геометрического объекта, грани не описываются (рис.1а).Ребра представлены в виде стержней, соединенных в узлах (вершинах 1,2,3....). Основными уравнениями для описания такой модели являются уравнения прямой линии в трехмерном пространстве. Такая модель является подмоделью, но она позволяет оперативно осуществлять вывод изображения геометрического объекта, а также выполнять такие операции, как построение аксонометрических и перспективных проекций.

Математическое описание моделей такого рода сравнительно простое, что обуславливает высокое быстродействие программного обеспечение. К недостаткам таких моделей следует отнести сложность или невозможность представления внутреннего облика объекта, построения произвольных его разрезов и сечений.

 

Геометрические модели объекта

а – стержневая; б - оболочечная

Оболочечная модель объекта (рис.1б), основана на представлении внешнего облика объекта в виде совокупности поверхностей, являющихся гранями модели (А, Б, В...). Линии пересечения поверхностей образуют ребра модели.

Такая модель описывается системой уравнений поверхностей и может быть использована для моделирования внешнего облика объектов любой формы. Основной ее недостаток невозможность представления внутреннего облика объекта, построение его разрезов и сечений.

Наиболее современной моделью, нашедшее широкое применение в САПР, является объемная (твердотелая модель). Общепринятым порядком моделирования твердого тела является последовательность выполнения булевых операций (объединение, вычитание и пересечение) над объемными элементами (сферы, призмы, цилиндры, конусы, пирамиды и т.д.). Эти элементы описываются теми же уравнениями, что и поверхности оболочечной модели, однако объемные элементы считаются заполненными. Пример выполнения операций с объемными элементами показан на рис.2.

 

 

Рис.2. Операции с объемными элементами

 

 

Общая характеристика

Программное обеспечение (ПО) САПР - это совокупность программ, необходимыхдля обработки исходной информации по проектным алгоритмам, для управления вычислительным процессом, организации, хранения исходных и промежуточных данных.

Программное обеспечение подразделяется на общее и специальное.

Общее (ПО) слабо зависит от объекта проектирования и включает в себя:

1) операционные системы;

2) программное обеспечение вычислительной сети;

3) системы программирования;

4) обрабатывающие программы;

5) пакеты программ общего назначения;

6) комплекс программ диагностики и технического обслуживания.

Специальное программное обеспечение является программной реализацией алгоритмов решения конкретных задач и включает в себя:

1) ОС системы САПР