Министерство образования
и науки Российской Федерации
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт энергетики
и транспортных систем
Электромеханическое отделение
Отдел заочного обучения
РЕФЕРАТ
на тему: САПР
что это такое?_______________________________________
по дисциплине: САПР __________________________________________________
Выполнил:
студент гр. з 33214/22
_____________________/ Ковзелев М.С./
(И. О. Фамилия)
|
Проверил:
____________/ Хомицевич Н.А. /
(И. О. Фамилия)
|
Санкт-Петербург
2014г.
Содержание.
Предисловие……………………………………………………………………………………..3
Общие положения……………………………………………………………………………….4
Основные принципы создания САПР…………………………………………………………5
Цель создания САПР…………………………………………………………………………...6
Состав и структура САПР……………………………………………………………………...7
Отображение процесса проектирования
в программное обеспечение САПР……………...9
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………….……………………………….15
Предисловие.
Автоматизация проектирования занимает
особое место среди информационных технологий.
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-95/NT, 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 требуется практически любому инженеру-разработчику.
Компьютерами насыщены проектные подразделения,
конструкторские бюро и офисы. Работа
конструктора за обычным кульманом, расчеты
с помощью логарифмической линейки или
оформление отчета на пишущей машинке
стали анахронизмом. Предприятия, ведущие
разработки без САПР или лишь с малой степенью
их использования, оказываютс неконкурентоспособными
как из-за больших материальных и временных
затрат на проектирование, так и из-за
невысокого качества проектов.
Появление первых программ для автоматизации
проектирования за рубежом и в СССР относится
к началу 60-х гг. 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 машинной графики, повышения вычислительной
эффективности программ моделирования
и анализа, расширения областей применения
САПР, упрощения пользовательского интерфейса,
внедрения в САПР элементов искусственного
интеллекта.
К настоящему времени создано большое
число программно-методических комплексов
для САПР с различными 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.
Подготовка инженеров разных специальностей
в области САПР включает базовую
и специальную компоненты.
Общие положения.
Любое промышленное изделие (например,
автомобиль, подшипник, рельс и т.д.) имеет
два вида существования: внутри предприятия
(от проектирования до изготовления) и
вне его (с момента реализации и до истечения
срока эксплуатации в конкретных условиях).
Очевидно, что прежде чем изготовить некий
материальный объект (тот же автомобиль,
подшипник, рельс т. д.), проектировщик
(конструктор) должен наглядно изобразить
этот объект, который предметно еще не
существует, а является пока лишь продуктом
его интеллектуальной деятельности. Другими
словами, проектно-конструкторский процесс
определяет будущее изделие, необходимость
появления которого обусловлена объективными
предпосылками. Техническое творчество
тесно связано и с наукой, и с производством.
Конструктор обязан знать и использовать
данные основных физических, математических
и других научных дисциплин, должен учитывать
возможности современного производства.
Кроме того, техническое творчество в
функционально-эстетическом плане связано
с искусством, так как конструктор обязан
обеспечить своему изделию современный
дизайн.
Проектно-конструкторскую деятельность
в самом общем виде можно условно разделить:
• на проектирование
— творческое предопределение будущего
технического устройства или технологического
метода, при котором расчетами, эскизами
или экспериментально делается предварительная
проработка;
• результат —
обоснование для последующего
конструирования устройства пли
разработки метода;
• конструирование
— определение посредством изображения
замысла технического устройства;
• результат —
получение чертежей нового изделия
или нового
технологического процесса.
Конструирование, в свою очередь, разделяется
на два вида деятельности: эскизное проектирование
и оформление. При эскизном проектировании
(как правило, с использованием прототипов)
определяется принцип действия разрабатываемого
изделия, а при оформлении выполняется
полный комплект документации для его
изготовления.
Системы Автоматизированного Проектирования
— автоматизированная система, реализующая
информационную технологию выполнения
функций проектирования, представляет
собой организационно-техническую систему,
предназначенную для автоматизации процесса
проектирования, состоящую из персонала
и комплекса технических, программных
и других средств автоматизации его деятельности.
Также для обозначения подобных систем
широко используется аббревиатура САПР.
Основные принципы создания САПР.
Различные возможности и границы применения
вычислительной техники для автоматизации
проектирования определяются уровнем
формализации научно-технических знаний
в конкретной отрасли. Чем глубже разработана
теория того или иного класса технических
систем, тем большие возможности объективно
существуют для автоматизации процесса
их проектирования.
Применение ЭВМ при проектно-конструкторских
работах в своем развитии прошло
несколько стадий и претерпело
значительные изменения. С появлением
вычислительной техники был сделан
акцент на автоматизацию проектных задач,
имеющих четко выраженный расчетный характер,
когда реализовывались методики, ориентированные
на ручное проектирование. Затем, по мере
накопления опыта, стали создавать программы
автоматизированных расчетов на основе
методов вычислительной математики (параметрическая
оптимизация, метод конечных элементов
и т.п.). С внедрением специализированных
терминальных устройств появляются универсальные
программы для ЭВМ для решения как расчетных,
так и некоторых рутинных проектных задач
(изготовление чертежей, спецификаций,
текстовых документов и т.п.). В последние
годы большое внимание уделяется автоматизации
расчетно-конструкторских работ при проектировании
типовых узлов и агрегатов, когда синтез
конструкции проводится эвристический,
а основные параметры выбираются и оптимизируются
в интерактивном режиме диалога проектировщика
и ЭВМ.
Однако, на всех этих стадиях
автоматизации проектирования инженеру
помимо изучения инструкций по
эксплуатации и написанию программ
приходится познавать ряд по сути дела
ненужных ему подробностей системных
программ и языков программирования. Кроме
того, при использовании в проектировании
специализированных по объектам разрозненных
пакетов прикладных программ (ППП) инженер
вынужден каждый раз вновь кодировать
и вводить информацию согласно инструкции
ППП. Отмеченные недостатки приводят к
тому, что частичная («позадачная») автоматизация
не оказала существенного влияния на повышение
качества и производительности проектирования
технических систем и средств в целом.
Решение проблем автоматизации
проектирования с помощью ЭВМ
основывается на системном подходе,
т.е. на создании и внедрении
САПР — систем автоматизированного
проектирования технических объектов,
которые решают весь комплекс задач от
анализа задания до разработки полного
объема конструкторской и технологической
документации. Это достигается за счет
объединения современных технических
средств и математического обеспечения,
параметры и характеристики которых выбираются
с максимальным учетом особенностей задач
проектно-конструкторского процесса.
САПР представляет собой крупные организационно-технические
системы, состоящие из комплекса средств
автоматизации проектирования, взаимосвязанного
с подразделениями конкретной проектной
организации.
Цель создания САПР.
Под автоматизацией проектирования
понимают систематическое применение
ЭВМ в процессе проектирования
при научно обоснованном распределении
функций между проектировщиком и
ЭВМ и научно обоснованном выборе методов
машинного решения задач.
Цель автоматизации — повысить
качество проектирования, снизить
материальные затраты на него,
сократить сроки проектирования
и ликвидировать рост числа
инженерно-технических работников, занятых
проектированием и конструированием.
Научно обоснованное распределение
функций между человеком и
ЭВМ подразумевает, что человек
должен решать задачи, носящие творческий
характер, а ЭВМ — задачи, решение
которых поддается алгоритмизации.
Существенным отличием автоматизированного
проектирования от не автоматизированного
является возможность замены
дорогостоящего и занимающего
много времени физического моделирования
— математическим моделированием.
При этом следует иметь в виду одно
важнейшее обстоятельство: при проектировании
число вариантов необозримо. Поэтому нельзя
ставить задачу создания универсальной
САПР, а необходимо решать вопросы проектирования
для конкретного семейства машин.
Для создания САПР необходимо:
-совершенствовать проектирование
на основе применения математических
методов и средств вычислительной
техники;
автоматизировать процессы поиска,
обработки и выдачи информации;
-использовать методы оптимального
и вариантного проектирования,
применять эффективные, отражающие существенные
особенности, математические модели проектируемых
объектов, комплектующих изделий и материалов;
-создавать банки данных, содержащих
систематизированные сведения справочного
характера, необходимые для автоматизированного
проектирования объектов;
-повышать качество оформления
проектной документации;
-повышать творческую долю труда
проектировщиков за счет автоматизации
не творческих работ;
-унифицировать и стандартизовать
методы проектирования;
-подготавливать и переподготавливать
специалистов;
реализовывать взаимодействие с автоматизированными
системами различного уровня и назначения.
Комплекс средств автоматизации
проектирования включает методическое,
лингвистическое, математическое,
программное, техническое, информационное
и организационное обеспечение.
Состав и структура САПР.
Как и любая сложная система,
САПР состоит из структурных
единиц: программно-методических комплексов,
программно-технических комплексов
и подсистем.
Программно-методический комплекс
– взаимосвязанная совокупность
некоторых частей программного,
методического и информационного
обеспечения, необходимая для
получения законченного проектного
решения по объекту проектирования
или для выполнения определенных унифицированных
процедур.
Программно-технический комплекс
– взаимосвязанная совокупность
программно-методических комплексов,
объединенных по некоторому признаку,
и средств технического обеспечения
САПР. Понятие ПМК относится к программным
средствам, а понятие ПТК – к вычислительным
системам, объединяющим аппаратные и программные
средства и предназначенным для применения
в САПР.
Программно-методический и программно-технический
комплексы представляют собой промышленный
продукт, разрабатываемый, изготовляемый
и поставляемый для создания и развития
САПР на предприятиях заказчиков.
Подсистема САПР – это составная
структурная часть САПР, обладающая
всеми свойствами системы
и являющаяся самостоятельной системой,
способной реализовывать подцели, направленной
на достижение общей цели системы. 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. Проектирующие
подсистемы чаще всего являются объектно-ориентированными,
то есть содержание и порядок выполнения
реализованных в них проектных процедур
характерны и применимы только для данного
вида проектируемых объектов. Если номенклатура
однотипных проектируемых объектов широка,
то проектирующие подсистемы (или даже
САПР в целом) относят к инвариантным или
объектно-независимым.
Обслуживающие подсистемы обеспечивают
функционирование проектирующих
подсистем (например, подсистемы
графического отображения состояния
предмета производства, информационно-поисковые,
подсистемы формирования текстовых документов
и т.д.), их совокупность часто называют
- системной средой (или оболочкой) САПР.
Обслуживающие подсистемы могут быть
инвариантны ко многим видам объектов
проектирования, т.к предназначены для
выполнения унифицированных проектных
процедур и операций, например, хранения
и поиска информации, формирования проектной
документации. Вместе с тем такие подсистемы
создают для использования в вычислительных
комплексах САПР конкретного состава
и с определенными операционными системами.
Обслуживающими подсистемами являются
подсистемы управления проектными данными,
подсистемы разработки и сопровождения
программного обеспечения CASE (Computer Aided
Software Engineering), обучающие подсистемы для
освоения пользователя технологий, реализованных
в САПР.
Промежуточное положение между
проектирующими и обслуживающими
подсистемами в большинстве САПР
занимает подсистема машинной
графики. Понятие подсистемы САПР
близко к понятию программно-технического
комплекса САПР, однако имеются отличия.
Одна подсистема при своем функционировании
может занимать ресурсы более чем одного
программно-технического комплекса. В
подсистеме могут использоваться один
или несколько программно-методического
комплекса, причем в процессе совершенствования
подсистемы те или иные ПМК заменяются
новыми с улучшенными характеристиками.
Подсистемы
делятся на составляющие, которые
принято называть компонентами.
Лицо, участвующее в эксплуатации
САПР или использующее результаты ее эксплуатации
называют пользователем системы. Пользователь
обычно работает с системой на АРМ, основным
техническим средством которого является
персональный компьютер различной конфигурации.
Рабочее место может быть автономным или
входить в локальную сеть.
Структурирование САПР по различным
аспектам обусловливает появление
видов обеспечения САПР. Принято
выделять семь видов обеспечения
САПР:
- техническое, включающее различные
аппаратные средства (ЭВМ, периферийные
устройства, сетевое коммутационное оборудование,
линии связи, измерительные средства),
используемых в САПР для переработки,
хранения, передачи информации, организации
общения человека с ЭВМ, изготовление
проектной документации. Основу технического
обеспечения составляют ЭВМ, разные виды
периферийного оборудования – внешние
запоминающие устройства, устройства
ввода-вывода информации, технические
средства машинной -
- графики, аппаратура для связи
технических средств между собой
и с пользователями САПР. К техническому
обеспечению САПР относят также средства
организационной техники, различное измерительное
оборудование для получения данных, используемых
при проектировании.
- математическое, объединяющее математические
методы, модели и алгоритмы для выполнения
автоматизированного проектирования.
Математическое обеспечение реализуется
в программном обеспечении САПР.
- программное - совокупность программ
, представленных в заданной форме,
вместе с необходимой программной
документацией, предназначенная для использования
в САПР.
Отображение процесса проектирования
в программное обеспечение САПР.
Важнейшим вопросом при создании
САПР после формализации процесса
проектирования является вопрос
отображения проектно-конструкторской
деятельности инженера в программное
обеспечение.
В общем, виде процесс проектирования
в САПР можно упрощенно представить
схемой, показанной на рис. 1. Эта
схема отображает элементарную
ячейку проектно-конструкторского
процесса, из цепочки, которых состоит
реальный автоматизированный процесс.
Все системы проектирования, создаваемые
с помощью современных средств вычислительной
техники, являются автоматизированными.
Важнейшую роль в этих системах играет
человек-инженер, разрабатывающий проект
новых технических средств.
Человек в САПР решает все не формализованные
проектные задачи и задачи планирования
работ. Современная САПР является инструментом
высококвалифицированного инженера-проектировщика,
поэтому тесное взаимодействие человека
и ЭВМ в процессе проектирования — один
из важнейших принципов построения и эксплуатации
САПР.
Основным блоком в схеме процесса
автоматизированного проектирования
(рис. 1) является блок проектных
решений. В зависимости от полноты
формализации наших знаний в
конкретной предметной области
проектное решение может быть
выполнено автоматически или в интерактивном
режиме. На основе входных данных и ограничений
(независимые параметры проектирования)
блок изменяет варьируемые параметры
(факторы решения) до получения приемлемых
проектных решений (зависимых переменных).
Результаты проектирования должны
быть представлены в виде, удобном для
восприятия человеком, и содержать информацию,
на основе которой инженер мог бы вынести
суждение о результатах проектирования.
Если проектное решение утверждается,
то оформляется требуемая выходная
документация, если необходима корректировка
проекта, инженер, уточняя варьируемые
параметры, в интерактивном режиме добивается
нужных результатов, когда же проектно-конструкторский
процесс не приводит к намеченной цели,
необходимо уточнить входные данные и
ограничения.
Рассмотрение даже такой упрощенной
схемы процесса проектирования
позволяет уточнить разделение
функции между инженером и
ЭВМ в САПР. Получение вариантов
проектных решений и их представление
в виде, удобном для восприятия человеком,
может быть возложено на ЭВМ в той мере,
в какой это позволит сделать математическое
обеспечение проектных процедур. Но даже
при автоматическом получении вариантов
проектных решений за инженером остаются
важнейшие функции — ввод исходных данных
для проектирования, окончательная оценка
и утверждение проектных решении. В интерактивном
же режиме проектирования инженер непосредственно
участвует в ходе решения задач, воздействуя
на выбор факторов решения и уточняя независимые
переменные. Получение выходной документации
в соответствии с существующими требованиями
является операцией рутинной и должно
выполняться автоматически.
Обобщенная модель программного
обеспечения проектной процедуры
в САПР имеет ряд составляющих и списки
данных. В общем, виде каждая составляющая
должна реализоваться своим программным
модулем.
Назначение модуля формирования
входных данных состоит в создании
списка этих данных для проектирования
и его контроля при вводе в систему. Структура
и формат списка входных данных зависят
от содержания проектной процедуры (расчетного
модуля).
Необходимо предусмотреть существование
нескольких версий списка входных данных,
которые с заданными именами хранятся
на участках магнитного диска. Структура
списка данных определяется разработчиком
САПР, а формируется он либо в диалоговом
режиме пользователем, либо генерируется
автоматически предыдущими проектными
процедурами.
Программный модуль корректировки
входных данных предусматривает редактирование
(удаление, вставку и т. п.) списка, потребность
в котором возникает из-за ошибок пользователя
при вводе данных, обнаруживаемых при
контроле, а также при необходимости их
уточнения в результате анализа и оценки
проектных решений.
Для обеспечения тщательного
контроля в САПР должны быть
предусмотрены программные средства
для визуализации списков данных.
В общем случае необходимо
иметь возможность получения
нескольких видов распечатки
списка данных: двоичный, десятичный, символьный,
табличный и по записям. Для реализации
различных требований пользователя распечатка
может выводиться на экран дисплея или
на АЦПУ. Все эти операции выполняет модуль
распечатки входных данных.
Программные модули формирования, корректировки
и распечатки ограничении на процесс проектирования
функционируют аналогично описанным.
Структура и формат ограничений зависят
от проектного модуля, но они существенно
меньше подвержены изменениям, чем структура
и формат исходных данных. Однако необходимо
предусматривать существование нескольких
версий этих списков (например, общих требований
к техническим средствам со стороны различных
заказчиков).
Создание и контроль списка
варьируемых параметров осуществляются
программными модулями их задания и распечатки.
Расчетный модуль программного
обеспечения процесса проектирования
предназначен для автоматического
выполнения ЭВМ всех тех операций
проектной процедуры, которые
удалось полностью формализовать.
Получаемые варианты проектных
решений обрабатываются программным
модулем подготовки данных для
оценки решений и передаются
модулю визуализации. Анализируя
результаты проектно-конструкторского
процесса, инженер должен иметь возможность
просмотра выходных данных на АЦПУ, дисплее
и графопостроителе, например, в виде таблиц,
схем и чертежей.
Допустимо существование нескольких
версий проектных решений, которые
хранятся на магнитном диске
и могут быть представлены в
требуемом виде с помощью программного
модуля документирования проектных решений.
Связь между различными программными
модулями проектной процедуры
и взаимодействие данной проектной
процедуры с другими происходит
через общую память.
Это позволяет осуществлять интерактивный
автоматизированный процесс проектирования
с сохранением множества различных
версий, как входных данных, так
и проектных решений. Для выполнения
требования принципа рациональной связи
САПР с окружающей средой при проектировании
программного обеспечения следует стремиться
к тому, чтобы список входных данных был
результатом предыдущих проектных процедур
или модулей. Это достигается при разработке
информационного обеспечения САПР.
Специфика информационного обеспечения
САПР.
В комплекс средств автоматизированного
проектирования входит информационное
обеспечение, которое представляет
собой совокупность документов,
описывающих стандартные проектные
процедуры, типовые проектные
решения, типовые элементы и комплектующие
изделия, материалы и другие данные, а
также файлы и блоки данных на машинных
носителях с записью указанных документов.
Главной целью создания информационного
обеспечения САПР является разработка
информационной системы, позволяющей
правильно и быстро решать проектные задачи.
Это может быть достигнуто своевременной
выдачей источнику запроса полной и достоверной
информации для выполнения определенной
части проектно-конструкторского процесса.
Основные требования к информационному
обеспечению САПР следующие:
Наличие необходимой информации для
обеспечения как автоматизированных,
так и ручных процессов проектирования.
Возможность хранения и поиска
информации, представляющей результат
ручных и автоматизированных процессов
проектирования.
Достаточный объем хранилищ информации.
Структура системы должна допускать
возможность наращивания емкости
памяти вместе с ростом объема информации,
подлежащей хранению. Одновременно необходимо
обеспечить компактность хранимой
информации и минимальное изнашивание
носителей информации.
Достаточное быстродействие системы
информационного обеспечения.
Возможность быстрого внесения
изменений и корректировки информации,
доведения этих изменений до
потребителя, а также получение твердой
копии документа.
При создании информационного обеспечения
САПР основная проблема заключается
в преобразовании информации, необходимой
для выполнения проектно-конструкторских
работ над определенным классом
объектов, в форму, приемлемую и наиболее
рациональную для машинной обработки,
и выводе информации на ЭВМ в виде, удобном
для восприятия человеком.
Множество данных, которые потенциально
могут использоваться при функционировании
САПР или служить запоминаемым
результатом ее работы, образуют информационную
базу данных (БД) системы. Типовыми группами
данных информационного обеспечения автоматизированного
проектирования являются классификаторы
и таблицы соответствия для них, научно-техническая
и расчетно-проектная (оперативная) информация.
Информационное обеспечение САПР
можно представить в виде схемы
(рис. 3), из которой видно, какое
место занимает база данных, и
каково взаимодействие информационной
системы с проектными модулями.
