Учебное пособие Иваново 2018
 Скачать 3.57 Mb.
|
|
Основные целиавтоматизации проектирования представлены в табл. 2.1. Таблица 2.1 Основные цели автоматизации проектирования Методы достижения целей Сокращение трудоемкости проектирования Автоматизация оформления документации Информационная поддержка принятия решений Автоматизация принятия решений Параллельное проектирования Сокращение длительности цикла «проектирование – изготовление» Виртуальное проектное бюро Сокращение себестоимости проектирования Повторное использование решений, данных и наработок Унификация проектных решений Улучшение качества проектирования Стратегическое проектирование Вариативное проектирование и оптимизация Сокращение затрат на натурное моделирование проектируемых объектов Математическое моделирование Трудоемкость измеряется чистым временем, традиционно в человекочасах, затрачиваемым на разработку и корректировку технической 25 документации, без учета ожиданий по организационно-техническим причинам. Как следует из диаграммы, для сокращения трудоемкости необходимо располагать средствами автоматизации оформления графической и текстовой документации, средствами информационной поддержки и автоматизации принятия решений. Длительность циклаизмеряется календарным временем от получения задания до его завершения с учетом всех ожиданий по организационно- техническим причинам. Сокращение длительности цикла «проектирование – изготовление» обеспечивается с помощью средств совмещенного проектирования и виртуальных бюро. Концепция виртуального бюропоявилась относительно недавно. Виртуальное бюро представляет собой организационно-техническую структуру, способную обеспечивать совместную работу бригады специалистов, разнесенных географически и во времени, чье объединение может носить временный характер. Виртуальное бюро может быть распределено в нескольких местах, которые могут находиться в различных странах и даже континентах и включать участников из разных временных поясов. Бригады специалистов объединяются в виртуальное бюро с целью создания новых изделий. Концепция виртуального бюро возникла в ответ на потребности развития современной глобальной рыночной экономики и новых возможностей высокоэффективных информационных технологий. Сокращение себестоимости проектирования достигается за счет использования ранее созданных и унифицированных проектных и конструкторских решений, которые могут быть собраны в библиотеки и базы знаний. Таким же образом обеспечивается создание вариантов и модификаций изделий. Улучшение качества результатов проектирования относится к основным целям компьютеризации инженерной деятельности и связано с необходимостью достижения уровня лучших образцов в классе проектируемых объектов. Улучшение качества проектов достигается использованием 26 автоматизированного поискового и многовариантного проектирования, применением математических методов оптимизации параметров и структуры объектов и процессов. Унификация проектных решений выполняется за счет адаптированных к условиям каждого предприятия баз данных и знаний. Стратегическое проектирование – это метод создания и ведения долгосрочных проектных программ, начинающихся с разработки базового изделия, которое затем подвергается постепенным модификациям и усовершенствованиям с целью удовлетворения текущих и учета будущих требований пользователей в течение длительного периода времени. Сущность стратегического проектирования заключается в постоянном отборе и оценке концепций (прежде всего определяющих архитектуру и технологии изготовления) с целью поиска решений, обеспечивающих наилучшее удовлетворение краткосрочных и долгосрочных требований потребителей. Основная цель – обойти коммерческие и (или) технологические тупики в процессе быстрых изменений условий и технологий на рынке. К затратам на натурное моделирование относят затраты на проектирование и изготовление макетных образцов изделий и их узлов, их испытания на стендах, в аэродинамических трубах и т. д. Сокращение этих затрат может быть достигнуто за счет его полной или частичной замены математическим моделированием. К вспомогательным целямавтоматизации проектирования относятся сокращение трудоемкости разработки программных средств, трудозатрат на их адаптацию к условиям эксплуатации при внедрении, а также их сопровождения, то есть ее модификации, обусловленной необходимостью устранения выявленных ошибок и (или) изменения функциональных возможностей (табл. 2.2). Средством сокращения трудоемкости адаптации систем к условиям эксплуатации на конкретном предприятии с учетом стандартов этого предприятия, а так же традиций и принципов принятия проектных решений 27 являются системы управления базами данных и знаний, ориентированные на конечного пользователя. Это означает, что упомянутые системы должны быть оснащены средствами описания и манипулирования данных, доступными пользователю без навыков программирования. Таблица 2.2 Вспомогательные цели автоматизации проектирования Методы достижения целей Сокращение трудоемкости разработки Использование инструментальной среды Мобильность инструментальной среды Сокращение трудоемкости адаптации к условиям эксплуатации Использование баз данных и знаний, ориентированных на пользователя Сокращение трудоемкости сопровождения Модульность баз данных и знаний Открытость и модернизируемость баз данных и знаний 28 3. Классификация САПР Принципы классификации и основные классификационные признаки САПР регламентированы ГОСТ 23501.108-85 «Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначение». В соответствии со стандартом САПР характеризуют по следующим признакам: тип объекта проектирования; разновидность объекта проектирования; сложность объекта проектирования; уровень автоматизации проектирования; комплексность автоматизации проектирования; характер выпускаемых проектных документов; количество выпускаемых проектных документов; число уровней в структуре технического обеспечения САПР. По типу объекта проектирования САПР делятся на: 1) САПР изделий машиностроения; 2) САПР изделий приборостроения; 3) САПР технологических процессов в машиностроении и приборостроении; 4) САПР объектов строительства; 5) САПР технологических процессов в строительстве; 6) САПР программных изделий; 7) САПР организационных систем. Для разновидностей объектов проектирования стандарт не устанавливает специальных обозначений, их следует определять по действующим отраслевым классификаторам. По сложности объектов проектирования выделяют САПР следующих типов: 1) САПР простых объектов (число составных частей до 100, например, технологическая оснастка, редуктор и т.п.); 2) САПР объектов средней сложности (число составных частей от 100 до 1000, например металлорежущие станки, приборы и т.п.); 3) САПР сложных объектов (число составных частей от 10 3 до 10 4 , например тракторы, автомашины и т.п.); 29 4) САПР очень сложных объектов (число составных частей от 10 4 до 10 6 , например самолет, ЭВМ и т.п.); 5) САПР объектов очень высокой сложности (число составных частей свыше 10 6 ). По уровню автоматизации проектирования САПР классифицируются: 1) системы низкоавтоматизированного проектирования (до 25% проектных процедур автоматизировано); 2) системы среднеавтоматизированного проектирования (уровень автоматизации проектирования составляет от 25 до 50%); 3) системы высокоавтоматизированного проектирования (уровень автоматизации проектирования составляет от 50 до 75%). По уровню комплексности автоматизации проектирования различают САПР: 1) одноэтапные (выполняют один этап проектирования из всех установленных для объекта, проектируемого системой); 2) многоэтапные (выполняют несколько этапов); 3) комплексные (выполняют весь процесс создания изделия). По числу выпускаемых проектом документов различают: 1) САПР низкой производительности (100–10 000 проектных документов в пересчете на формат А4 за год); 2) САПР средней производительности (10 000–100 000); 3) САПР высокой производительности (100 000 и выше). По количеству уровней в структуре технического обеспечения: 1) одноуровневая САПР (система, построенная на основе средней или большой ЭВМ со штатным набором периферийных устройств, включая средства обработки графической информации); 2) двухуровневая САПР (система, построенная на основе средней или большой ЭВМ и взаимосвязанных с ней одного или нескольких автоматизированных рабочих мест (АРМ), имеющих собственную ЭВМ); 30 3) трехуровневая САПР (система, построенная на основе большой ЭВМ, нескольких АРМ и периферийного программно-управляемого оборудования для централизованного обслуживания этих АРМ, или на основе большой ЭВМ и группы АРМ, объединенных в вычислительную сеть). 31 4. Виды обеспечения САПР В составе любой САПР выделяют 6 основных видов обеспечения. Структуру видов обеспечения САПР можно изобразить в виде схемы, представленной на рис. 4.1. Рассмотрим виды обеспечения САПР подробнее. Рис. 4.1. Структура основных видов обеспечения САПР 4.1. Техническое обеспечение САПР Совокупность всех технических средств, используемых при эксплуатации САПР, образует техническое обеспечение системы. Компонентами технического обеспечения являются устройства вычислительной и Виды обеспечения САПР Техническое Математическое Программное Математические методы Модели Алгоритмы Информационное Лингвистическое Организационно- методическое Средства вычислительной техники Сетевое оборудование Периферийное и вспомогательное оборудование Системное Прикладное Базы данных Системы управления базами данных Языки программирования Языки проектирования Языки управления Приказы, положения, инструкции Штатные расписания Графики работ 32 организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания, обеспечивающие функционирование САПР. Общая структура технического обеспечения САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис. 4.2). 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. Рис. 4.2. Структура технического обеспечения САПР Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования. 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 33 определенном положении. 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 качестве средств обработки данных в современных САПР широко используют рабочие станции, серверы, персональные компьютеры. На базе рабочих станций или персональных компьютеров создают АРМ. Типичный состав устройств АРМ: ЭВМ с одним или несколькими микропроцессорами, внешней, оперативной и кэш-памятью и шинами, служащими для взаимной связи устройств; устройства ввода-вывода, включающие в себя, как минимум, клавиатуру, мышь, дисплей; дополнительно в состав АРМ могут входить принтер, сканер, плоттер, дигитайзер, и некоторые другие периферийные устройства. Рабочие станции (workstation) по сравнению с персональными компьютерами представляют собой вычислительную систему, ориентированную на выполнение определенных функций. Специализация обеспечивается как набором программ, так и аппаратно за счет использования дополнительных специализированных процессоров. Так, в САПР для машиностроения преимущественно применяют графические рабочие станции для выполнения процедур геометрического моделирования и машинной графики. Эта направленность требует мощного процессора, высокоскоростной шины, памяти достаточно большой емкости. В зависимости от назначения существуют АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ руководителя проекта и т. п. Они могут различаться составом периферийных устройств, характеристиками ЭВМ. Специфика САПР накладывает свои особенности даже на выбор стандартных компонент оборудования, например видеокарт. В силу особенностей задач, решаемых САПР, для их эффективного использования применяется достаточно широкий спектр специфического оборудования, как 34 правило, не имеющего хождения в других отраслях использования компьютеров. Подробно это оборудование рассмотрено в главе 5. 4.2. Математическое обеспечение САПР Совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, примененных в САПР, называют математическим обеспечением системы. Основу математического обеспечения САПР составляют алгоритмы и методики решения задач технологического проектирования. Алгоритмом называют конечный набор предписаний для получения решения задачи посредством конечного числа операций (действий). В соответствии с алгоритмами разраба- тывают впоследствии программное обеспечение и выполняют ав- томатизированное проектирование. Разработка математического обеспечения является самым сложным этапом создания САПР, от которого в наибольшей степени зависит эффективность ее работы. Математическое обеспечение САПР включает в себя: математические модели объекта проектирования (технологического процесса или его фрагментов), а также предмета производства (детали, сборочной единицы) в состояниях, соответствующих различным этапам проектируемого технологического процесса; формализованное описание принятой технологии автоматизированного проектирования. В любой САПР эти части математического обеспечения должны взаимодействовать. Эффективность взаимодействия определяет эффективность работы системы. Практическое использование математического обеспечения происходит после его реализации в программном обеспечении. 4.3. Программное обеспечение САПР Программное обеспечение САПР – совокупность программ на носителях данных и программных документов, предназначенных для ее отладки, эксплуатации и проверки работоспособности. 35 Программой называют данные, предназначенные для управления конкретными компонентами САПР, реализующие определенный алгоритм. Физически в состав программного обеспечения входят документы с текстами программ; программы, записанные на машинных носителях информации; эксплуатационные документы. Программы и документы предназначены для всех средств вычислительной техники, эксплуатирующейся в составе САПР. Различают системное и прикладное (специализированное) программное обеспечение. Системное программное обеспечение содержит набор программных средств, способствующих повышению эффективности использо- вания вычислительных комплексов САПР и производительности труда персонала, обслуживающего эти комплексы. К основным функциям системного программного обеспечения относят: управление процессом вычислений; ввод, вывод и частичная обработка информации; диалоговая взаимосвязь с пользователем в процессе проектирования; решение общематематических задач; хранение, поиск, сортировка и модификация данных, необходимых при проектировании, защита их целостности и защита от несанкционированного доступа; контроль и диагностика вычислительного комплекса. Три первых и последнюю из указанных функций реализуют в современных вычислительных комплексах операционные системы. Прикладное (специализированное) программное обеспечение включает прикладные программы и пакеты прикладных программ, основной функцией которых является формирование проектных решений. Прикладной называют программу, предназначенную для решения задачи или класса задач, в определенной области применения системы обработки информации. Систему прикладных программ, предназначенную для решения задач определенного класса, называют пакетом прикладных программ. 36 В САПР пакеты прикладных программ, как правило, применяют для выполнения конкретных проектных процедур, например, выбора оборудования, инструмента, определения режимов обработки и т.д. Прикладное программное обеспечение создают с учетом возможностей системного. В целом состав и структура программного обеспечения определяются составом и структурой САПР и ее подсистем. Программное обеспечение — столь же важное и необходимое средство автоматизации проектирования как и технические средства. Однако в отличие от технических средств, являющихся универсальным инструментарием, используемым в одинаковом или почти одинаковом составе в различных видах САПР, прикладное программное обеспечение является оригинальным инструментом автоматизации и отражает всю специфику конкретной системы. 4.4. Информационное обеспечение САПР Основу информационного обеспечения САПР составляет информация, используемая системой непосредственно для выработки проектных решений. Это информация об аналогах проектируемых процессов, о технологических свойствах материалов деталей, технологическом оборудовании, инструменте, которые могут быть применены в объекте проектирования. Сюда же относятся правила и нормы проектирования, а также правила и формы документирования его результатов. Информацию, представленную в виде, пригодном для обработки автоматизированной системой, называют данными. Основная часть информационного обеспечения САПР представлена базой данных (БД) и системой управления базой данных (СУБД). |