 |
лекция. САПР, причины и цели создания. Виды САПР
|
|
|
|
Цель: ознакомить студентов с понятием автоматизированного проектирования, причинами и целями его создания и применения, видами систем.
Содержание: современные методы проектирования, необходимость автоматизации интеллектуального труда; виды САПР; классификация; цели использования.
Виды САПР.
Основная причина, обусловившая возникновение потребности в создании систем автоматизированной обработки информации в проектировании, планировании и управлении техническими системами постоянно возрастающей сложности – это низкая производительность интеллектуального труда.
Статистика утверждает, что с 1900 по 1960 гг. производительность труда на производстве возросла на 1000%, а в информационной сфере – только на 20%, в 70-х годах эти показатели составляли 80% и 4% соответственно. Решение этих проблем пытались осуществить экстенсивным путем, увеличивая количество проектировщиков.
К середине ХХ века научно-техническая революция привела к следующим показателям:
- число различных классов технических систем удваивалось каждые 10 лет;
- сложность изделий по числу деталей удваивалось каждые 15 лет;
- объем научно-технической информации удваивался через 8 лет;
- время создания новых изделий уменьшалось вдвое через 25 лет.
Следовательно, объем конструкторских работ должен был возрастать в 10 раз каждые 10 лет. В этой же пропорции должно было увеличиваться число проектировщиков. Единственный выход из этого положения – автоматизация труда проектировщиков, т.е. создание специальных автоматизированных систем.
Система 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.
|
|
|
В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.
Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:
- сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
- сокращения сроков проектирования;
- сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
- повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
- сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.
Достижение этих целей обеспечивается путем:
- автоматизации оформления документации;
- информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
- использования технологий параллельного проектирования;
- унификации проектных решений и процессов проектирования;
- повторного использования проектных решений, данных и наработок;
- стратегического проектирования;
- замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
- повышения качества управления проектированием;
- применения методов вариантного проектирования и оптимизации.
САПР основана на регулярном применении современных математических методов и средств вычислительной техники в процессе принятия проектных решений, в организации и управлении проектированием.
Различают 4 вида САПР:
1) Уникальные САПР, имеющие межотраслевой характер, создаваемые для решения крупнейших хозяйственных и научно-технических задач.
2) Универсальные САПР отраслевого назначения с системой коллективного пользования, обеспечивающие проектирование всей номенклатуры технических изделий отрасли. Такие САПР обычно строятся на 2-х уровнях: на первом – мощная ЭВМ с большим объемом памяти и высоким быстродействием, а на втором – периферийные персональные компьютеры, обслуживающие абонентские пункты. Годовой объем проектной продукции – до 100 тысяч документов.
|
|
|
3) Специализированные САПР проектной организации. Это системы коллективного пользования, но ориентированы на выполнение работ по конкретному объекту. Эти САПР работают на эффективных математических методах и моделях на всех стадиях проектирования.
4) Индивидуальные САПР, работающие на ПЭВМ, предназначенные для выполнения отдельных видов инженерных расчетов (инженерно-графические работы, сметные расчеты, трассировка печатных плат и т.д.).
Классификация САПР.
Классификация САПР производится:
- по типу объектов проектирования (изделия машиностроения, приборостроения, объекты строительства, организационные системы и т.д.);
- по уровню комплексности автоматизации (автоматизации подлежит <25%, 25…50%, >50% работ);
- по сложности (наличию подсистем) (простые – 102 подсистем, сложные – 104 подсистем; очень сложные – 106 подсистем);
- по числу уровней технического обеспечения (одно-, двух- и трехуровневые).
ГОСТ 23501.108-85 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.
Целью создания САПР являются:
- повышение качества и технико-экономического уровня проектируемых объектов, в том числе при их создании и применении;
- повышение производительности труда проектировщиков, сокращение сроков и уменьшение стоимости проектирования.
Для достижения цели необходимо:
- совершенствовать процесс проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;
- использовать методы оптимизации и многовариантного проектирования;
- унифицировать и стандартизировать методы проектирования;
|
|
|
- автоматизировать процесс поиска, обработки и выдачи информации на основе создания баз и банков данных, содержащих систематизированные сведения справочного и нормативного характера;
- произвести подготовку и переподготовку специалистов.
Эффективность САПР.
Эффективность использования САПР проявляется на протяжении всего жизненного цикла объекта, т.е. на стадии проектирования, строительства (создания) и эксплуатации.
В процессе проектирования эффект получается за счет сокращения сроков и снижения стоимости проектирования: 
В процессе строительства и эксплуатации объекта эффект получается за счет реализации проекта с оптимальными параметрами: 
– снижение капитальных и эксплуатационных затрат.
Критерием эффективности САПР принимается годовой экономический эффект 
,
где 
– стоимость создания САПР.
Срок окупаемости капитальных вложений
, год.
Лекция. Структура САПР
Цель: изучить структуру САПР, составляющие ее подсистемы, возможную информационную схему.
Содержание: подсистемы объектно-ориентированные и инвариантные, схема соединения подсистем, построенных по типу выполняемых работ.
САПР, созданная для проектирования большой системы, сама является большой системой, состоящей из отдельных взаимосвязанных блоков – подсистем.
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.
|
|
|
Схема САПР по виду выполняемых работ.
Подсистемой называют выделенную по некоторому признаку часть САПР, обеспечивающую получение законченных проектных решений. Выделение подсистем неоднозначно.
По назначению подсистемы делятся на проектирующие и обслуживающие. К проектирующим относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например, подсистема конструкторского проектирования.
К обслуживающим относятся подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например, подсистема информационного поиска, документирования, графического отображения.
По отношению к объекту проектирования различают подсистемы объектно-ориентированные и инвариантные. К первым относятся подсистемы, выполняющие одну или несколько процедур или операций данного объекта. К инвариантным относятся подсистемы унифицированные (решение систем линейных уравнений, численное интегрирование и пр.).
По типу выполняемых работ возможна следующая структурная схема САПР, соответствующая базовым этапам преобразования информации. Схема состоит из следующих подсистем:
1) монитор;
2) подсистема поиска решений технической задачи;
3) подсистема инженерного анализа;
4) подсистема ведение и изготовления документации;
5) подсистема информационная.
Монитор – это обслуживающая подсистема, предназначенная для организации и оптимизации управления процессом при выполнении проектных процедур.
В общем случае она включает:
− собственно управляющую программу;
− программу связи с пользователем;
− программу диагностики ошибок;
− обслуживающие и вспомогательные подпрограммы;
− БД мониторной подсистемы.
Подсистема поиска решений инженерной задачи.
Существуют различные методики поиска технических решений с помощью ЭВМ. Эффективность применения автоматизированных систем генерации рациональных решений можно оценить по следующим показателям:
− сокращение времени разработки конструктивных решений;
− возможность генерации решения, близкого к глобально-оптимальному, что повышает качество на 20-30%.
Разработка вариантов решения технической задачи соответствует творческому этапу проектирования, поэтому автоматизация этой задачи представляет одно из направлений в проблеме искусственного интеллекта. Поскольку этот вопрос далек от решения, эта подсистема может эффективно работать в диалоговом режиме с высококвалифицированным проектировщиком (или группой).
|
|
|
Подсистема инженерного анализа (моделирования объекта и оптимизация его характеристик).
Основное назначение – выполнение всех вычислительных работ. Арсенал применяемых методов очень широк:
− аналитические (детерминированные и стохастические);
− имитационные, если объект отличается неопределенностью функционирования. Такие модели воспроизводят процесс функционирования проектируемого объекта, а оценка отдельных вариантов решения при изменении управляющих переменных позволяет найти наилучший;
− эвристическая и игровая модели. Когда объект характеризуется неопределенностью функционирования и не установлены значения его параметров;
− экспертные подсистемы.
Подсистема ведения и изготовления документации.
Проектно-конструкторская документация, в которой отображен будущий объект, является основным результатом функционирования системы проектирования. Назначение этой подсистемы состоит в изготовлении проектных документов (пояснительных записок, чертежей, схем, графиков, таблиц), необходимых для создания объекта проектирования.
Разработка и изготовление документации составляет обычно 45-60% всех затрат, причем это наиболее однообразная, утомительная, нетворческая работа. Автоматизация этих процессов позволит сократить затраты труда и времени и обеспечит сравнительно легкое внесение изменений во все части проектной документации.
Многие САПР ориентированы на сквозную автоматизацию:
проектирование → подготовка производства → изготовление.
Поэтому предусматривается возможность выпуска проектной документации на машинных носителях для использования ее автоматами гибкого автоматического производства (станки с числовым программным управлением, обрабатывающие центры, промышленные роботы и т.д.).
Технической базой этой подсистемы являются алфавитно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ) и дисплеи с дополнительной аппаратурой получения копий, различные графопостроители.
Информационная подсистема.
Основная задача этой полсистемы состоит в сборе, хранении, упорядочении и выдаче по запросу всей необходимой информации. Система состоит из базы данных и системы управления базой – СУБД.
База данных + СУБД = Банк данных.
База содержит:
− полные сведения о проектируемом объекте и требования к нему;
− сведения о мировом научно-техническом уровне, фиксируемом в виде публикаций патентов, изобретений;
− методы генерации проектных решений;
− методика проектирования;
− архив;
− руководящие и справочные материалы, ГОСТы.
Рассмотренная система САПР является инвариантной по отношению к объекту проектирования. Используемая технология предполагает диалоговый характер проектирования.
13 лекция. Обеспечения САПР [4]
Цель: изучить структуру и содержание обеспечений САПР.
Содержание: описано обеспечение: методического, математического, технического, лингвистического, информационного, программного и организационного характера.
Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения.
Принято выделять семь видов обеспечения:
1) Комплекс средств автоматизации проектирования – это совокупность различных видов обеспечения автоматизированного проектирования, необходимых для выполнения автоматизации.
2) Математическое обеспечение (МО) – это совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования.
3) Техническое обеспечение (ТО) – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для автоматизации проектирования. К ТО относятся устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительная, множительная аппаратура.
4) Минимальный состав технических средств, позволяющий решать задачи определенного типа, называется базовой конфигурацией технического обеспечения.
5) Программное обеспечение (ПО) – совокупность машинных программ, представленных в заданной форме. Программное обеспечение разделяется на общесистемное и прикладное. Компонентами общесистемного являются трансляторы с алгоритмических языков, эмуляторы и др.
6) Специальное программное обеспечение представляет собой сложный комплекс, который обычно принято делить на некоторые составные части – модули. Степень автономности модулей должна быть такой, чтобы была возможность разрабатывать их независимо друг от друга.
Качество программного обеспечения оценивается такими показателями, как универсальность, быстродействие, надежность, открытость.
Совокупность технического и программного обеспечений называется инструментальной базой САПР, в среде которой реализуются другие виды обеспечений.
7) Информационное обеспечение – совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования, представленных в заданной форме. Основа – автоматизированные банки данных (БД), которые состоят из баз данных и систем управления базами данных (СУБД). В информационное обеспечение входят нормативно-справочные документы, прогнозы технического развития, типовые проектные решения, системы классификации кодирования технико-экономической информации, файлы и блоки данных на машинных носителях, нормативные, плановые, типовые решения и т.д.
База данных должна отвечать определенным требованиям, основными из них являются:
− принцип информационного единства;
− полнота сведений;
− гибкость;
− надежность;
− адаптивность;
− наращиваемость;
− неизбыточность.
Лингвистическое обеспечение (ЛО) – это совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов.
Методическое обеспечение (МТО) – совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора средств обеспечения САПР. В некоторых публикациях в методическое обеспечение включается МО и ЛО.
Организационное обеспечение (ОО) – совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними, их функции, а также форму представления проектных документов и порядок их рассмотрения.
Заключение
Настоящий курс содержит основные сведения о проектировании больших систем, представителем которых являются телекоммуникационные сети. Описаны основные принципы, стадии и методы проектирования. Рассмотрены некоторые задачи проектирования – задачи анализа и синтеза. Изложены общие сведения об автоматизированном проектировании – причины и цели создания систем автоматизированного проектирования, их структура, методы построения.
Список литературы
1 Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н. и др. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004.
2 Берж К. Теория графов и ее применение. – М.: Иностранная литература, 1962.
3 Алексеев Е.Б., Гордиенко В.Н., Крухмалев В.В. Проектирование и техническая эксплуатация цифровых телекоммуникационных систем и сетей. – М.: Горячая линия – Телеком, 2008.
4 Корячко В.Г., Курейчик В.М., Норенков И.П. – Теоретические основы САПР. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
5 Шварц М. Сети ЭВМ. Анализ и проектирование. – М.: Радио и связь, 1981.
6 Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования – М.: Из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.
7 Данилина Г.П. МУ по дисциплине Основы построения сетей и систем телекоммуникаций – А., АИЭС, 2007.
Содержание
| Введение | |
| 1 лекция. Общие принципы проектирования | |
| 2 лекция. Большие системы и методы их анализа | |
| 3 лекция. Современное состояние телекоммуникационных систем | |
| 4 лекция. Моделирование больших систем | |
| 5 лекция. Элементы, параметры и показатели системы | |
| 6 лекция. Сеть как объект анализа и синтеза | |
| 7 лекция. Задача синтеза транспортной сети | |
| 8 лекция. Задача синтеза централизованной сети | |
| 9 лекция. Задача распределения каналов на некоммутируемой сети | |
| 10 лекция. Задача нахождения кратчайших путей | |
| 11 лекция. САПР, причины и цели создания. Виды САПР | |
| 12 лекция. Структура САПР | |
| 13 лекция. Обеспечения САПР | |
| Заключение | |
| Список литературы |
|
|
|
