Ввиду того, что часть последующего материала будет представлена с использованием блок – схем алгоритмов, необходимо рассмотреть основные правила их оформления. В таблице показана форма и приведено содержание наиболее часто используемых блоков. Практически все блоки, приведенные в таблице, строятся на основе «базового» прямоугольника размерами «a x b». Первый приведенный в таблице блок под названием «процесс» по – существу является «базовым» прямоугольником. Размер a = 10, 15, 20 … мм, т.е. кратен пяти. Размер b = 1,5a, допускается b = 2a. Размер «a» выбирается в зависимости от масштаба блок – схемы и должен быть одинаковым для всех ее блоков.
| Форма и содержание блоков блок – схем алгоритмов | ||
| Наименование | Обозначение | Функции |
| Процесс | 
| Выполнение операций присваивания, например, A = 0, сложения с присваиванием, например, C = A+B, вычитания, умножения и т.д. |
| Решение | 
| Выбор направления выполнения алгоритма (программы) в зависимости от некоторых переменных условий |
| Ввод - вывод | 
| Ввод – вывод информации без указания (независимо) от типа устройства ввода или вывода |
| Дисплей | 
| Ввод информации с дисплея (с клавиатуры), вывод информации на дисплей |
| Документ | 
| Вывод информации на бумагу (на принтер) |
| Пуск - останов | 
| Начало – конец алгоритма (программы) |
| Соединитель | 
| Переход на блок номер 5 (номер блока приведен для примера) |
| Комментарий | 
| - |
Каждая блок – схема начинается блоком «Пуск», внутри которого пишется слово «Начало», и заканчивается блоком «Останов», внутри которого пишется слово «Конец». Блоки соединяются линиями. Если линия, соединяющая блоки «приходит» в блок по направлению «сверху - вниз» или «слева – направо», то стрелка на ее конце не ставится (подразумевается). Если же по направлению «снизу – вверх» или «справа – налево», то стрелка на ее конце ставится обязательно.
Применение блока «Соединитель» позволяет значительно упростить блок – схему. Он применяется в том случае, когда линию, соединяющую блоку нужно вести на значительное расстояние и часто с пересечением других соединительных линий. Вместо этого достаточно после блока, из которого должна выходить соединительная линия, изобразить блок «Соединитель» и внутри его написать номер блока, в который эта линия должна прийти.
Блок «Комментарий» применяется в том случае, когда внутри какого – либо блока не удается разместить (написать) всю необходимую информацию. В этом случае к линии, соединяющей блоки, перед блоком, для которого необходимо написать дополнительную информацию, посредством пунктирной линии присоединяется (справа или слева) блок «Комментарий». Информацию можно размещать по высоте - в пределах высоты данного блока, по ширине – до края страницы.
Вопрос №6 – Состав и структура САПР
Составными частями САПР являются подсистемы. В каждой подсистеме решается функционально законченная последовательность задач.
Любая САПР состоит из проектирующих подсистем и обслуживающих подсистем.
Проектирующие подсистемы выполняют процедуры и операции получения новых данных. Они имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап проектирования или группу взаимосвязанных проектных задач. Примеры: подсистемы проектирования технологических процессов сборки, механической обработки, расчета режимов резания и т.д.
Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное применение и служат для обеспечения функционирования проектирующих подсистем, а также для оформления, передачи и вывода результатов проектирования. Примеры: система управления базой данных, подсистемы ввода – вывода данных, документирования и т.д.
Вопрос №7 – САПР как объект проектирования.
Проектирование является сложным творческим процессом целенаправленной деятельности человека, основанным на глубоких научных знаниях, использовании практического опыта и навыков в определенной сфере.
Автоматизированное проектирование – проектирование, при котором отдельные преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования …, осуществляются взаимодействием человека и ЭВМ.
Функции между человеком и ЭВМ должны быть рационально распределены. Человек должен решать задачи творческого характера, а ЭВМ – задачи, допускающие формализованное описание в виде алгоритма рутинного характера.
Система автоматизированного проектирования (САПР) – комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющий автоматизированное проектирование.
Объектами проектирования в САПР могут быть здания, сооружения, металлорежущие станки и т.д., в САПР ТП – технологические процессы.
Проектирование по содержанию – это процесс переработки определенного объема различной информации. Входами такого процесса (рис. 2.1) являются:
1. Замысел (цель) проектирования, выраженный в виде определенной совокупности условий и требований, которым должен удовлетворять искомый объект.
2. Средства, т.е. факторы, которыми можно варьировать при проектировании.
Выход процесса – такое описание искомого объекта, которое необходимо и достаточно для материально – вещественного воплощения идеи проектирования в конкретный физический объект (т.е. его информационная модель в виде схем, чертежей, спецификаций, технологических карт и другой документации).
Таким образом, смысл процесса проектирования в любой САПР независимо от объекта проектирования один и тот же: получить в соответствие с замыслом такую информационную систему – модель, которая позволяет создать систему – оригинал, полностью соответствующую замыслу.
Вопрос №8 – Виды математических моделей, используемых в САПР.
В процессе проектирования с помощью САПР в качестве промежуточных и окончательных решений используют математические модели:
- формы и геометрических параметров;
- структуры;
- временных и пространственно – временных отношений;
- функционирования;
- состояний и значений свойств объекта;
- имитационные.
Модели формы и геометрических параметров – это плоские и объемные изображения объектов проектирования, выполненные в соответствии с правилами ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП (чертежи, схемы, карты эскизов и т.д.).
Модели структуры – это кинематические, гидравлические, электронные и др. схемы. Для технологического процесса – это его структура, представленная, например, в виде маршрутной, операционной карты, а в процессе проектирования – в виде графа.
Модели временных и пространственно – временных отношений – это циклограммы, сетевые графики и т.д.
Модели функционирования – это, например, динамические и кинематические схемы, выполненные в режиме анимации.
Модели состояний и значений свойств объекта – это формальное (упрощенное) описание объекта (процесса) в виде отдельных формул, систем уравнений и т.д. Они предназначены для расчетов параметров объекта, проведения численных экспериментов (для технологического проектирования – это математические модели для расчета припусков и межпереходных размеров, режимов резания и т.д.).
Имитационные (статистические) модели позволяют, учитывая большую совокупность случайных факторов проигрывать (имитировать) на ЭВМ многочисленные и разнообразные реальные ситуации, в которых может оказаться будущий объект проектирования.
Вопрос №9 – Основные принципы создания САПР.
При создании и приобретении САПР и их составных частей необходимо руководствоваться следующими принципами:
- системного единства;
- совместимости;
- типизации;
- развития.
Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и иерархичность проектирования отдельных частей и объекта в целом.
Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытой систему в целом.
Принцип типизации предусматривает разработку и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизируют элементы, имеющие перспективу многократного использования.
Принцип развития дает возможность пополнения, совершенствования и обновления составных частей САПР.
Вопрос №10 – Информационные признаки современных САПР ТП.
Современные САПР, в том числе и САПР ТП базируются на новых информационных технологиях. Вследствие этого для них характерен ряд признаков.
1. Объектно-ориентированное взаимодействие человека и ЭВМ.Пользовательработает в режиме манипулирования изображениями заготовок, деталей, сборочных единиц, со схемами, текстом и т.д. в реальном масштабе времени. В основу манипулирования заложено программирование соответствующих процедур, выполняемы ЭВМ. Человек видит информационные объекты, получаемые посредством средств вывода информации, и воздействует на них за счет средств ввода информации.
2. Сквозная информационная поддержка на всех этапах обработки информации на основе интегрированной базы данных. База данных предусматривает единую унифицированную форму представления, хранения, поиска, отображения, восстановления и защиты информации.
3. Безбумажный процесс обработки информации. Все промежуточные варианты и необходимые численные данные записываются на машинных носителях и доводятся до пользователя через экран монитора. На бумаге фиксируется только окончательный вариант документа: технологическая карта, карта эскизов и т.д.
4. Интерактивный режим решения задач, выполняемый в режиме диалога пользователя и ЭВМ. Новые информационные технологии требуют высокого интеллектуального уровня, профессиональной и психологической подготовки пользователя. Пользователь должен досконально знать принципы и все нюансы работы САПР, ее возможности, уметь свободно пользоваться средствами общения с компьютером, квалифицированно ставить задачи и осмысливать результаты их решения.
Вопрос №11 – САПР в компьютерно – интегрированном производстве
Одними из важнейших функций инженера являются проектирование изделий и технологических процессов их изготовления. В связи с этим САПР принято делить по крайней мере на два основных вида:
• САПР изделий (САПР И);
• САПР технологических процессов (САПР ТП) их изготовления.
Ввиду того, что на Западе сложилась своя терминология в области автоматизированного проектирования и она часто используется в публикациях, будем рассматривать и «западные» и отечественные термины.
САПР изделий. На Западе эти системы называют CAD (Computer Aided Design). Здесь Computer – компьютер, Aided – с помощью, Design – проект, проектировать. Т.е. по – существу термин «CAD» можно перевести как «проектирование с помощью компьютера». Эти системы выполняют объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерные расчеты и анализ, оценку проектных решений, изготовление чертежей.
Научно – исследовательский этап САПР иногда выделяют в самостоятельную автоматизированную систему научных исследований (АСНИ) или, используя западную терминологию, автоматизированную систему инжиниринга – CAE (Computer Aided Engineering). Пример такой системы в России – «изобретающая машина», поддерживающая процесс принятия человеком новых нестандартных решений, иногда и на уровне изобретений.
САПР технологии изготовления. В России эти системы принято называть САПР ТП или АС ТППП (автоматизированные системы технологической подготовки производства). На Западе их называют CAPP (Computer Automated Process Planning). Здесь Automated – автоматический, Process – процесс, Planning – планировать, планирование, составление плана. С помощью этих систем разрабатывают технологические процессы и оформляют их в виде маршрутных, операционных, маршрутно – операционных карт, проектируют технологическую оснастку, разрабатывают управляющие программы (УП) для станков с ЧПУ.
Более конкретное описание технологии обработки на оборудовании с ЧЧПУ (в виде кадров управляющей программы) вводится в автоматизированную систему управления производственным оборудованием (АСУПР), которую на Западе принято называть CAM (Computer Aided Manufacturing). Здесь Manufacturing – производство, изготовление. Техническими средствами, реализующими данную систему, могут быть системы ЧПУ станков, компьютеры, управляющие автоматизированными станочными системами.
Помимо этого различают: систему производственного планирования и управления PPS (Produktionsplaungs system), что соответствует отечественному термину АСУП (автоматизированная система управления производством), а также систему управления качеством CAQ (Computer Aided Qulity Control). Здесь Qulity – качество, Control – управление. В России используется термин АСУК (автоматизированная система управления качеством).
Самостоятельное использование систем CAD, CAM дает экономический эффект. Но он может быть существенно увеличен их интеграцией посредством CAPP. Такая интегрированная система CAD/CAM на информационном уровне поддерживается единой базой данных. В ней хранится информация о структуре и геометрии изделия (как результат проектирования в системе CAD), о технологии изготовления (как результат работы системы CAPP) и управляющие программы для оборудования с ЧПУ (как исходная информация для обработки в системе CAM на оборудовании с ЧПУ) – рис.
Основные системы компьютерно – интегрированного производства (КИП) показаны на рис.4.2.
Этапы создания изделий могут перекрываться во времени, т.е. частично или полностью выполняться параллельно. На рис. 4.2. показаны лишь некоторые связи этапов жизненного цикла изделий и автоматизированных систем. Так, например, автоматизированная система управления качеством взаимосвязана практически со всеми этапами жизненного цикла изделия.
В настоящее время основной тенденцией в достижении высокой конкурентоспособности западных и российских предприятий является переход от отдельных замкнутых САПР и их частичного объединения к полной интеграции технической и организационной сфер производства. Такая интеграция связывается с внедрением модели компьютерно – интегрированного производства (КИП) или в западной версии CIM (Computer Integrated Manufacturing).
Информационная структура компьютерно – интегрированного производства показана на рис.4.3.
В структуре компьютерно – интегрированного производства выделяются три основных иерархических уровня:
1. Верхний уровень (уровень планирования), включающий в себя подсистемы, выполняющие задачи планирования производства.
2. Средний уровень (уровень проектирования), включающий в себя подсистемы проектирования изделий, технологических процессов, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.
3. Нижний уровень (уровень управления) включает в себя подсистемы управления производственным оборудованием.
Построение компьютерно – интегрированного производства включает в себя решение следующих проблем:
• информационного обеспечения (отход от принципа централизации и переход к координированной децентрализации на каждом из рассмотренных уровней как путем сбора и накопления информации внутри отдельных подсистем, так и в центральной базе данных);
• обработки информации (стыковка и адаптация программного обеспечения различных подсистем);
• физической связи подсистем (создание интерфейсов, т.е. стыковка аппаратных средств ЭВМ, включая использование вычислительных систем).
Внедрение компьютерно – интегрированного производства значительно сокращает общее время прохождения заказов за счет:
• уменьшения времени передачи заказов с одного участка на другой и уменьшения времени простоя при ожидании заказов;
• перехода от последовательной к параллельной обработке;
• устранения или существенного ограничения повторяемых ручных операций подготовки и передачи данных (например, машинное изображение геометрических данных можно использовать во всех отделах, связанных с конструированием изделий).
Вопрос №12 – Виды обеспечения САПР ТП.
Для САПР ТП различают следующие виды их обеспечения:
1. Методическое - это комплекс документов, в котором зафиксированы основные принципы построения системы.
2. Математическое - это алгоритмы, используемые для решения задач САПР ТП.
3. Программное - это комплекс программ, необходимых для решения задач САПР ТП.
4. Информационное - это информация, которая используется при решении задач САПР ТП.
5. Техническое - это технические средства, используемые в САПР ТП (серверы, сетевые средства, провода и т. д.).
6. Организационно-правовое - это комплекс документов, в котором зафиксированы функции отдельных подразделений и взаимодействие между ними, а также права и обязанности лиц, эксплуатирующих или сопровождающих САПР ТП, кроме того в них фиксируется ответственность лиц за неправильные решение и за несанкционированный доступ к информации.
7. Лингвистическое - это совокупность языковых средств, используемых в САПР ТП.
Вопрос №13 – Техническое обеспечение САПР ТП.
Техническое обеспечение-это технические средства, используемые в САПР ТП (серверы, сетевые средства, провода и т. д.). САПР ТП достаточно сложные системы, для которых нужны мощные персональные машины с большим объемом памяти.
Конструктивно он представляет собой системный блок, состоящий из корпуса с блоком питания, в котором установлены: материнская плата с процессором, оперативной памятью, видеокартой (видеоплатой), при необходимости звуковой картой и сетевой картой; жесткий диск (винчестер); привод для компакт – дисков; привод для дискет. Кроме этого в состав компьютера обязательно входит монитор (дисплей), клавиатура, манипулятор «мышь». Это основные устройства компьютера. Кроме них применяются периферийные устройства: принтер, плоттер, звуковые колонки, микрофон, цифровой фотоаппарат, цифровая видеокамера.
На практике в настоящее время широко применяются локальные вычислительные сети (ЛВС). Это принадлежащая одной организации коммуникационная система, связывающая различные аппаратные средства: компьютеры, принтеры, плоттеры. Слово «локальная» указывает на близость расположения компьютеров. Диапазон действия ЛВС колеблется от нескольких метров до 8 – 10 км.
Вопрос №14 – Программное обеспечение САПР ТП.
Программное обеспечение - это комплекс программ, необходимых для решения задач САПР ТП.
Общее программное обеспечение (используется на этапе разработки систем).
Специальное программное обеспечение (используется на этапе функционирования системы).
В настоящее время наблюдается тенденция к использованию стандартных процедур обработки информации и к записи алгоритмов в базе знаний. Алгоритм представленный в процедурном виде - это алгоритм, представленный в виде программ. Алгоритм в виде таблицы записывается на специальном языке и заносится в базу знаний (существует специальная процедура обработки табличных алгоритмов). Алгоритм можно легко менять, однако табличные алгоритмы имеют невысокое быстродействие из-за интерпретирующего характера их выполнения. С каждым годом быстродействие выпускаемых ПЭВМ непрерывно увеличивается и относительно невысокое быстродействие табличных алгоритмов становится не слишком заметно, особенно при работе в режиме диалога.
Вопрос №15 – Сферы деятельности при проектировании ТП.
Перечислить все сферы в которых применяют САПР.