ЛЕКЦИЯ 2
САПР как объект проектирования
Проектирование – процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе первичного описания данного объекта и (или) алгоритма его функционирования … (ГОСТ 22487).
Автоматизированное проектирование – проектирование, при котором отдельные преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования …, осуществляются взаимодействием человека и ЭВМ (ГОСТ 22487).
Функции между человеком и ЭВМ должны быть рационально распределены. Человек должен решать задачи творческого характера, а ЭВМ – задачи, допускающие формализованное описание в виде алгоритма.
Преимуществом автоматизированного проектирования является возможность проводить на ЭВМ эксперименты на математических моделях. Это значительно сокращает дорогостоящее физическое моделирование. Математические модели при этом должны удовлетворять требованиям универсальности, точности, адекватности и экономичности.
Система автоматизированного проектирования (САПР) – комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или группой специалистов, выполняющих автоматизированное проектирование (ГОСТ 22487).
Объектами проектирования в САПР могут быть здания, сооружения, металлорежущие станки и т.д. Объектами проектирования в САПР ТП являются технологические процессы.
По содержанию проектирование – это процесс обработки определенного объема различной информации. На входе такого процесса (рис. 2.1) обязательно присутствуют:
ü Замысел (цель) проектирования, выраженный в виде определенной системы условий и требований, которым должен удовлетворять искомый объект.
ü Средства, 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.
В процессе проектирования с помощью САПР в качестве промежуточных и окончательных решений используют следующие математические модели:
ü формы и геометрических параметров;
ü структуры;
ü временных и пространственно – временных отношений;
ü функционирования;
ü состояний и значений свойств объекта;
ü 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, электрические 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 и систем уравнений. Они предназначены для расчетов параметров объекта, проведения численных экспериментов (для технологического проектирования – это математические модели для расчета припусков и межпереходных размеров, режимов резания и нормирования).
Имитационные (статистические) модели позволяют, учитывая большую совокупность случайных факторов и имитировать на ЭВМ многочисленные и разнообразные реальные ситуации, в которых может оказаться будущий объект проектирования.
При создании и приобретении САПР и их составных частей необходимо руководствоваться следующими принципами:
ü системного единства;
ü совместимости;
ü типизации;
ü 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.
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 времени. В основу манипулирования заложено программирование соответствующих процедур, выполняемых ЭВМ. Пользователь видит информационные объекты, получаемые посредством 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 таких носителях, как жесткие диска, флэш-память, dvd, cd диски и т.п. 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. Современные информационные технологии требуют сравнительно высокой профессиональной и психологической подготовки пользователя. Пользователь должен знать принципы работы САПР, ее возможности, уметь свободно работать на компьютере, квалифицированно ставить задачи и понимать результаты их решения.
Состав и структура САПР
Составными частями САПР являются специализированные подсистемы. В каждой такой подсистеме решается функционально законченная последовательность задач.
Любая САПР состоит из проектирующих 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.
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.
ЛЕКЦИЯ 3
Виды обеспечения САПР
При разработке, внедрении и эксплуатации любой САПР, выделяют следующие виды её обеспечения:
ü техническое;
ü программное;
ü методическое;
ü математическое;
ü информационное;
ü лингвистическое;
ü организационное.
Техническое обеспечение САПР
Основу технического обеспечения САПР составляет, как правило, персональный компьютер. Конструктивно он представляет собой системный блок, состоящий из корпуса с блоком питания, в котором установлены: материнская плата с процессором, оперативной памятью, видеокартой, 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. Диапазон действия ЛВС колеблется от нескольких метров до десятков км.
ЛВС предоставляет пользователям следующие возможности:
ü обмен информацией (сообщениями электронной почтой, файлами текстовых документов, чертежей и программ);
ü разделение аппаратных ресурсов компьютеров, т.е. совместное использование баз данных и программ, хранящихся на любом из компьютеров сети (либо на специально выделенном сервере);
ü вывод информации, например, на дорогостоящий лазерный принтер или плоттер, подключенный только к одному из компьютеров сети.
ЛВС состоит из следующих основных элементов:
ü файлового сервера;
ü рабочих станций;
ü сетевой операционной системы;
ü несущей среды (кабелей), сетевых карт и других аппаратных средств.
Сервер – достаточно мощный ПК, на жестком диске которого хранится ПО, базы данных, различные библиотеки, необходимые для работы пользователей сети. Сервер, предназначенный только для обслуживания сетевых запросов, называется выделенным.
Рабочие станции – подключенные к сети ЭВМ, на которых работают отдельные пользователи.
Локальные сети делятся на проводные и беспроводные. Последние получили широкое распространение лишь в последние один-два года и в настоящее время вымещают проводные сети. Один из их основных недостатков — низкий уровень безопасности. В настоящее время существует множеств различных технологий и пока непонятно, какая из них вытеснит остальные с рынка. Одной из самых распространённых технологий беспроводных сетей в настоящее время является технология «WiFi».
Кабель в ЛВС определяет физическую среду передачи информации. Существует три типа кабелей:
1. Витая пара (физически этот кабель состоит из четырех витых пар в оплетке, одна пара используется для передачи информации в одном направлении, вторая – в другом направлении, две оставшиеся пары предназначены для передачи служебных сообщений по сети, на практике иногда они не используются).
2. Коаксиальный (типа телевизионного).
3. Волоконно – оптический (физически это кварцевая нить в полимерной оплетке, оплетка предназначена для придания гибкости кабелю; передача информации по кабелю производится световыми излучениями с разной длиной волны, за счет чего образуется ряд информационных каналов).
Скорость передачи информации – важнейший показатель эффективности сети, она измеряется в Мбит/с, Гбит/с. Скорость передачи информации по витой паре составляет от 10 до 100 Мбит/с, по коаксиальному кабелю – от 0,5 до 10 Мбит/с, по волоконно – оптическому теоретически – сотни Гбит/с, практически – около 2 Гбит/с (за счет более низкой пропускной способности приемных и передающих устройств).
Сетевые карты физически могут быть встроены в материнскую плату или устанавливаться в разъемы системного блока компьютера. Их тип определяется выбранной топологией сети.
В ЛВС компьютеры располагаются сравнительно недалеко друг от друга. Для связи на большом расстоянии можно использовать аппаратуру обычных телефонных линий, которая, правда, поддерживает относительно низкую скорость передачи информации. Дополнительным устройством при этом является модем.