Введение
Широкое внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) во все сферы промышленной разработки продукции является свершившимся фактом. За последние десятилетия системы автоматизированного проектирования прошли путь от простых систем двухмерного рисования и разработки чертежей до программных продуктов, включающих поддержку полного цикла разработки и производства изделия. Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов – важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень ускорения научно-технического прогресса общества. Развитие САПР опирается на прочную научно-техническую базу. Это – современные средства вычислительной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов. В настоящее время созданы и применяются в основном средства и методы, обеспечивающие автоматизацию рутинных процедур и операций, таких, как подготовка текстовой документации, преобразование технических чертежей, построение графических изображений и т.д. Но в целом возможности САПР определяются программным обеспечением, которое зачастую делят на уровни, в зависимости от сложности систем и их возможностей.
1. САПР нижнего уровня. Применяются при выпуске конструкторской документации, не связанной друг с другом. В том числе и САПР, обеспечивающие выпуск комплектов конструкторской документации (КД), а также текстовые документы, сборочные, подсборочные, связанные друг с другом. Такие системы применяются в строительстве, архитектуре, геодезии машиностроении и др.
2. САПР среднего уровня. Поверхностное и твердотельное моделирование в трехмерном пространстве, выпуск документации на проектируемую модель. Применяется также в машиностроении, архитектуре, геодезии. САПР среднего уровня позволяет инженерам-конструкторам повысить производительность контроля, документирования и проектирование изделий.
3. САПР верхнего уровня. Дает возможность проводить комплексное решение задач моделирования объектов, выпуск конструкторской документации, расчетов, помогать решить специфические и прикладные задачи. Применяется в области архитектурного проектирования, строительстве, машиностроении.
Требования, предъявляемые к техническому обеспечению.
ТО САПР представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств (hardware), предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. Техническое обеспечение делится на группы средств программной обработки данных, подготовки и ввода данных, средств отображения и документирования, архива проектных решений, средств передачи данных.
Средства программной обработки данных представлены процессорами и запоминающими устройствами, т.е. устройствами ЭВМ, в которых реализуются преобразования данных и программное управление вычислениями. Средства подготовки, ввода, отображения и документирования данных служат для общения человека с ЭВМ. Средства архива проектных решений представлены внешними запоминающими устройствами. Средства передачи данных используются для организации связей между территориально разнесенными ЭВМ и терминалами (оконечными пунктами).
Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:
1. Выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;
2. Взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;
3. Взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим проектом.
Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти. Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода – вывода данных и прежде всего устройств обмена графической информацией. Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.
В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис.1.1). Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими местами (АРМ) или рабочими станциями WS – Workstation (англ. рабочая станция), 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.1.1. 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 определенном направлении; примерами линий связи могут служить коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС).
Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM – Time Division Method), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частное разделение (FDM – Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.
В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах) объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычислительная сеть (ЛВС или LAN – Local Area Network) имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети. При этом топология соединений узлов (рис. 1.2) может быть шинная (bus), кольцевая (ring), звездная (star).
Рис. 1.2. Варианты топологии локальных вычислительных сетей: а) шинная; б) кольцевая; в) звездная
Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.
В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной. В ее структуре можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных, то они образуют новую подсеть, называемую опорной; (или транспортной), а вся сеть оказывается иерархической структуры.
Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью (WAN – Wide Area Network). В территориальной сети различают магистральные каналы передачи данных (магистральную сеть), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией; или соединением "последней мили".
Рис. 1.3.Структура технического обеспечения САПР
Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 1.3. Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР, называемая архитектурой клиент-сервер. В сетях клиент-сервер выделяется один или несколько узлов, называемых серверами, которые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными, их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций, но если эти средства сосредоточены на конкретном узле вычислительной сети, то тогда понятие сервер относится именно к узлу сети.
Сети клиент-сервер различают по характеру распределения функций между серверами, другими словами, их классифицируют по типам серверов. Различают файл-серверы для хранения файлов, разделяемых многими пользователями, серверы баз данных, автоматизированной системы, серверы приложений; для решения конкретных прикладных задач, коммутационные серверы (называемые также блоками взаимодействия сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например, серверы электронной почты.
В случае специализации серверов по определенным приложениям сеть называют сетью распределенных вычислений. Если сервер приложений обслуживает пользователей одной ЛВС, то естественно называют такой сервер локальным. Но поскольку в САПР имеются приложения и базы данных, разделяемые пользователями разных подразделений и, следовательно, клиентами разных ЛВС, то соответствующие серверы относят к группе корпоративных, подключаемых обычно к опорной сети (см. рис. 1.3.).
Наряду с архитектурой клиент-сервер применяют одноранговые сети, в которых любой узел в зависимости от решаемой задачи может выполнять как функции сервера, так и функции клиента. Организация взаимодействия в таких сетях при числе узлов более нескольких десятков становится чрезмерно сложной, поэтому одноранговые сети применяют только в небольших по масштабам САПР.
В соответствии со способами коммутации различают сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. В первом случае при обмене данными между узлами A и B в сети создается физическое соединение между A и B, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть. Здесь передача информации происходит быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при обмене данными возможны длительные паузы и канал "простаивает". При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов A и B, не создается. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами, которые передаются в разветвленной сети от A к B или обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.