Лекция № 4. САПР: принципы разработки, структура

План лекции:

1. Понятие САПР

2. Подсистема САПР

3. Компоненты обеспечения САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР) представляет собой организационно-техниче­скую систему, состоящую из комплекса средств автома­тизации проектирования, взаимосвязанного с подразде­лениями проектной организации, и выполняющую авто­матизированное проектирование.

В определении САПР нашло отражение то обстоя­тельство, что система основана на применении техниче­ских и математических средств и построена в соответ­ствии с едиными методологическими и организационны­ми принципами. Важным моментом, характеризующим автоматизированные системы, является и то, что проек­тирование в них ведется с участием человека, в отли­чие от систем автоматических, где человек в процессе проектирования не участвует.

Разработка систем автоматизированного проектиро­вания должна производиться в соответствии со следующими принципами: системное единство, развитие, совместимость, стандартизация.

Системное единство означает обеспечение целостности, системы в процессе ее создания, функционирования и развития. Одно из условий этого обеспечения - подчи­нение частных целей общей цели системы, т. е. направленность работы отдельных частей системы на достиже­ние результата, который служит целью работы системы в целом. Иначе говоря, критерии оптимальности систе­мы в целом и отдельных ее частей должны быть согласованы между собой таким образом, чтобы общий ре­зультат был максимально эффективен. В такой ситуации улучшение работы отдельных частей системы, не согла­сованное с работой всей системы, может снизить эффек­тивность общего результата.

Принцип развития заключается в возможности по­полнения, совершенствования и обновления структуры и функционального назначения системы в процессе ее создания и эксплуатации. Необходимость соблюдения этого принципа объясняется тем, что система не ста­бильна, а находится в постоянном динамическом разви­тии. Отдельные элементы системы устаревают, другие обновляются и пополняются, появляются новые элемен­ты - отдельные фрагменты в составе имеющихся под­систем или целые подсистемы.

Принцип совместимости означает использование в си­стеме таких кодов, языков, символов, технических харак­теристик и т. п., которые обеспечивают совместное функ­ционирование всех ее подсистем. При этом должно быть предусмотрено и сохранение открытой структуры систе­мы, т. е. такой структуры, которая дает возможность включать новые элементы без изменения всей организа­ции системы.

Принцип стандартизации заключается в проведении унификации, типизации и стандартизации подсистем и компонентов, инвариантных к проектируемым объектам и отраслевой специфике.

В частности, это означает унификацию и централиза­цию информации, которая обрабатывается в системе. Вся информация, которая собирается, хранится и обра­батывается в системе, должна быть скомплектована на основе единого банка данных, единых массивов. Это приводит не только к унификации форм представления информации, но и к появлению новых возможностей си­стемы, связанных с получением данных о поведении си­стемы в целом.

Структурно САПР подразделяется на отдельные со­ставные части, которые обладают всеми признаками си­стем, - подсистемы. Подсистема САПР, выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивает полу­чение законченных проектных решений и соответствую­щих проектных документов.

По назначению подсистемы САПР разделяются на два вида: проектирующие и обслуживающие. К проек­тирующим относят такие подсистемы, которые предна­значены для выполнения проектных процедур и опера­ций, т. е. непосредственной разработки проекта или его частей (разделов). Обслуживающие подсистемы пред­назначены для организации технологической подготовки процессов автоматизированного проектирования, прове­дения проектно-вычислительных работ, обеспечения гра­фического отображения объектов проектирования, до­кументирования и т. д.

Подсистема состоит из компонентов САПР, которые обеспечивают выполнение определенных функций в об­щем функционировании подсистемы. Различают следую­щие компоненты обеспечения САПР: методическое обеспечение (МетО), лингвистическое обеспечение (ЛинО), математическое обеспечение (МатО), программное обес­печение (ПроО), техническое обеспечение (ТехО), ин­формационное обеспечение (ИнфО), организационное обеспечение (ОргО) (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Компоненты обеспечения САПР

Методическое обеспечение САПР представляет собой совокупность документов, в которых изложены теорети­ческие принципы и практические методы построения си­стем автоматизированного проектирования, моделирова­ния объекта и процесса проектирования; генерации проектных решений, построения системы критериев, способов их описания и определения приоритетов, оцен­ки вариантов решений; состав и правила отбора средств автоматизации выполнения проектных операций (про­цедур); методика (технология) автоматизированного проектирования; правила эксплуатации комплекса средств автоматизации проектирования.

Лингвистическое обеспечение включает описание языков программирования, терминологию, нормативы, стандарты и другие регламентирующие данные.

Математическое обеспечение содержит описание ма­тематических методов, модели и алгоритмы[4] для реше­ния задач и обработки информации.

Программное обеспечение представляет собой сово­купность документов с текстами программ, обеспечи­вающих функционирование системы; программ на ма­шинных носителях и инструкций по их эксплуатации. Программное обеспечение подразделяется на общеси­стемное и специальное.

К общесистемному обеспечению относятся:

- комплекс средств по автоматизации программирования, который облегчает разработку программ. Он вклю­чает языки описания объектов проектирования, трансля­торы, стандартные подпрограммы, тесты и т. п.;

- комплекс управляющих программ (операционная си­стема), который обеспечивает функционирование вычис­лительной системы с максимальной производительностью работы ЭВМ. Он включает формирование очередно­сти задач, координацию работы отдельных устройств, обеспечение обмена информацией, размещение ее во внешней памяти и т. п.

К специальному (прикладному) обеспечению отно­сится комплекс программ для решения конкретных проектных задач. Структура и содержание прикладного обеспечения зависят от уровня и назначения САПР. Прикладное обеспечение может состоять из отдельных программ (модулей), которые реализуют определенные проектные задачи, процедуры, операции. Если путь вы­числительного процесса известен заранее, модули вво­дятся в работу в соответствии с установленной после­довательностью. Возможна и такая организация вычис­лительного процесса, когда выбор последовательности введения отдельных модулей определяется при решении задачи (например, в режиме активного диалога).

Техническое обеспечение САПР представляет собой совокупность технических средств, обеспечивающих хра­нение, поиск и обработку проектной и научно-техниче­ской информации, используемой в системе, а также под­готовку проектной документации. Техническое обеспече­ние САПР состоит из двух основных комплексов: сред­ства вычислительной техники и средства организацион­ной техники.

Комплекс средств вычислительной техники предназначен для выполнения следующих операций:

- ввод-вывод алфавитно-цифровой и графической информации;

- хранение, накопление, поиск, обработка и передача информации;

- обеспечение работы проектировщика с системой в ре­жиме диалога в реальном масштабе времени;

- выпуск технической документации по проектируемым объектам.

Комплекс средств организационной техники предна­значен для выполнения следующих функций:

- составление текстовой документации;

- размножение и копирование документов (светокопи­ровальные, электрографические аппараты, машины офсетной печати);

- обработка проектных документов (режущие, фальце­вальные, сшивающие и другие устройства);

- хранение, поиск и транспортировка документации (хранилища, средства микрофильмирования, поисковые системы и т. п.).

К техническому обеспечению относятся также сред­ства связи, обеспечивающие взаимодействие исполните­лей и передачу данных, каналы связи между техническими средствами, измерительные и другие приборы и их сочетания.

Информационное обеспечение САПР представляет собой совокупность унифицированных систем документа­ции (типовых элементов, комплектующих изделий, ма­териалов и т. д.) и массивов информации, содержащих сведения об объекте и процессе проектирования и ис­пользуемых в системе (проектных решений, стандарт­ных проектных процедур и т. д.). Информационное обеспечение включает также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанной докумен­тации.

Эффективность информационного обеспечения систем зависит от трех основных факторов: ориентации на по­требителя; формы представления; организации хранения и поиска.

В процессе автоматизированного проектирования можно выделить два потребителя информации - проек­тировщика (коллектив проектировщиков) и ЭВМ или, точнее, программы для ЭВМ. Указанные потребители для решения своих задач постоянно обращаются к соот­ветствующей информации. Поэтому для эффективной работы проектирующей системы необходимо при орга­низации информационного базиса учитывать специфику потребителя. Исходя из потребительских свойств инфор­мации, различают два вида информации - для проекти­ровщиков и для машины.

Для эффективной эксплуатации САПР должна быть обеспечена простота обращения к источникам информа­ции. Это означает, что проектировщик может делать запрос на своем профессиональном языке или языке, максимально к нему приближенном. Все необходимые данные должны храниться в естественной форме в соот­ветствующих типах хранилищ.

Основная задача при разработке информационного обеспечения - создание его рациональной структуры с определенным расположением всех справочных доку­ментов, которые используются при проектировании. При этом следует иметь в виду, что структура и даже но­менклатура проектных документов меняется. Следова­тельно, структуру информационного обеспечения нужно организовать таким образом, чтобы она была макси­мально приспособлена для эффективного поиска и об­новления информации. Вся информация, входящая в ба­зы данных, может быть разделена на две большие груп­пы— постоянную и переменную.

Постоянная информация характеризует класс проек­тируемых объектов в целом. К ней относится различного вида проектно-нормативная документация: каталоги ин­дустриальных изделий конструкций, отдельные требова­ния СНиП, ценники и т. п. Принципы записи и хране­ния информации могут быть различными: непосредствен­ная информация в цифровом виде или алгоритм форми­рования информации. Например, элементы каталога индустриальных изделий, конструкций могут быть записа­ны на машинных носителях в цифровом виде, в форме, соответствующей обычной библиотечной организации хранения. При этом возможны повторение данных и из­быточность информации. Построение того же каталога будет рациональнее, если для каждого типа элементов (колонн, ригелей и т. п.) установить набор соответствую­щих свойств. Тогда описание каталога может включать не список всех отличительных элементов, а только набор правил, устанавливающих допустимые в пределах ката­лога комбинации свойств элемента.

Переменная информация отражает свойства конкрет­ного объекта проектирования, его типологические, топо­логические, геометрические и другие характеристики. К переменной информации относится вся информация, которая вырабатывается в процессе проектирования, а также информация о содержании исходных данных и заданий на проектирование.

Организационное обеспечение САПР представляет со­бой совокупность документов, описывающих организа­ционную структуру системы и связи между ее элемен­тами; последовательность и состав работ, приказы, штат­ное расписание и квалификацию исполнителей; времен­ные затраты труда исполнителей и работы ЭВМ; источ­ники информации для выполнения работ; порядок взаи­модействия подразделений организации с комплексом средств автоматизированного проектирования.

Все компоненты обеспечения САПР должны быть увязаны в едином комплексе и направлены на выпол­нение основной задачи системы. В конкретных системах возможно объединение перечисленных компонентов обеспечения, например методического, лингвистического и математического.

Системы автоматизированного проектирования и их подсистемы разрабатываются в несколько стадий, после­довательность и содержание которых установлены ГОСТом[5].

На стадии предпроектных исследований проводится обследование проектных организаций, в которых пред­полагается создавать САПР. На следующих стадиях разрабатывается техническое задание, а затем техническое предложение, в котором обосновывается выбор ва­рианта САПР.

В дальнейшем осуществляется последовательная, все более детальная разработка решений по созданию САПР: принципиальных - на стадии эскизного проекта; окончательных - на стадии технического проекта; оформление рабочей документации - на стадии рабочего проекта. Каждая из перечисленных стадий заканчивает­ся подготовкой соответствующих отчетов и документов, их согласованием и утверждением.

За разработкой документации следует стадия изго­товления, отладки, испытания, в ходе которой осуществ­ляется получение готовых комплектов технических средств автоматизированного проектирования или их из­готовление, монтаж, наладка и испытания. Идет подго­товка организации к вводу системы в действие. Ввод системы в действие - заключительная стадия создания САПР, когда система проходит опытные испытания и сдается в эксплуатацию.

При создании САПР не все названные стадии обяза­тельны. Допускается выполнение перечня работ, входя­щих в установленную ГОСТом стадию, на последующей стадии. Например, при создании САПР на базе типовых подсистем, разработанных другими организациями, ста­дии: предпроектные исследования, эскизный проект и технический проект — необязательны.

В зависимости от содержания выполняемых опера­ций и комплексности решения проектных задач САПР могут иметь проблемную и объектную ориентацию. САПР проблемной ориентации представляет собой си­стему средств, используемых в процессах автоматизиро­ванного проектирования. Результат функционирования этого рода САПР - промежуточные проектные документы, которые используются при разработке проектной документации. Пример САПР проблемной ориентации дают пакеты прикладных программ (ППП), которые предназначены для решения определенного класса за­дач, например теплотехнических, светотехнических, аку­стических расчетов, графических работ и т. п.

САПР объектной ориентации представляет собой до­статочно самостоятельную систему автоматизированного проектирования конкретного объекта или его части, которая может быть выделена из общего процесса проек­тирования и обладает всеми признаками системы. К САПР объектной ориентации относятся технологиче­ские линии автоматизированного проектирования.

Контрольные вопросы:

1. Принцип системного единства при разработке САПР

2. Принцип развития при разработке САПР

3. Принцип совместимости при разработке САПР

4. Принцип стандартизации при разработке САПР

5. Методическое, лингвистическое, математическое обеспечение САПР

6. Программное обеспечение САПР (общесистемное, специальное)

7. Техническое обеспечение САПР

8. Информационное обеспечение САПР

9. Организационное обеспечение САПР

10. Стадии разработки САПР и их подсистем

11. САПР проблемной и объектной ориентации