Информационные технологии автоматизированного проектирования

Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Так, например, в машиностроении производственный цикл предприятия, определяемый временем нахождения деталей, узлов и готовых изделий в цехах, составляет 1 % всего времени от начала проектирования до выпуска готовой продукции, остальные 99% приходятся на опытно-конструкторскую, конструкторскую и технологическую подготовку производства. С другой стороны сложность решения задачи автоматизированного проектирования связана с многообразием и спецификой конкретных предметных областей.

Создание САПР-продуктов происходит в следующих направлениях [25]:

• универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации;

• открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях);

• графический редактор и графическая среда приложений;

• открытая среда конструкторского проектирования;

• САПР для непрофессионалов (домашнего использования).

Наиболее полно возможности САПР-продукта на уровне универсального графического пакета можно проследить на примере AutoCAD 2000 — новой версии самого популярного в России чертежного пакета. Рассмотрим основные особенности новой разработки фирмы Autodesk [41]:

• возможность работы с несколькими файлами чертежей в одном сеансе без потери производительности;

• контекстное всплывающее меню, включающее группу операций буферного обмена, повтора последней операции, отмены действий и возврата отмененного действия, вызова динамических интерактивных операций панорамирования и зуммирования и др.;

• наличие средств моделирования, позволяющих редактировать твердотельные объекты на уровне ребер и граней;

• возможность обращения к свойствам объектов;

• возможность выбора, группировки и фильтрации объектов по типам и свойствам;

• наличие технологии создания и редактирования блоков;

• возможность вставки в чертеж гиперссылок;

• включение DesignCenter — нового интерфейса технологии drag-and-drop для работы с блоками, внешними ссылками, файлами изображений и чертежей;

• управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на экране;

• возможность работы со слоями без вывода на печать;

• наглядная работа с размерами и размерными стилями;

• наличие средств управления видами и системами координат;

• наличие нескольких режимов визуализации от проволочного каркаса до закраски;

• наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании;

• возможность компоновки чертежей и вывода на печать;

• работа с внешними базами данных;

• наличие средств настройки с помощью редакторов Visual LISP и Visual Basic;

• совместимость версий (в форматах DWG AutoCAD R14, R13 и форматах DXF AutoCAD R14, R13, R12).

По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/3D (двух- и трехмерной геометрии) графическим пакетом средней ценовой категории.

Создание приложений связано со спецификой конкретной предметной области и решается эта задача на различных инструментальных платформах. Рассмотрим эту проблему применительно к САПР в радиоэлектронике. Радиоэлектроника является очень широкой научно-технической областью, поэтому остановимся только на проблеме проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования РЭА [13]:

• решение всего комплекса задач проектирования РЭА: ввод структурной, функциональной и принципиальной схем; проведение расчетов; моделирование; конструирование аппаратуры; технологическая подготовка производства и изготовление;

• наличие полной библиотеки элементов и узлов, источников (генераторов) сигналов и шумов, с большим набором параметров и возможностью их легкой модификации;

• наличие справочной базы данных и ГОСТов;

• проведение необходимых расчетов (надежности, мощности, рабочих режимов и других параметров);

• возможность импорта и экспорта информации из других информационных систем;

• поддержка разнообразной периферии.

Процесс проектирования РЭА принято разбивать на этапы (системный, схемный, конструкторский, технологический, производственный), а саму проектируемую РЭА на уровни (система, подсистема или аппаратура, прибор, блок, ячейка или узел). Исходя из такого разбиения, представляется естественным требование, чтобы САПР поддерживали все этапы и уровни проектирования в полном объеме. К сожалению, на практике данный подход полностью не реализован. Ниже в табл. 6.5 представлены наиболее распространенные в России САПР и обозначены обеспечиваемые ими этапы проектирования [13].

№ п/п	Система проектирования	Этапы проектирования
		Схемный	Конструкторский
		Устройство	Прибор	Блок	Ячейка	Устройство	Прибор	Блок	Ячейка
	OrCAD	_	—	+	+	—	—	—	+
	OrCAD Capture	—	—	+	+	—	—	—	—
	P-CAD	_	—	+	+	—	—	—	+
	ACCEL EDA	—	—	+	+	—	_	—	+
	DesigneLab	—	—	+	+	—	—	—	+
	Симпатия	—	—	+	+	—	—	—	—
	MR-CAD	_	—	_	+	—	—	—	—
	TangoPRO	—	—	—	+	—	—	—	+
	CADdy	—	—	—	+	—	—	—	+
	SUSIE	—	_	—	+	—	—	—	—
	Pspice	—	—	—	+	—	—	—	—
	CircuitMaker	—	—	—	+	—	—	—	—
	Dynamo	—	—	+	+	—	—	—	—
	MicroCAP	_	—	—	+	—	—	—	—
	Electronics Workbench	—	—	_	+	—	—	—	—
	HyperSignal Block Diagram	—	+	+	+	—	—	—	—
	System View	—	+	+	+	_	—	—	—
	AutoCAD	—	—	—	_	+	+	+	+
	T-FLEX CAD	_	—	_	—	+	+	+	+
	EUCLID	—	—	—	—	+	+	+	+

Приведенные в табл. 6.5 САПР условно подразделяются на три группы:

• САПР уровня ячеек (Р - CAD, OrCAD, DesignLab, ACCEL EDA, CADdy), обеспечивающие ввод схемы, разводку и производство печатных плат;

• схемотехнические САПР (PSpice, MicroCAP, Electronics Workbench, SISIE, MR-CAD, Симпатия, CircuitMaker, Dynamo), обеспечивающие ввод схемы и ее моделирование;

• САПР объемных конструкций (AutoCAD, EUCLID, T-FLEX CAD и др.), обеспечивающие разработку и выпуск конструкторской документации.

В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование ландшафта, интерьера и

др. Основные требования к системам подобного класса — приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера. В табл. 6.6 приведены характеристики таких САПР, представленных на рынке [6].

№ п/п	Система проектирования	Характеристики компьютера	Возможности
	ExtraCAD 3	Минимально допустимая конфигурация: процессор — 486/66, память — 8 Мб, ОС — DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор — Р90, память — 16 Мб, ОС — Windows 95, видеокарта 3D	Основные функции: дуги, сплайны, многоугольники, штриховка. Интерфейс — трудоемок. Документация — краткое описание
	TurboCAD 4	Минимально допустимая конфигурация: процессор — 486DX/2, память - 8 Мб, ОС -DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор — Р90, память — 16 Мб, ОС — Windows 95, видеокарта 3D	Основные функции: дуги, сплайны, многоугольники, штриховка, проволочные модели трехмерных объектов и их редеринг, импорт чертежей из двухмерных программ. Интерфейс — упорядочен, широкие возможности. Документация полная
	TotalCAD	Минимально допустимая конфигурация: процессор — 486/66, память - 8 Мб, ОС — DOS, видео — VGA. Оптимальная конфигурация: процессор — Р90, память — 16 Мб, ОС — Windows 95, видеокарта 3D	Основные функции: является упрощенной версией TurboCAD, отсутствуют трехмерное моделирование, штриховка области, смешение сетки. Интерфейс — удобный, широкие возможности. Документация — электронная версия
	DesignCAD LT	Минимально допустимая конфигурация: процессор — 386, память — 8 Мб, ОС — DOS, видео — VGA. Оптимальная конфигурация: процессор — Р90, память — 16 Мб, ОС — Windows 95, видеокарта 3D	Основные функции: двух- и трехмерное моделирование, сканирование чертежей, трассировка в векторный формат, экспорт в формате VRML. Интерфейс — широкие возможности, недостаточно удобен. Документация полная

Наиболее перспективным в области автоматизированного проектирования является использование открытых сред, основной особенностью которых является автоматизация процесса проектирования: выбор структуры объекта проектирования; необходимые расчеты, включая геометрические и т.д. Примером реализации такого подхода является СПРУТ-технология, реализованная в виде графической оболочки со сменной проблемной ориентацией DiaCAD. На рис. 6.8 представлены возможности проблемной ориентации DiaCAD, а на рис, 6.9 возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования.

Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-тех-нологии (рис. 6.10) и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивного черчения, так же как в известных средствах графического редактирования.

Возможности DiaCAD определяются перечнем решаемых задач:

• оперативная разработка чертежей с соблюдением требований ГОСТов;

• создание и использование иерархических графических баз данных;

• интерактивная параметризация чертежа и его типовых фрагментов;

• интеллектуальное редактирование (редактирование чертежа путем изменения значений размеров);

• получение параметризированных программ без программирования.

Функционально DiaCAD можно разделить на две части: среда администратора графической базы данных и среда конструктора.

Среда администратора графической базы данных предназначена для работы с иерархическими графическими базами данных и позволяет решать следующие задачи:

• создание базы данных с произвольной иерархической структурой;

• оперативный просмотр чертежа;

• копирование данных из одного чертежа в другой;

• вывод чертежа на графопостроитель или печатающее устрой-

Среда конструктора позволяет создавать и редактировать чертежи и геометрические модели.

Принципиальной отличительной особенностью DiaCAD является возможность создания на ее основе с использованием единой интегрированной среды СПРУТ собственной САПР.