Основные требования к САПР

Основные требования к САПР связаны в основном с их эксплуатационными характеристиками, универсальностью САПР, а также возможностью адаптации к быстроменяющимся условиям проектирования и производства. К основным требованиям относятся:

1. Простой доступ пользователя к САПР.Под простым доступом понимается возможность реализации проектной процедуры, необходимой пользователю, на основе специальных языковых средств, ориентированных на пользователя. Система автоматизированного проектирования снимает с пользователя трудоемкие задачи создания математического описания и программирования модели. Чем выше «интеллект» системы, тем более прост и лаконичен язык общения пользователя с САПР. Основой простоты взаимодействия пользователя с системой САПР является программное обеспечение. Внешне эта простота проявляется в виде соответствующих языков, ориентированных на взаимодействие пользователя с САПР.

2. Прямой доступ пользователя к САПР.Под прямым доступом понимается возможность непосредственного обращения пользователя к программно-информационным средствам САПР, иначе говоря, возможность оперативного ввода данных и отображение результатов проектирования. В подобном режиме прямого доступа пользователь может формировать и отлаживать программу, вводить новые данные, получать в виде распечаток и графических результатов проектные и расчетные операции.

Режим прямого доступа в САПР способствует исключению из технологического цикла проектирования промежуточных звеньев, позволяет сосредоточить проектные работы в одном центре. Иначе говоря, средства прямого доступа обеспечивают централизацию проектирования.

Подобная централизация резко повышает эффективность техпроцесса благодаря предельному сокращению пауз между отдельными процедурами и тем самым повышает наполненность содержательными работами и сокращает общее время технологического процесса проектирования (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема взаимодействия пользователя со средствами САПР: а - пакетный режим; б - диалог с использованием терминала

Требования к пользователю САПР. Для настоящего времени будущие пользователи автоматизированного проектирования (АП) во время их профессиональной учебы недостаточно или совершенно не готовятся к работе с САПР. Это замечание, прежде всего, относится к направленности курсов основных дисциплин, которые почти исключительно ориентированы на традиционные методы обучения или работы. Для пользователя прежде всего необходимо знание обработки данных, английского языка и дисциплины.

Все САПР ориентированы на пользователя, т. е. внутренние процессы, происходящие в САПР, остаются для пользователя в большинстве случаев скрытыми. Все же целесообразно уметь мысленно воспроизводить последовательность действий системы, что позволяет предотвращать заведомо нереалистические представления и приемы работы.

Большинство работающих сейчас систем по «происхождению» англоязычные или же создавались для экспортных поставок, и в них английский язык используется как основной. Хотя перевод системы на другие языки принципиально возможен, но с этим связан большой объем работы. Диалог между пользователем и системой происходит на простейшем английском языке, насыщенном специальными терминами АП.

Эксплуатация САПР предполагает соответствующую учебу. Содержание и объем подготовки ориентированы в каждом случае на конвейерную систему, на которой предстоит работать будущему пользователю, так как содержание и объем курса весьма специфичны, он не может являться составной частью общеобразовательной подготовки и, как правило, пользователь обучается на курсах повышения квалификации.

Универсальность программного обеспечения (ПО) и адаптация САПР к условиям проектирования.Универсальность определяется степенью инвариантности программ по отношению к проектным задачам. Универсальное программное обеспечение позволяет решать с помощью одних и тех же средств широкий круг проектных задач.

Адаптируемость и универсальность САПР подчинены по сути одним целям. Оба понятия связаны с созданием программно-информационных средств, обеспечивающих выполнение проектных работ по широкому классу изделий при различных изменяющихся условиях проектирования. Однако адаптируемость, в отличие от универсальности, предполагает главным образом возможность включения в систему новых программных средств и расширения базиса структурного синтеза для отслеживания непредусмотренных изменений среды проектирования.

К изменениям среды относятся: смена используемой в проектировании базы, изменение конструктивов, смена технологических требований, изменение парка исполнительных автоматов, смена состава и формы конструкторской документации, появление более современных методов (алгоритмов) проектирования. Средства адаптации обеспечивают долговечность и живучесть системы.

Адаптация в современных САПР осуществляется реализацией двух основных принципов:

- модульных принципов построения структуры программного обеспечения (ПО);

- отделения данных от программы и создания самостоятельно функционирующей базы данных, связанной стандартным программным интерфейсом с программными модулями.

Модульный принцип предполагает возможность включения и выключения отдельных процедур без нарушения функционирования САПР. Это позволяет при необходимости заменить одни программные модули другими и вставить новые.

Создание баз данных является обязательным условием реализации модульного принципа, поскольку в этом случае исключение отдельной программы не нарушает целостность информационного взаимодействия программных средств. База данных в САПР является сосредоточением (библиотекой) математических модулей элементного базиса проектирования,
т. е. того базиса, из которого формируются модели сложных объектов.

3.7. Связь САПР с производством,
расширение области применения

При использовании САПР для изготовления объекта необходим огромный объем проектной информации. При традиционных ручных способов производства САПР должна поставлять текстовую и графическую конструкторскую документацию с описанием технологических процессов. При автоматизированном производстве отдельной для САПР является постановка программ для станочного парка с ЧПУ и автоматом контроля.

Входные и выходные данные расчетов нередко имеют непосредственное отношение к геометрии конструируемых объектов. Поэтому предпринимаются попытки увязать расчеты с графическими процедурами или полностью интегрировать их в процесс АП.

Важным видом расчета является метод конечных элементов, применяемый тогда, когда сложность детали уже не позволяет использование аналитических методов. Методом конечных элементов (МКЭ) сложные детали конструкции расчленяют на простые основные элементы, которые легко поддаются расчету. Путем стыковки соседних элементов получают большое число уравнений (систему) со многими неизвестными, часто многими тысячами неизвестных. Решение таких систем доступно только высокопроизводительным ЭВМ, т. к. для этого требуется выполнение огромного количества арифметических операций.

Распространенными областями применения МКЭ являются прочностные расчеты, распределение температур и др. При этом результаты расчетов могут быть представлены графически, например, в виде линий напряжений или деформаций. Связь других объемных геометрических расчетов с САПР почти всегда находится через интерфейсы. На практике это значит, что работают две независимые друг от друга программные системы, которые могут между собой обмениваться данными.

Так, например, результаты расчета зубчатого зацепления могут быть переданы САПР в качестве геометрических элементов, а там подвергаться дальнейшей обработке любым образом для использования при выполнении штриховки или нанесения размеров.

Вариантное конструирование.Возможность вариантного конструирования используется в случае, когда существует постоянная потребность в формировании чертежей деталей, которые могут быть выполнены путем варьирования по жесткой схеме. Различают размерные варианты и варианты формы.

Например, требуется получить варьируемый по длине и ширине прямоугольник с точкой привязки в нижнем левом углу. Пользователь запускает вариантную программу применяя, например команду: ПУСК, ВАРИАНТ, ПРЯМОУГОЛЬНИК.

Программа запрашивает необходимые данные и дает соответствующие пояснения:

«ввод длины:»

«ввод ширины:»

«ввод начальных координат:».

Пользователь после двоеточия указывает желаемые величины. Системы используют различные языки: Фортран, Бейсик и др.

Генерирование спецификаций.С целью составления спецификаций информация, хранящаяся в памяти ЭВМ, преобразуется и затем используется. При этом обязательны две предпосылки:

- требуемая информация, а также и ее необходимая форма, должны быть введены заранее вместе с чертежом;

- САПР должна уметь обрабатывать эту информацию т. е. должна располагать соответствующим интерфейсом.

Лучше всего удается составить спецификацию, когда каждая отдельная деталь выполняется автономно, снабжается требуемым обозначением и для составления сборочного чертежа затем вызывается из банка данных. Программы, предназначенные для составления спецификаций, должны обеспечить чтение и использование данных чертежей, и, в случае необходимости, автоматически корректироваться.

Интерфейсы с банком данных.Если в рамках одной САПР решение всех задач пользователя не обеспечивается, то она должна представить возможность посредством интерфейса АП - банка данных считать хранящуюся в нем информацию или записать в него требуемые данные

В основном каждый изготовитель САПР пользуется собственными интерфейсами, т. к. отсутствуют общепринятые нормы, по которым могли бы обмениваться данными АП.

Отыскивание деталей-аналогов.Ведутся разработки, которые позволяют осуществлять просмотр чертежей полученных при АП на экране графического дисплея. При этом алфавитно-цифровой поиск деталей повторного использования по предметным признакам комбинируется с быстрым «перелистыванием» чертежей.

Влияние новой технологии.При внедрении САПР для предприятий важной характеристикой является экономия рабочего времени. Из литературных источников следует, что с применением АП объем работ, связанный с чертежной доской, уменьшает вдвое, а в отдельных специальных случаях и в 20 раз. Продуктивное использование САПР означает не столько минимизацию конструкторских работ, сколько достижение оптимального соотношения между объемом работы и ее результатом.

3.8. Система автоматизированного
проектирования цементных заводов

В качестве главного принципа создания САПР следует назвать принцип комплексного охвата решаемых системой проектных задач. Невозможность широкого внедрения автоматизации отдельных проектных задач объясняется тем, что каждая отдельная задача встречается достаточно редко, вследствие чего разработка и поддержание работоспособности каждой автоматизированной процедуры в виде отдельной системы с большим количеством вспомогательных ресурсов становятся нерентабельными.

Только в том случае, когда все задачи объединены в единую систему с непрерывной передачей информации от одной проектной процедуры к другой, с едиными обслуживающими подсистемами, автоматизированное проектирование сможет решить возложенные на него задачи.

Рассмотрим в качестве примера состав и функционирование
системы автоматизированного проектирования цементных заводов (САПР-ЦЕМЕНТ), разработанную в институте Гипроцемент.

Как уже отмечалось ранее, основными компонентами САПР являются: комплекс технических средств, программное обеспечение, информационное обеспечение, методическое обеспечение.

Комплекс технических средств (КТС). КТС САПР строится на базе высокопроизводительных ЭВМ, доукомплектованных набором устройств, выполняющих специфические функции для нужд проектирования.

Производительность КТС является критерием, определяющим потенциальные возможности разрабатываемой САПР. Наиболее критичными параметрами в этом плане являются:

- быстродействие процессора;

- объем оперативной памяти;

- объем памяти внешних запоминающих устройств.

Программное обеспечение.Программное обеспечение по своему назначению классифицируется следующим образом:

- стандартное программное обеспечение, поставляемое вместе с универсальной ЭВМ; сюда входит операционная система, осуществляющая управление вычислительным процессом и распределение ресурсов между работающими программами и трансляторы с универсальных языков программирования;

- специальное системное программное обеспечение, то есть программы, выполняющие функции, специфичные для разрабатываемой системы;

- проблемное программное обеспечение, то есть программы, непосредственно выполняющие необходимые проектные процедуры.

Большие системы проблемных программ разбиваются по различным признакам на более мелкие компоненты, такие как подсистемы, пакеты прикладных программ (ППП), программные модули. САПР заводов, как правило, состоит из следующих подсистем:

- технологического проектирования;

- строительного проектирования;

- электротехническое проектирование;

- сантехнического проектирования;

- проектирования КИП и автоматики;

- генплана;

- сметы;

- экономики.

Отметим, что все подсистемы, кроме технологической, являются практически независимыми от профиля проектируемого завода, поэтому в настоящее время формируются подсистемы, которые позволяют решать задачи соответствующих частей проекта в различных проектных организациях.

Различие в технологических процессах и типах применяемого оборудования не позволяет создать универсальную подсистему технологического проектирования, поэтому такие подсистемы разрабатываются специально для проектирования заводов с близкой организацией технологических процессов.

В состав подсистемы (САПР-ЦЕМЕНТ) входят следующие пакеты прикладных программ:

ППП СЫРЬЕ (обработка предпроектной информации);

ППП БАЛАНС (определение основных параметров завода);

ППП ВЫБОР (выбор основного технологического оборудования);

ППП АНАЛИЗ (системный анализ технологических схем);

ППП ТРАНСПОРТ (проектирование транспортных внутризаводских коммуникаций и вспомогательного технологического оборудования);

ППП ЗАДАНИЕ (выпуск спецификаций и задание на проектирование смежных частей проекта).

Информационное обеспечение.Информационное обеспечение включает в свой состав следующие средства:

1. Систему управления базой данных (СУБД) - это программная система, осуществляющая распределение памяти под разделы БД, а также операции занесения, поиска и стирания информации.

2. Систему организационных мероприятий, поддерживающих базу данных, куда входят информационные источники, а также подразделения, ответственные за своевременную корректировку содержимого общесистемных разделов БД.

3. Непосредственные разделы базы данных (БД).

В большинстве случаев для выбора оборудования и определения параметров, характеризующих его работу в конкретной технологической ситуации, недостаточно знаний констант, которые могут быть получены из БД. Так производительность агрегата, потребляемая мощность, нормы обслуживания, как правило, зависят от свойств перерабатываемых материалов. Для того чтобы учесть наличие несложных функциональных зависимостей, в САПР-ЦЕМЕНТ база данных дополнена библиотекой фрагментов (БФ). Фрагмент - это процедура, описывающая на специальном языке алгоритм расчета одного или нескольких параметров, причем во фрагменте можно использовать информацию из БД. Обращение к фрагменту осуществляет система при обнаружении в БД ресурса, указывающего номер фрагмента.

Методическое обеспечение.Методический материал включает в свой состав следующие виды документов:

- общее описание системы, в которой излагаются принципы построения и описание функционирования системы в целом и взаимодействие различных видов обеспечения;

- описание программного обеспечения, которое содержит алгоритмы вычислительных процессов и структуры программ;

- описание информационного обеспечения;

- инструкция по эксплуатации.

Последний вид документа является основным для проектировщика, работающего с отдельными компонентами САПР. В нем рассмотрены форматы обращения к программам системы для решения различных проектных задач, а также ситуации, возникающие в процессе решения.