Состав
и структура САПР
Лекция
по дисциплине «Системы автоматизированного
проектирования»
Каф.
ЭиАТП
САПР
— система, объединяющая технические
средства, математическое и программное
обеспечение, параметры и характеристики
которых выбирают с максимальным учетом
особенностей задач инженерного проектирования
и конструирования. В САПР обеспечивается
удобство использования программ за
счет применения средств оперативной
связи инженера с ЭВМ, специальных проблемно-ориентированных
языков и наличия информационно-справочной
базы.
Структурными
составными составляющими
САПР являются подсистемы,
обладающие всеми свойствами
систем и создаваемые как
самостоятельные системы. Это выделенные
по некоторым признакам части
САПР, обеспечивающие выполнение
некоторых законченных проектных
задач с получением
соответствующих проектных решений
и проектных документов.
По назначению
подсистемы САПР разделяют на
два вида: проектирующие
и обслуживающие
- Проектирующие
подсистемы непосредственно выполняют
проектные процедуры. Примерами проектирующих
подсистем могут служить подсистемы геометрического
трехмерного моделирования механических
объектов, изготовления конструкторской
документации, схемотехнического анализа,
трассировки соединений в печатных платах.
- Обслуживающие
подсистемы обеспечивают функционирование
проектирующих подсистем, их совокупность
часто называют системной средой (или
оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими
подсистемами являются подсистемы управления
проектными данными, подсистемы разработки
и сопровождения программного обеспечения
CASE (Computer Aided Software
Engineering), обучающие подсистемы для освоения
пользователями технологий, реализованных
в САПР.
Структурирование
САПР по различным аспектам
обусловливает появление видов
обеспечения САПР. Принято выделять
семь видов обеспечения:
- техническое
(ТО), включающее различные аппаратные
средства (ЭВМ, периферийные устройства,
сетевое коммутационное оборудование,
линии связи, измерительные средства);
- математическое
(МО), объединяющее математические
методы, модели и алгоритмы для выполнения
проектирования;
- программное
(ПО), представляемое компьютерными
программами САПР;
- информационное
(ИО), состоящее из БД, систем
управления базами данных (СУБД), а также
включающее другие данные, используемые
при проектировании; отметим, что вся совокупность
используемых при проектировании данных
называется информационным фондом САПР,
а БД вместе с СУБД носит название банка
данных (БнД);
- лингвистическое
(ЛО), выражаемое языками общения между
проектировщиками и ЭВМ, языками программирования
и языками обмена данными между техническими
средствами САПР;
- методическое
(МетО), включающее различные методики
проектирования, иногда к МетО относят
также математическое обеспечение;
- организационное
(ОО), представляемое штатными расписаниями,
должностными инструкциями и другими
документами, регламентирующими работу
проектного предприятия.
Формирование
и использование моделей объекта
проектирования в прикладных
задачах осуществляется комплексом
средств автоматизированного
проектирования (КСАП) системы (или подсистемы).
- Структурными
частями КСАП системы являются
различные комплексы средств, а
также компоненты организационного
обеспечения. Комплексы средств
относят к промышленным изделиям,
подлежащим изготовлению, тиражированию
и применению в составе САПР,
и документируют как специфицируемые
изделия. Виды комплексов средств
и компонентов САПР представлены
на рисунке
Комплексы
средств подразделяют на комплексы
средств одного вида обеспечения
(технического, программного, информационного)
и комбинированные. Комплексы средств
одного вида обеспечения содержат
компоненты одного вида обеспечения;
комплексы средств комбинированные
— совокупность компонентов разных
видов обеспечения. Комбинированные
КСАП, относящиеся к продукции
производственно-технического назначения,
подразделяются на: программно-методические
(ПМК); программно-
технические (ПТК).
- Программно-методический
комплекс представляет собой
взаимосвязанную совокупность компонентов
программного, информационного и
методического обеспечения (включая
компоненты математического и
лингвистического обеспечении), необходимую
для получения законченного проектного
решения по объекту проектирования
(одной или нескольким его частям
или объекту в целом) или выполнения
унифицированных процедур.
В зависимости
от назначения ПМК подразделяют
на общесистемные и базовые.
- Общесистемные
ПМК направлены на объекты
проектирования и вместе с
операционными системами ЭВМ
являются операционной средой, в
которой функционируют базовые
комплексы.
- Базовые
ПМК могут быть проблемно-ориентированными
и объектно-ориентированными, в зависимости
от того, реализуют ли они проектные процедуры
унифицированные или специфические для
определенного класса объектов.
---
- Проблемно-ориентированные
ПМК могут включать программные средства,
предназначенные для автоматизированного
упорядочения исходных данных, требований
и ограничений к объекту проектирования
в целом или к сборочным единицам; выбор
физического принципа действия объекта
проектирования; выбор технических решений
и структуры объекта проектирования; оценку
показателей качества (технологичности)
конструкций, проектирование маршрута
обработки деталей.
- Объектно-ориентированные
ПМК отражают особенности объектов
проектирования как совокупной предметной
области. К таким ПМК, например, относят
ПМК, поддерживающие автоматизированное
проектирование сборочных единиц; проектирование
деталей на основе стандартных или заимствованных
решении; деталей на основе синтеза их
из элементов формы; технологических процессов
по видам обработки деталей и т. п.
Программно-технический
комплекс представляет собой
взаимосвязанную совокупность компонентов
технического обеспечения. В зависимости
от назначения ПТК различают:
- автоматизированные
рабочие места (АРМ);
- центральные
вычислительные комплексы (ЦВК).
Комплексы
средств могут объединять свои
вычислительные и информационные
ресурсы, образуя локальные вычислительные
сети подсистем или систем
в целом. Структурными частями
комплексов средств являются
компоненты следующих видов обеспечения:
программного, информационного, методического,
математического, лингвистического
и технического.
- Компоненты
видов обеспечения выполняют
заданную функцию и представляют
наименьший (неделимый) самостоятельно
разрабатываемый (или покупной) элемент
САПР (например, программа, инструкция,
дисплей и т. п.). Эффективное функционирование
КСАП и взаимодействие структурных
частей САПР всех уровней должно
достигаться за счет ориентации
на стандартные интерфейсы и
протоколы связи, обеспечивающие
взаимодействие комплексов средств.
Эффективное функционирование КСАП
должно достигаться за счет
взаимосогласованной разработки (согласование
с покупными) компонентов, входящих
в состав комплексов средств.
КСАП обслуживающих подсистем, а
также отдельные ПТК этих подсистем
могут использоваться при функционировании
всех подсистем. Общесистемные ПМК
включают в себя программное,
информационное, методическое и
другие виды обеспечении. Они
предназначены для выполнения
унифицированных процедур по
управлению, контролю, планированию
вычислительного процесса, распределению
ресурсов САПР и реализации
других функций, являющихся общими
для подсистем или САПР в
целом. Примеры общесистемных ПМК:
мониторные системы, системы управления
БД, информационно-поисковые системы,
средства машинной графики, подсистема
обеспечения диалогового режима
и др.
Мониторные
системы управления
функционированием
технических средств
в САПР. (Монитор – управляющая программа)
- Основными
функциями мониторных систем
являются: формирование заданий
с контролем пакета задач, требуемых
и наличных ресурсов, права доступа
к базе данных с установлением
приоритета и номера очереди;
обработка директив языков управления
заданиями и задачами, а также
реакция на прерывания с перехватом
управления, анализом причин и
их интерпретацией в терминах,
понятных проектировщику; обслуживание
потоков задач с организацией
диалогового и интерактивно-графического
сопровождения в условиях параллельной
работы подсистем; управление проектированием
в автоматических режимах с
анализом качества исполнения
проектных операций, проверкой критериев
повторения этапа или продолжения
маршрута, выбором альтернативных
вариантов маршрута; ведение и
оптимизация статистики эксплуатации
системы; распределение ресурсов
САПР с учетом приоритетов
заданий, задач и подсистем, плановых
заданий и текущих указаний
и запросов; защита ресурсов и
данных от несанкционированного
доступа и непредусмотренных
воздействий.
Информационно-поисковые
системы (ИПС)
- Информационно-поисковые
системы (ИПС) в САПР выполняют такие
функции, как заполнение информационного
фонда (инфотеки) сведениями; арифметическую
обработку цифровых данных и лексическую
обработку текстов; обработку информационных
запросов с целью поиска требуемых сведений;
обработку выходных данных и формирование
выходных документов. Особенности ИПС
заключаются в том, что запросы к ним формируются
не программным путем, а непосредственно
пользователями, и не на формальном языке,
понятном монитору, а на естественном
языке в виде последовательности ключевых
слов — дескрипторов. Перечень дескрипторов,
содержащихся во всех принятых на хранение
описаниях, составляет словарь дескрипторов,
или тезаурус, и предназначен для формирования
поисковых предписаний. Существуют и более
сложные ИПС по сравнению с дескрипторными.
Важную роль в них играет информационно-поисковый
язык, в котором учитываются семантические
взаимоотношения между информационными
объектами. Это позволяет уменьшить число
неправильно распознаваемых языковых
конструкций, а обработку запросов производить
на основе различных критериев смыслового
соответствия.
Система
управления базами
данных (СУБД)
- Система
управления базами
данных (СУБД) — программно-методический
комплекс для обеспечения работы с информационной
базой, организованной в виде структуры
данных. Банки данных являются наиболее
высокой формой организации информации
в больших САПР. Они представляют собой
проблемно-ориентированные информационно-справочные
системы, обеспечивающие ввод необходимой
информации, не зависимые от конкретных
задач ведения и сохранения информационных
массивов и выдачи необходимой информации
по запросам пользователей или программ.
В банках данных используется информация
фактографического вида. СУБД выполняет
следующие основные функции: определение
баз данных, т. е. описание концептуального,
внешнего и внутреннего уровней схем;
запись данных в базу; организацию хранения,
выполняя изменение, дополнение, реорганизацию
данных; предоставление доступа к данным
(поиск и их выдача). Для определения данных
и доступа к ним в СУБД имеются языковые
средства. Так, определение данных, состоящее
в описании их структур, обеспечивается
с помощью языка определения данных. Функции
доступа к данным реализуются с помощью
языка манипулирования данными и языка
запросов. По типу поддерживаемых структур
различают следующие виды СУБД: иерархический,
сетевой, реляционный.
Программно-методические
комплексы машинной
графики
- Программно-методические
комплексы машинной
графики обеспечивают взаимодействие
пользователя с компьютером при обмене
графической информацией, решение геометрических
задач, формирование изображений и автоматическое
изготовление графической информации.
Графическое взаимодействие пользователя
с компьютером (так называемый графический
метод доступа) базируется на подпрограммах
ввода-вывода, которые обеспечивают прием
и обработку команд от устройства ввода-вывода
и выдачу управляющих воздействий на эти
устройства. Решение геометрических задач
(геометрическое моделирование) сводится
к преобразованию графической информации,
которое представляет собой выполнение
в той или иной последовательности элементарных
графических операций типа сдвиг, поворот,
масштабирование и т. п. Для геометрического
моделирования используется ПМК, в котором
кроме отдельных элементарных графических
операций могут быть реализованы графические
преобразования трехмерных изображений,
процедуры построения проекций, сечений
и т. п. В ПМК графических преобразований
обычно предусматриваются средства для
формирования некоторых часто используемых
изображений, управления графической
базой данных, отладки графических подпрограмм.