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 :
· 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 :
· 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 :
· 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 .
Таблица 6.5
| № п/п | Система проектирова-ния | 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-FLEXCAD | - | - | - | - | + | + | + | + | |
| EUCLID | - | - | - | - | + | + | + | + |
· 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 .
Таблицa 6.6
| № 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 | |
| TuiboCAD 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 упрошенной 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.
Рис. 6.8. Возможности проблемной ориентации DiaCAD
Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-технологии (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.
Рис. 6.9. Возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования
Рис. 6.10. СПРУТ-технология
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 устройство.
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.
Контрольные вопросы
1. Какие информационные технологии используются в корпоративном управлении?
2. Какие экономико-математические модели используются в корпоративном управлении?
3. В чем идея виртуального бизнеса?
4. На каких принципах основана архитектура «клиент-сервер»?
5. На каких принципах основана архитектура Интранета?
6. Какие открытые стандарты используются в архитектуре Интранета?
7. Определите классы задач, решаемых с помощью корпоративных информационных систем.
8. Какие существуют типы корпоративных информационных систем?
9. Сформулируйте основные направления информатизации банковской деятельности.
10. Какие программные системы используются в информатизации финансовой деятельности?
11. Назовите принципы информатизации управления технологическими процессами.
12. Что представляет собой модульная архитектура контроллеров?
13. Определите основополагающие аспекты информатизации образования.
14. Определите факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов в образовательном процессе.
15. Сформулируйте отрицательные последствия использования информационных технологий в образовании.
16. Назовите дидактические требования при использовании компьютерных технологий в образовании.
17. Каковы отрицательные и положительные качества использования информационных технологий в образовании?
18. Каковы основные направления использования информационных технологий в образовании?
19. Перечислите типы компьютерных обучающих программ, используемых в учебном процессе.
20. Сформулируйте основные направлениях создания САПР-продуктов.
21. Каковы основные особенности AutoCAD 2000?
22. Укажите основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования радиоэлектронной аппаратуры.
23. Что понимают под открытой средой в САПР-технологиях?
24. В каких случаях используется система DiaCAD?
Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования, называется техническим обеспечением САПР.
Технические средства совместно с общими системным программным обеспечением являются инструментальной базой САПР. Они образуют физическую среду, в которой реализуются другие виды обеспечения САПР (математическое, лингвистическое, информационное и пр.).
Технические средства в САПР решают задачи:
Ввода исходных данных описания объекта проектирования;
Отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;
Преобразования информации (изменения формы представления данных, перекодировки, трансляции, выполнения арифметических и логических операций, изменения структуры данных и т. п.);
Хранения различной информации;
Отображения итоговых и промежуточных результатов решения;
Оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.
Для решения этих задач технические средства (ТС) САПР должны содержать процессоры, оперативную память (ОП), внешние запоминающие устройства (ВЗУ), устройства ввода-вывода информации (УВВИ), технические средства машинной графики, устройства оперативного общения человека с ЭВМ, устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами. При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в составе ТС должны быть включены устройства, приобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками, технологическими комплексами, автоматами. Номенклатура ТС, входящих в комплекс технических средств (КТС) САПР следующая:
1 ЭВМ (центральные процессоры, специализированные процессоры, оперативная память, процессоры ввода-вывода, устройства сопряжения интерфейсов)
2 Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, накопители на гибких магнитных дисках, накопители на магнитной ленте)
3 Устройства ввода-вывода информации (устройства ввода-вывода с перфокарт, устройства ввода-вывода с перфолент, печатающие устройства, устройства вывода на микрофиши, растровые печатающие устройства)
4 Устройства оперативной связи с ЭВМ (алфавитно-цифровые дисплеи, устройства речевого ввода-вывода, устройства управления курсором, графические дисплеи)
5 Устройства машинной графики (устройства кодирования графической информации, графопостроители, графические дисплеи, устройства управления курсором, растровые печатающие устройства)
6 Устройства подготовки данных
7 Устройства связи с технологическим оборудованием
8 Технические средства теледоступа и сетей ЭВМ (мультиплексоры передачи данных, аппаратура передачи данных, сетевые контролеры, связные процессоры, каналы связи).
Перечисленные задачи ТС решают совместно с общесистемным программным обеспечением. Под общесистемным программным обеспечением подразумеваются операционные системы (ОС) ЭВМ. Совокупность технических средств ЭВМ и ее программного обеспечения называют вычислительной системой (ВС).
Характеристики конкретной САПР в значительной степени определяются составом КТС и общесистемного программного обеспечения, которые должны обеспечивать:
Производительность ЭВМ, достаточную для решения всех проектных задач;
возможность оперативного взаимодействия проектировщика с ЭВМ в процессе проектирования;
Простоту освоения, эксплуатации и обслуживания КТС;
Открытость КТС для реконфигурации и дальнейшего развития;
Широкое использование входной и выходной графической информации о проектируемом объекте;
информационную связь между различными уровнями проектирования.
5.1.2 Общие сведения об ЭВМ и ВС, используемых в САПР
Основной КТС САПР являются разнообразные ЭВМ. При определении возможности использования той или иной ЭВМ в составе КТС их оценивают по совокупности различных показателей, главные из которых - технические характеристики, стоимость приобретения и эксплуатации.
К основным техническим параметрам ЭВМ относятся производительность, емкость оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), пропускную способность подсистемы ввода-вывода информации, надежность функционирования и др.
Производительность - один из важнейших показателей ЭВМ, измеряемые количеством операций, выполняемых за единицу времени (обычно операций в секунду). Этот показатель для разных типов ЭВМ колеблется от нескольких сотен до сотен миллионов операций в секунду. В последние годы производительность определяется тактовой частотой процессора.
Емкость ОЗУ определяет возможности ЭВМ по выполнению сложных программ с обработкой больших объемов информации. Емкость ОЗУ может выражаться в битах, байтах, словах, килобайтах, мегабайтах и т.п. Наиболее распространена оценка емкости ОЗУ в байтах, килобайтах (1Кбайт=1024 байт), мегабайтах (1Мбайт=1024Кбайт), гигабайтах (1Гбайт=1024Мбайт). Емкость ОЗУ для ЭВМ, используемых в САПР, колеблется от десятков килобайт до единиц гигабайтов.
Пропускная способность подсистем ввода-вывода ЭВМ, позволяет определить возможности ЭВМ при обмене информацией с различными периферийными устройствами или другими ЭВМ. Она измеряется максимальным количеством единиц информации, переданная через подсистему ввода-вывода за единицу времени.
Надежность функционирования ЭВМ оценивается рядом показателей, имеющих вероятностный характер, например, вероятностью безотказной работы в течении заданного интервала времени, наработкой на отказ, средним временем восстановления работоспособности ЭВМ, коэффициентом готовности и т. д.
В настоящее время для работы САПР, в основном, используются ЭВМ общего назначения. На сегодняшний день в мире существует множество ЭВМ (далее – компьютеров) различных групп сложности, различных поколений, и здесь будет приведен краткий обзор компьютеров лишь одной фирмы IBM, как общепризнанного лидера в производстве и продаже вычислительной техники. Вся компьютерная серия IBM программно и технически совместима внутри себя, что послужило ее широкому распространению в том числе для автоматизации технологического 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 :
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 :
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 :
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 .
Т а б л и ц а 6.5
| № 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 | - | - | - | - | + | + | + | + |
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 .
Т а б л и ц а 6.6
| № п/п | Система проектирования | Характеристики компьютера | Возможности |
| ExtraCAD 3 | 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
Рис. 6.8. Возможности проблемной ориентации DiaCAD
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 интерактивно-
Рис. 6.9. Возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования
| Открытая операционная среда СПРУТ | Общие ресурсы среды | £ Оч | Специализированная конструкторская система проектирования | ||||||
| ё а. | Расширенные команды редактирования | ||||||||
| Модуль интерактивной геометрии | Открытая конструкторская "~ *~ среда DiaCad | ||||||||
| - ^ | s Сц | Геометрические модели | |||||||
| ^s- 1 | |||||||||
| £ & | Конструкторские документы | Графическая БД | |||||||
Рис. 6.10. СПРУТ-технология
го 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.
Контрольные вопросы
1. Какие информационные технологии используются в корпоративном управлении?
2. Какие экономико-математические модели используются в корпоративном управлении?
3. В чем идея виртуального бизнеса?
4. На каких принципах основана архитектура «клиент-сервер»?
5. На каких принципах основана архитектура Интранета?
6. Какие открытые стандарты используются в архитектуре Интранета?
7. Определите классы задач, решаемых с помощью корпоративных информационных систем.
8. Какие существуют типы корпоративных информационных систем?
9. Сформулируйте основные направления информатизации банковской деятельности.
10. Какие программные системы используются в информатизации финансовой деятельности?
11. Назовите принципы информатизации управления технологическими процессами.
12. Что представляет собой модульная архитектура контроллеров?
13. Определите основополагающие аспекты информатизации образования.
14. Определите факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов в образовательном процессе.
15. Сформулируйте отрицательные последствия использования информационных технологий в образовании.
16. Назовите дидактические требования при использовании компьютерных технологий в образовании.
17. Каковы отрицательные и положительные качества использования информационных технологий в образовании?
18. Каковы основные направления использования информационных технологий в образовании?
19. Перечислите типы компьютерных обучающих программ, используемых в учебном процессе.
20. Сформулируйте основные направлениях создания САПР-продуктов.
21. Каковы основные особенности AutoCAD 2000?
22. Укажите основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования радиоэлектронной аппаратуры.
23. Что понимают под открытой средой в САПР-технологиях?
24. В каких случаях используется система DiaCAD?
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:
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:
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 Design Center - 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 DFX AutoCAD R14, R13, R12).
По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/ЗD (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:
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.
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.
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.
Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-технологии и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивно го 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 устройство.
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.
Аннотация: В лекции приводятся основные определения, назначение и принципы систем автоматизированного проектирования (САПР). Даются сущность и схема функционирования САПР. Показано место САПР РЭС среди других автоматизированных систем. Рассматриваются структура и разновидности САПР. Основное назначение лекции - показать сущность процесса проектирования РЭС, основные принципы проектирования. Особенное внимание уделяется системному подходу к проектированию конструкции и технологии производства РЭС
4.1. Определение, назначение, цель
По определению, САПР - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации , выполняющая автоматизированное проектирование объекта , которое является результатом деятельности проектной организации [ , ].
Из этого определения следует, что САПР - это не средство автоматизации, а система деятельности людей по проектированию объектов . Поэтому автоматизация проектирования как научно-техническая дисциплина отличается от обычного использования ЭВМ в процессах проектирования тем, что в ней рассматриваются вопросы построения системы, а не совокупность отдельных задач. Эта дисциплина является методологической, поскольку она обобщает черты, являющиеся общими для разных конкретных приложений .
Идеальная схема функционирования САПР представлена на рис. 4.1 .
Рис.
4.1.
Эта схема идеальна в смысле полного соответствия формулировке согласно существующим стандартам и несоответствия реально действующим системам, в которых далеко не все проектные работы выполняются с помощью средств автоматизации и не все проектировщики пользуются этими средствами.
Проектировщики, как следует из определения, относятся к САПР . Это утверждение вполне правомерно, т. к. САПР - это система автоматизированного, а не автоматического проектирования. Это значит, что часть операций проектирования может и всегда будет выполняться человеком. При этом в более совершенных системах доля работ , выполняемых человеком, будет меньше, но содержание этих работ будет более творческим, а роль человека в большинстве случаев - более ответственной.
Из определения САПР следует, что целью ее функционирования является проектирование. Как уже было сказано, проектирование - это процесс переработки информации, приводящий в конечном счете к получению полного представления о проектируемом объекте и способах его изготовления .
В практике неавтоматизированного проектирования полное описание проектируемого объекта и способов его изготовления содержит проект изделия и техническую документацию. Для условия автоматизированного проектирования еще не узаконено названия конечного продукта проектирования, содержащего данные об объекте , и технологии его создания. На практике его называют по -прежнему "проектом".
Проектирование - это один из наиболее сложных видов интеллектуальной работы, выполняемой человеком. Более того, процесс проектирования сложных объектов не под силу одному человеку и выполняется творческим коллективом. Это, в свою очередь , делает процесс проектирования еще более сложным и трудно поддающимся формализации. Для автоматизации такого процесса необходимо четко знать, что в действительности он собой представляет и как выполняется разработчиками. Опыт свидетельствует, что изучение процессов проектирования и их формализация давались специалистам с большим трудом, поэтому автоматизация проектирования всюду осуществлялась поэтапно, охватывая последовательно все новые проектные операции . Соответственно, поэтапно создавались новые и совершенствовались старые системы. Чем на большее число частей разбита система, тем труднее правильно сформулировать исходные данные для каждой части, но тем легче провести оптимизацию.
Объектом автоматизации проектирования являются работы, действия человека, которые он выполняет в процессе проектирования. А то, что проектируют, называют объектом проектирования .
Человек может проектировать дом, машину, технологический процесс , промышленное изделие. Такие же объекты призвана проектировать САПР . При этом разделяют САПР изделия ( САПР И) и САПР технологических процессов (САПР ТП ).
Следовательно, объекты проектирования не являются объектами автоматизации проектирования . В производственной практике объектом автоматизации проектирования является вся совокупность действий проектировщиков, разрабатывающих изделие или технологический процесс , или то и другое, и оформляющих результаты разработок в виде конструкторской, технологической и эксплуатационной документаций.
Разделив весь процесс проектирования на этапы и операции , можно описать их с помощью определенных математических методов и определить инструментальные средства для их автоматизации. Затем необходимо рассмотреть выделенные проектные операции и средства автоматизации в комплексе и найти способы сопряжения их в единую систему, отвечающую поставленным целям.
При проектировании сложного объекта различные проектные операции многократно повторяются. Это связано с тем, что проектирование представляет собой закономерно развивающийся процесс. Начинается он с выработки общей концепции проектируемого объекта , на ее основе - эскизного проекта . Далее приближенные решения (прикидки) эскизного проекта уточняются на всех последующих стадиях проектирования. В целом такой процесс можно представить в виде спирали. На нижнем витке спирали находится концепция проектируемого объекта , на верхнем - окончательные данные о спроектированном объекте . На каждом витке спирали выполняют, с точки зрения технологии обработки информации, идентичные операции , но в увеличивающемся объеме. Следовательно, инструментальные средства автоматизации повторяющихся операций могут быть одни и те же.
Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операций, это себя все равно оправдает, т. к. позволит в дальнейшем развивать созданную САПР на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.
В целом для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операций обработки информации:
- поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации;
- анализ выбранной информации;
- выполнение расчетов;
- принятие проектных решений;
- оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования (на последующих стадиях проектирования, при изготовлении или эксплуатации изделия).
Автоматизация перечисленных операций обработки информации и процессов управления использованием информации на всех стадиях проектирования составляет сущность функционирования современных САПР .
Каковы основные черты систем автоматизированного проектирования и их принципиальные отличия от "позадачных" методов автоматизации?
Первой характерной особенностью является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, установления тесной связи между частными задачами, т. е. возможность интенсивного обмена информацией и взаимодействие не только отдельных процедур, но и этапов проектирования. Например, применительно к техническому (конструкторскому) этапу проектирования САПР РЭС позволяет решать задачи компоновки, размещения и трассировки в тесной взаимосвязи, которая должна быть заложена в технических и программных средствах системы.
Применительно к системам более высокого уровня можно говорить об установлении тесной информационной связи между схемотехническим и техническим этапами проектирования. Такие системы позволяют создавать радиоэлектронные средства, более эффективные с точки зрения комплекса функциональных и конструкторско-технологических требований.
Вторым отличием САПР РЭС является интерактивный режим проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога "человек-машина". Сколь ни сложны и изощренны формальные методы проектирования, сколь ни велика мощность вычислительных средств, невозможно создать сложную аппаратуру без творческого участия человека. Системы автоматизации проектирования по своему замыслу должны не заменять конструктора, а выступать мощным инструментом его творческой деятельности.
Третья особенность САПР РЭС заключается в возможности имитационного моделирования радиоэлектронных систем в условиях работы, близких к реальным. Имитационное моделирование дает возможность предвидеть реакцию проектируемого объекта на самые различные возмущения, позволяет конструктору "видеть" плоды своего труда в действии без макетирования. Ценность этой особенности САПР заключается в том, что в большинстве случаев крайне трудно сформулировать системный критерий эффективности РЭС. Эффективность связана с большим числом требований различного характера и зависит от большого числа параметров РЭС и внешних факторов. Поэтому в сложных задачах проектирования практически невозможно формализовать процедуру поиска оптимального по критерию комплексной эффективности решения. Имитационное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.
Четвертая особенность заключается в значительном усложнении программного и информационного обеспечения проектирования. Речь идет не только о количественном, объемном увеличении, но и об идеологическом усложнении, которое связано с необходимостью создания языков общения проектировщика и ЭВМ, развитых банков данных, программ информационного обмена между составными частями системы, программ проектирования. В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов функционирования, более совершенной элементной базы и структуры, улучшенных конструкций и прогрессивных технологических процессов.
4.2. Принципы создания систем автоматизированного проектирования конструкции и технологии
При создании САПР руководствуются следующими общесистемными принципами:
- Принцип включения состоит в том, что требования к созданию, функционированию и развитию САПР определяются со стороны более сложной системы, включающей в себя САПР в качестве подсистемы. Такой сложной системой может быть, например, комплексная система АСНИ - САПР - АСУТП предприятия, САПР отрасли и т. п.
- Принцип системного единства предусматривает обеспечение целостности САПР за счет связи между ее подсистемами и функционирования подсистемы управления САПР.
- Принцип комплексности требует связности проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проектирования.
- Принцип информационного единства предопределяет информационную согласованность отдельных подсистем и компонентов САПР. Это означает, что в средствах обеспечения компонентов САПР должны использоваться единые термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации, которые обычно устанавливаются соответствующими нормативными документами. Принцип информационного единства предусматривает, в частности, размещение всех файлов, используемых многократно при проектировании различных объектов , в банках данных. За счет информационного единства результаты решения одной задачи в САПР без какой-либо перекомпоновки или переработки полученных массивов данных могут быть использованы в качестве исходной информации для других задач проектирования.
- Принцип совместимости состоит в том, что языки, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами и компонентами САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечить совместное функционирование всех подсистем и сохранить открытую структуру САПР в целом. Так, введение каких-либо новых технических или программных средств в САПР не должно приводить к каким-либо изменениям уже эксплуатируемых средств.
- Принцип инвариантности предусматривает, что подсистемы и компоненты САПР должны быть по возможности универсальными или типовыми, т. е. инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике. Применительно ко всем компонентам САПР это, конечно, невозможно. Однако многие компоненты, например программы оптимизации, обработки массивов данных и другие, могут быть сделаны одинаковыми для разных технических объектов.
В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов.
