12. Основы построения сапр вычислительных систем
12.1. Необходимость создания САПР
Основными причинами создания автоматизированных систем проектирования являются:
1. Разрозненность отдельных методов автоматизации (подготовка документации, чертежей, моделирование технических систем, оптимизация параметров, организация экспертиз, обработка результатов, принятие решений при многокритериальной постановке задач), отсутствие методологического единства, не позволяющие создать эффективную систему проектирования.
2. Выполнение большого объема работ в сжатые сроки.
3. Повышение требований к качеству проектов (изделий, машин и механизмов).
Удовлетворить эти противоречивые требования с помощью простого увеличения численности проектировщиков нельзя, так как возможность параллельного проведения проектных работ ограничена.
Цель САПР — это повышение качества проектов, снижение материальных затрат, сокращение сроков проектирования и ликвидация тенденции к росту числа проектировщиков, а также повышение производительности их труда. 92
Для САПР характерно системное использование ЭВМ при рациональном распределении функций между человеком и ЭВМ. С помощью ЭВМ решаются задачи, поддающиеся формализации (решение системы уравнений).
Предметом САПР являются формализация проектных процедур, структурирование и типизация процессов проектирования, постановка, модели, методы и алгоритмы решения проектных задач, способы построения технических средств, создания языков, описания программ, банков данных, а также вопросы их объединения в единую проектирующую систему.
Для создания САПР необходимы: 1) совершенствование проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники; 2) автоматизация процесса поиска, обработки и выдачи информации; 3) использование методов оптимизации и многовариантного проектирования; применение математических моделей проектируемых объектов; 4) создание банков данных, содержащих сведения справочного характера; 5) повышение качества оформления проектной документации; 6) увеличение творческой доли труда проектировщиков за счет автоматизации нетворческих работ; 7) унификация и стандартизация методов проектирования; 8) подготовка и переподготовка специалистов в области САПР; 9) взаимодействие САПР с автоматизированными системами различного уровня.
12.2. Принципы создания САПР
САПР — это комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с проектными организациями (пользователями системы). САПР включает технические средства, математическое и программное обеспечение, информационное обеспечение, лингвистическое обеспечение (специальные языки, проблемно-ориентированные).
При создании САПР учитываются принципы:
• системного единства, т. е. целостность системы, взаимосвязь между подсистемами и ее элементами;
• совместимости, т. е. обеспечиваются совместное функционирование составных частей САПР и сохранность открытости системы в целом;
• типизации (ориентирует на преимущественное создание и использование типовых и унифицированных элементов САПР с последующей их модернизацией);
• развития (способствует совершенствованию и обновлению составных частей САПР, а также взаимодействие и расширение взаимосвязи с автоматизированными системами различного уровня и функционального назначения);
• иерархичности (проектирование по уровням структуры САПР).
12.3. Виды обеспечения САПР
Обеспечение САПР имеет несколько видов: математическое, программное, информационное, техническое, лингвистическое, методическое, организационное.
1. Математическое обеспечение включает в себя алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение; функциональные модели проектируемых объектов; методы численного решения задач; методы поиска экстремума. МО САПР делится на:
« математические методы и построение на их основе математических моделей объектов проектирования;
• формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.
• МО должно описывать во взаимосвязи объект, процесс и средства автоматизации проектирования.
2. Программное обеспечение — это совокупность всех программ и экс-плутационной документации к ним, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. ПО делится на общесистемное и специальное (прикладное).
Общесистемное ПО создано для организации функционирования технических средств, т. е. планирования и управления вычислительным процессом, распределения имеющихся ресурсов. Общесистемное ПО близко по назначению к операционным системам.
Специальное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур.
Специальное ПО, или прикладное ПО, имеет форму ППП.
Уровни программного обеспечения: машинный код, язык Ассемблера, языки высокого уровня (рис. 1.1).
3. Информационное обеспечение — это такие данные, которыми пользуется проектировщик в процессе проектирования для выработки проектного решения. Это справочные данные о комплектующих изделиях, типовых проектных решениях, параметрах элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений, структур и параметров проектируемых объектов. Совокупность данных, используемых в САПР, составляет информационный фонд. Основная функция ИО — это ведение фонда, обновление, сохранение и организация доступа к данным.
В состав ИО САПР входят:
• программные модули;
• исходные и результирующие данные для программных модулей;
• нормативно-справочная проектная документация, государственные и отраслевые стандарты, руководящие материалы и указания, типовые проектные решения, текущая проектная документация, отражающая ход и состояние выполнения проекта.
Различают следующие способы ведения ИО САПР:
• использование файловой системы;
• построение библиотек;
• использование БД;
• создание информационных программ адаптеров.
Применение файловой системы и построение библиотек широко распространено, так как поддерживается средствами операционной системы. Эти способы применяют при хранении программных модулей, диалоговых сценариев поддержки процесса проектирования, вводе крупных масштабов исходных данных, хранении текстовых документов. Однако они мало пригодны при оперативной обработке справочных данных.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Савельев М. В. Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ: Учеб. Пособие для вузов. М.:Высш. Шк. 2001.-319с.
Скляров В. А. Автоматизация проектирования ЭВМ. Минск: Высш. шк., 2001.-356с.
Фролов В. Н., Львович Я. Е., Меткин Н. П. Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства РЭС. М.: Высш. шк., 2001.-463с.
Кушнаренко Г.А. Методы анализа и синтеза логических схем. Иркутск: ИГУ, 2003.-217с.
Преснухин Л.II., Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем, М, BI11, 2000.
Юрасов В.Г., Крайников В.А., Бачурин В.И., Кокорева Т.И. Архитектура и функционирование ЭВМ: Методические указания к лабораторным работам. Воронеж: ВГТУ,2001.-42с.
Юрасов В.Г. Организация вычислительных систем, локальных вычислительных сетей: Учебное пособие. Воронеж: ВПИ,2002.-85с.
П. Хорвиц, У. Хилл Искусство схемотехники, М, Мир т. 1,2,3 2003 гг.
Романычева Э.Т. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА, М, Р и Связь. 2002.
Преснухин Л.П., Воробьев П.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств ВТ, М, ВШ, 1998.
М. Гук Аппаратные средства PC. Энциклопедия СПб «Питер» 2000 г.
Парфенов О.Д., Камыш пая Э.Н., Усачев В.П. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры, М, Р и Связь, 1999.