57

Донецкий национальный технический университет

Федоров О.В.

СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Конспект лекций

2007

Оглавление

Введение 3

Лекция 1. Уровни, аспекты и этапы проектирования 5

1.1 Основные термины и определения 5

1.2 Иерархические уровни описаний проектируемых объектов. 5

1.3 Аспекты описаний проектируемых объектов 7

1.4 Составные части процесса проектирования 8

1.5 Нисходящее и восходящее проектирование 9

1.6 Внешнее и внутреннее проектирование 10

1.7 Унификация проектных решений и процедур 11

1.8 Виды описаний проектируемых объектов и классифи­кация их параметров 11

Лекция 2. Типовые проектные процедуры 15

2.1 Классификация типовых процедур (задач) проекти­рования 15

2.2 Типичная последовательность проектных процедур 16

2.3 Маршруты проектирования технических объектов. 18

2.4 Режимы проектирования в САПР 19

Лекция 3. Математическое обеспечение автоматизированного проектирования 22

3.1 Требования к математическим моделям 22

3.2 Классификация математических моделей 23

3.3 Методика получения математических моделей эле­ментов 28

3.4 Преобразования математических моделей в процессе получения рабочих программ анализа 29

3.5 Формализация получения математических моделей систем 31

Лекция 4. Постановка и решение задач анализа 35

4.1 Требования к методам и алгоритмам анализа 35

4.2 Математическая постановка типовых задач анализа 36

4.3 Выбор численных методов для решения задач анали­за 37

4.4 Особенности постановки и решения задач анализа на метауровне 40

Лекция 5. Постановка и решение задач параметрического синтеза 43

5.1 Классификация задач параметрического синтеза 43

5.2 Математическая формулировка основной задачи опти­мизации параметров и допусков 46

5.3 Разновидности постановок задач параметрического синтеза 48

Лекция 6. Постановка и решение задач структурного синтеза 50

6.1 Классификация задач структурного синтеза 50

6.2 Описание структур объектов в виде И-ИЛИ-дерева 52

6.3 Подходы к решению задач структурного синтеза 55

Введение

Трудно переоценить значение автоматизации про­ектирования(АП) для развития науки, техники и промышленности. Именно с автоматизацией проекти­рования связаны принципиальные возможности создания все более усложняющихся технических объектов. Авто­матизация проектирования рассматривается как необхо­димое условие при планировании, разработке и реализа­циигибких производственных систем(ГПС). Автомати­зация проекти­рования — основной способ повышения производительности труда инженерно-технических ра­ботников, занятых проектированием.

Практическая реализация целей и идей АП происхо­дит в рамках САПР.

Автоматизация проектированиявозникла на базе до­стижений конкрет­ных технических дисциплин,вычисли­тельной математикиивычислительной техники.

В конкретных технических дисциплинах зародились и получили развитие принципы построения технических объектов, приемы и типовые последо­вательности выпол­нения проектных задач, системы основных понятий, тер­минов, классификаций, оценок проектируемых объектов. Многие положения, принципы и приемы традиционного инженерного проектирования совместимы с требования­ми автоматизации и оказали определенное влияние на методологию современного АП.

В процессе неавтоматизированного проектированияпреимущественно используютсяэкспери­ментальныеметоды исследования и оценки качества про­ектных решений, получаемых на основе инженерного опыта и интуиции без привлечения формальных методов. С ростом сложности проектируемых объектов сроки и стоимость такого проектирования оказываются чрезмер­но большими. Поэтому возникла необходимость в пере­ходе от физического экспериментирования кматемати­ческому моделированию, замене эвристи­ческих приемов оценок, определения параметров и оформления докумен­тации алгоритмизированными процедурами.

Вычислительная математикадала возможность алго­ритмизировать и автоматизировать ряд проектных про­цедур, имеющих известную математи­чес­кую интерпре­тацию.

Формализация задач, выбор и разработка математиче­ских моделей, методов и алгоритмов выполнения проект­ных процедур в значительной мере определяют содер­жание теории АП.

Автоматизация проектированиякак научно-техническая дисциплина включает в себя:

1) методологию АП;

2) математическое обеспечение, объединяющее мате­матические модели, методы и алгоритмы для выполне­ния различных проектных процедур;

3) вопросы создания технических средств и разработки специализиро­ванной аппаратуры для САПР;

4) вопросы разработки и использования програм­мно-информационного обеспечения банков данных, пакетов прикладных программ, операционных систем ЭВМ.

Применение ЭВМ для решения инженерных задач началось сразу же после появления первых ЭВМ. Одна­ко это применение требовало от пользователя трудоем­кой подготовки задач к решению, заключающейся в ма­тематической формулировке задачи, выборе численного метода, разработке алгоритма и его записи на одном из языков программирования.

Первые программные комплексы, обеспечивающие непосредственную работу инженера с ЭВМ, были созданы в начале 60-х годов для нужд проектирования в радиоэлектронике, электронной технике, строительной механике, самолетостроении. Од­нако степень автоматизации проектирования с помощью отдельных комплексов подобного типа оставалась невы­сокой. С помощью ЭВМ выполнялась только часть тре­буемых проектных процедур.

В настоящее время созданы и функционируют круп­ные САПР в радиоэлектронной промышленности, машиностроении, архитектуре и др.; выпускаются программно-аппаратные комплексы (интерактивные графические станции), кото­рые могут использоваться как автономно, так и в соста­ве вычислительных сетей САПР. Такие станции широко применяются на многих предприятиях.

Происходит интеграция автоматизированных систем проектирования и систем управления производством с образованием гибких автоматизирован­ных производств(ГАП). Приме­нение ГАП позволяет существенно повысить эффектив­ность производства путем быстрой перестройки оборудо­вания на выпуск новых изделий. САПР в составе ГАП предназначена для оперативного проекти­рования технологических процессов, получения результатов проектирования изделий в виде информации на машинных носителях для управ­ления технологическим оборудованием.