Модульный принцип построения САПР

По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обеспечивающие.

К проектирующим относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например:

- подсистема компоновки машины и технологического проектирования; проектирования сборочных единиц; деталей; схемы управления

К обеспечивающим относятся подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например:

- подсистема графического отображения объектов проектирования; документирования; информационного поиска

Существует два вида проектирующих подсистем:

- объектно-ориентированные (объектные – выполняют одну или несколько проект.процедур – проект.технолог.систем, моделирование динамики, проектной конструкции);

- объектно-независимые (инвариантные – выполняют унифицированные проект.процедуры – расчет деталей машин, режимов резания, технико-экономических показателей).

Билет 4:

Проектные процедуры в САПР.

Процесс проектирования - на подсистемах в виде определенной последовательности проектных процедур и операций.

Проектная процедура - часть проектной подсистемы, в результате принимается некоторое проектное решение. Состоит из элементарных проектных операции (действие, совершаемое конструктором) имеет твердо установленный порядок их выполнения и направлена на достижение локальной цели в процессе проектирования. Пример проектной процедуры: процедура разработки кинематической или компоновочной схемы станка, технологии обработки изделий.

Пример проектных операций: расчет припусков, решение какого-либо уравнения.

Архитектура программного обеспечения САПР.

Модульный принцип построения САПР

Современная САПР состоит из нескольких модулей: сборки, механообработки, управления инженерными данными. Их объединяет общая методология и инструментальные средства.

Объединение модулей в единую САПР снижает стоимость и уменьшает время выхода новой продукции на рынок. Модульная архитектура САПР - облегчает расширение системы и адаптирование ее в соответствии с требованиями пользователя, позволяет приобретать только необходимые компоненты. Использование языков программирования позволяет создавать собственные специализированные приложения.

Билет 5:

Диалог в САПР.

В качестве примера: САПР T-FLEX CAD - профессиональная конструкторская программа, объединяет мощные параметрические возможности 2D и 3D-моделирования со средствами создания и оформления чертежей и конструкторской документации. Особенностью САПР T-FLEX CAD является возможность создания и редактирования инженерами-конструкторами библиотечных элементов только средствами самой САПР без использования программирования и других специальных средств. Пользователи САПР T-FLEX CAD могут управлять параметрической моделью очень простым и удобным способом - создавая собственные диалоговые окна непосредственно внутри документа, что требуют навыков программирования или дополнительного программного обеспечения.

Схема человеко-машинного взаимодействия в автоматизированных системах.

САПР — человеко-машинная система. Все созданные и создаваемые системы проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них играет человек — инженер, разрабатывающий проект технического средства.

Человек в САПР должен решать, во-первых, все задачи, которые не формализованы, во-вторых, задачи, решение которых человек осуществляет на основе своих эвристических способностей более эффективно, чем современная
ЭВМ на основе своих вычислительных возможностей. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования — один из принципов построения и эксплуатации САПР.

Все системы проектирования, создаваемые с помощью современных средств вычислительной техники, являются автоматизированными, роль в этих системах играет человек-инженер, разрабатывающий проект новых технических средств. Человек в САПР решает все неформализованные проектные задачи и задачи планирования работ.

Современная САПР является инструментом высококвалифицированного инженера-проектировщика, поэтому тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования — один из важнейших принципов построения и эксплуатации САПР.

Основным блоком в схеме процесса автоматизированного проектирования является блок проектных решений. В зависимости от полноты формализации наших знаний в конкретной предметной области проектное решение может быть выполнено автоматически или в интерактивном режиме.

Получение вариантов проектных решений и их представление в виде, удобном для восприятия человеком, может быть возложено на ЭВМ в той мере, в какой это позволит сделать математическое обеспечение проектных процедур.

Билет 6:

Модели объектов проектирования.

Традиционно на отдельных этапах проектирования, реализации и сопровождения объектов использовалось разное программное обеспечение, предполагавшее различные модели данных, зачастую плохо совместимые друг с другом. На этапе анализа - принятия решения о размещении и выбора площадки под объект используются ГИС (гибкие информационные системы), на этапе проектирования - САПР, в процессе эксплуатации - AM/FM. В результате мы имеем модели разных объектов, никак между собой не связанные и, следовательно, не позволяющие объединить их в единую модель предприятия.

Все программное обеспечение фирмы Bentley базируется на понятии EEM - инженерного моделирования предприятия. В этом заключается принципиальное отличие от систем компьютерного черчения. В основе всего лежит единая информационная модель - включает в себя полную геометрическую модель объекта, его физические свойства и функциональные особенности отдельных компонентов.

Основные фазы (этапы) модельного эксперимента.

Эффективность разрабатываемых программ имеет существенное значение и определяется выбором математической модели устройства, методов ее анализа и оптимизации.

Модель строится на основе ее описания. Описание системы – в виде схем, текстов, формул, таблиц данных экспериментов, характеристик структуры и функций системы.

В качестве блоков – параметры. В модели реализованы описание каждого блока, который исследуется автономно, на базе которого следует упрощенное описание.

После разработки модели системы и реализации ее на компьютере, проводят статистический эксперимент, который состоит из совокупности отдельных устройств и блоков системы. Каждый имитационный эксперимент моделирует случайную систему из следующих типов:

- определяется качество функционирования системы (надежность, точность) – точное аналитическое описание работы каждого блока;

- определяется наличие очередей запросов к устройствам – каждый блок описывается статистическими характеристиками, определяющими время его работы.

Работа системы – анализируется путем многократного расчета реакций системы на случайные внешние воздействия, на основе статистической обработки результатов моделирования, получают оценки характеристик моделируемой системы, по которой корректируют модель и схему.

Билет 7:

Имитационное моделирование и имитационные системы.

Имитационное моделирование – алгоритмическая по способу представления, может быть создана практически для любой системы. Внесение изменений в имитационную модель значительно проще, чем в аналитическую.

Имитационная модель отражает исследуемые характеристики: надежность, точность, производительность.

Имитационное моделирование — это метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику. Имитационное моделирование — это метод исследования, основанный на том, что изучаемая система заменяется имитатором и с ним проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе.

Экспериментирование с имитатором называют имитацией (имитация — это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).

Имитационное моделирование — это частный случай математического моделирования.

Имитационная модель — логико-математическое описание объекта, которое может быть использовано для экспериментирования на компьютере в целях проектирования, анализа и оценки функционирования объекта.

Основные понятия и методы машинной имитации.

Направление, связанное с разработкой так называемых алгоритмических методов, непосредственно предназначенных для работы в системах организационного управления, сейчас интенсивно развивается - это методы численного анализа, или машинной имитации.

Машинная имитация - это эксперимент, проводимый с помощью ЭВМ не на реальном объекте, а на его модели, описывающей поведение изучаемой системы в течение определенного отрезка времени с введением в случае необходимости изменений в значение параметров, и структуру и взаимосвязь, модель объекта не обязательно должна быть записана в виде математических уравнений - она может быть словесным описанием операций, производимых над набором чисел, вместе со значениями этих чисел (так называемая операторная форма записи). Эти модели дают алгоритм, т. е. последовательность действий, операций, осуществление которых приводит к искомому конкретному решению.

Выбор конкретного метода для использования в АСУ представляет собой нетривиальную задачу, поскольку для одной и той же модели методы отыскания управляющих воздействий могут отличаться по скорости сходимости, времени счета, объему требуемой памяти ЭВМ.

Таким образом, машинная имитация – это эксперимент, но не в реальных, а в искусственных условиях, по результатам отбирается один или несколько вариантов, являющихся базовыми для принятия окончательного решения.

Билет 8:

Описание динамики процессов реального времени при машинной имитации.

Машинная имитация предполагает построение модели изучаемого объекта, системы, события, которая затем преобразуется в программу ЭВМ. В ЭВМ вводят необходимые данные и анализируют их в динамике (статистический анализ), под влиянием ряда факторов (факторный анализ), во взаимодействии с другими данными (системный анализ), в определённых условиях экстремума (оптимизационный анализ). Машинная имитация применятся при прогнозировании сложных процессов, систем и объектов, на предварительном этапе преобразования и эксперимента, при разработке долгосрочных и среднесрочных прогнозов. Статистическая имитация позволяет определить относительное значение отдельных факторов, условий ввода новых параметров, влияющих на конечный результат. Машинная имитация может быть организована в форме игры. Фактографический метод прогнозирования основан на тщательном изучении публикуемых, сообщаемых в средствах массовой информации фактов, их сопоставлении и анализе. Программно-целевой метод широко использовался в России в 1990-е годы в процессе приватизации и акционирования предприятий. Данный метод основан на разработке конкретных программ под определённую цель, например, программ приватизации.

Процесс построения прогнозов делится на две части:

1. Определение специфики прогнозов, их целей и вариантов использования;

2. Выбор метода прогнозирования и математического аппарата его информационного обеспечения.

Возможности использования конкретного метода прогнозирования зависят не только от уровня профессиональной подготовленности специалистов, но и от достоверности, полноты используемой информации.

Основные фазы (этапы) модельного эксперимента.

Билет 9:

Основные понятия и методы машинной имитации.

Специализированные языки и системы моделирования.

Специализированные языки имеют средства описания структуры и процесса функционирования моделируемой системы, что значительно облегчает и упрощает программирование имитационных моделей, поскольку основные функциии моделирующего алгоритма при этом реализуются автоматически. Программы имитационных моделей на специализированных языках моделирования близки к описаниям моделируемых систем на естественном языке, что позволяет конструировать сложные имитационные модели пользователям, не являющимся профессиональными программистами. Одним из наиболее эффективных и распространенных языков моделирования сложных дискретных систем является в настоящее время язык GPSS.

GPSS - может быть использован для моделирования систем, формализуемых в виде систем массового обслуживания. В качестве объектов языка используются аналоги таких стандартных компонентов как заявки, обслуживающие приборы, очереди.

Наиболее популярные системы моделирования BONeS (фирма Systems and Networks) - графическая система моделирования общего назначения для анализа архитектуры систем, сетей и протоколов. Описывает модели на транспортном уровне и на уровне приложений. Дает возможность анализа воздействия приложений типа клиент - сервер и новых технологий на работу сети.

Netmaker (фирма OPNET Technologies) - проектирование топологии, средства планирования и анализа сетей широкого класса. Состоит из различных модулей для расчета, анализа, проектирования, визуализации, планирования и анализа результатов.

Optimal Perfomance (фирма Compuware; Optimal Networks) - имеет возможности быстрого оценочного и точного моделирования, помогает оптимизировать распределенное программное обеспечение.

Prophesy (компания Abstraction Software) - простая система для моделирования локальных и глобальных сетей. Позволяет оценить время реакции компьютера на запрос, количество "хитов" на WWW-сервере, количество рабочих станций для обслуживания активного оборудования, запас производительности сети при поломке определенного оборудования.

Билет 10:

Специализированные языки и системы моделирования.

Основные особенности и возможности общецелевой системы моделирования GPSS.

GPSS (общецелевая система моделирования) — язык программирования, используемый для моделирования различных систем, в основном систем массового обслуживания, был создан в 1961 году Джеффри Гордоном. Является одним из наиболее эффективных и распространенных языков моделирования сложных дискретных систем

GPSS может быть с наибольшим успехом использован для моделирования систем, формализуемых в виде систем массового обслуживания.

В качестве объектов языка используются аналоги таких стандартных компонентов как заявки, обслуживающие приборы, очереди, что позволяет конструировать сложные имитационные модели, сохраняя привычную терминологию СМО (систем массового обслуживания).

На персональных компьютерах (ПК) типа IBM/PC язык GPSS реализован в рамках пакета прикладных программ GPSS /PC, представляет собой последовательность операторов, которые записываются и вводятся в ПК в следующем формате: номер _строки имя операция операнды; комментарии

Каждый оператор GPSS /PC относится к одному из четырех типов: операторы-блоки, операторы определения объектов, управляющие операторы и операторы-команды.

Операторы-блоки - формируют логику модели,

Операторы определения объектов - описание параметров некоторых объектов GPSS/PC.

Управляющие операторы - для управления процессом моделирования (прогоном модели).

Операторы-команды - управляют работой интегрированной среды GPSS/PC.

Управляющие операторы и операторы-команды обычно не включаются в исходную программу, а вводятся непосредственно с клавиатуры ПК в процессе интерактивного взаимодействия с интегрированной средой.

Объекты GPSS /PC можно разделить на семь классов: динамические, операционные, аппаратные, статистические, вычислительные, запоминающие и группирующие.

Каждый объект GPSS/PC имеет имя и номер. СЧА $имя;

Прогон текущей модели -выполняется с помощью управляющей программы - симулятором

Работа GPSS-модели под управлением симулятора заключается в перемещении транзактов от одних блоков к другим, аналогично тому, как в моделируемой СМО перемещаются заявки, соответствующие транзактам.

Каждое продвижение транзакта в модели является событием, которое должно произойти в определенный момент модельного времени, для этого используется таймер модельного времени, который автоматически корректируется в соответствии с логикой, предписанной моделью, имеет следующие особенности:

1) регистрируются только целые значения (все временные интервалы в модели изображаются целыми числами);

2) единица модельного времени определяется разработчиком модели, который задает все временные интервалы в одних и тех же, выбранных им единицах;

3) симулятор не анализирует состояние модели в каждый следующий момент модельного времени (отстоящий от текущего на единицу модельного времени), а продвигает таймер к моменту времени, когда происходит ближайшее следующее событие.

Билет 11:

Описание динамики процессов реального времени при машинной имитации.

Процесс построения прогнозов делится на две части:

3. Определение специфики прогнозов, их целей и вариантов использования;

4. Выбор метода прогнозирования и математического аппарата его информационного обеспечения.

Основные особенности и возможности общецелевой системы моделирования GPSS.

Операторы-блоки - формируют логику модели,

Операторы определения объектов - описание параметров некоторых объектов GPSS/PC.

Управляющие операторы - для управления процессом моделирования (прогоном модели).

Операторы-команды - управляют работой интегрированной среды GPSS/PC.

Каждый объект GPSS/PC имеет имя и номер. СЧА $имя;

Прогон текущей модели -выполняется с помощью управляющей программы - симулятором

1) регистрируются только целые значения (все временные интервалы в модели изображаются целыми числами);

Билет 12:

Описание динамики процессов реального времени при машинной имитации.

Процесс построения прогнозов делится на две части:

5. Определение специфики прогнозов, их целей и вариантов использования;

6. Выбор метода прогнозирования и математического аппарата его информационного обеспечения.

Основные фазы (этапы) модельного эксперимента.

Билет 13:

Диалог в САПР.

Основные понятия и общесистемные принципы автоматизированных систем.

При создании и развитии САПР рекомендуется применять следующие общесистемные принципы:

- принцип включения – отрасли и проектной организации;

- принцип системного единства – целостность системы обеспечивается связями между подсистемами САПР;

- принцип развития – в наращивании и совершенствовании компонентов системы;

- принцип комплексности – обеспечивалась связность, как отдельных элементов, так и всего объекта в целом;

- принцип информативного единства – представление информации с соответствующими норм. документами;

- принцип совместимости – совместное функционирование всех подсистем;

- принцип инвариантности – подсистемы и компоненты должны быть универсальными к проектным объектам.

Указанные принципы должны быть логически непротиворечивым, во избежание возникновения абсурдных ситуаций, ведущих к сбоям и распаду системы в целом.

Развитие САПР улучшает качество проектов, возможность использовать эффективные математические модели, методы моделирования и оптимизации на всех основных стадиях проектирования.

Билет 14:

Схема человеко-машинного взаимодействия в автоматизированных системах.

CAE – технологии. CAD-CAM-CAPP системы.

CAE — программный пакет, предназначенный для трёхмерного моделирования различными элементами при проектировании различных изделий, основан на анализе методов конечных элементов.

Полученные данные, служат основой для изготовления проектной документации в CAD и подготовки производства в CAM (например, генерацию программ обработки деталей для станков с ЧПУ)

Термин САПР, по отношению к промышленным системам включает в себя CAD/CAM/CAE.

Система автоматизации проектных работ САПР (CAD) — программный пакет, для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей.

В современных системах CAD получает данные из систем твёрдотельного моделирования CAE и передаёт в CAM для подготовки производства например ГАПС (Гибких Автоматизированных Производственных Систем).

Билет 15: