Конспект лекционных занятий

ЛЕКЦИЯ 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1. Общие сведения о проектировании

2. Принципы создания САПР

1. Общие сведения о проектировании.

Введем некоторые определения и понятия, которыми будем пользоваться в дальнейшем.

Прежде всего, определимся, что такое проектирование.

Под проектированием понимается процесс составления описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта на основе первичного описания этого объекта.

Хотя это определение несколько расплывчато, оно, тем не менее, отражает главную особенность проектирования как процесса создания описания именно нового объекта.

Если этот процесс осуществляется человеком при взаимодействии с компьютером, то проектирование называется автоматизированным, если нет, то, соответственно, - неавтоматизированным.

Проектирование, при котором все преобразования описания объекта и алгоритма его функционирования осуществляются компьютером без участия человека, называется автоматическим.

Нас будет интересовать, в первую очередь, автоматизированное проектирование, которое и является предметом САПР.

Дадим теперь определение САПР.

САПР(система автоматизированного проектирования) - это комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющих автоматизированное проектирование.

В ГОСТах по автоматизации проектирования дается более развернутая, но, на наш взгляд, менее точная формулировка этого определения. Там, в частности, говорится, что “САПР- это организационно-техническая система, взаимосвязанная с подразделениями проектной организации...”. В действительности же САПР, как нам представляется, больше программно-технический комплекс, нежели организационный, и взаимосвязан он, чаще всего, не с подразделениями проектных организаций, которых в чистом виде осталось уже совсем немного, а с группой пользователей. Тем более, что в последнее время все чаще пропагандируется новых подход к проектированию, который заключается в замене последовательного процесса сквозной разработки изделия с передачей результатов проектирования от одного подразделения к другому на интегрированный, параллельный процесс создания изделия на основе концепции “рабочих групп”. Эта концепция предполагает создание на предприятии многопрофильных рабочих групп в составе различных специалистов по конструированию, технологической подготовке производства, вопросам качества, покупки, продажи, маркетинга и т.д. Появился даже специальный термин “Среда параллельной технологии выпуска изделий”, который, как и почти все, что касается компьютерных технологий, пришел к нам с Запада. По-английски этот термин пишется как САРЕ(Concurrent Art-to-Product Enviroment). Применяют еще один термин - Concurrent Engineering, который обозначает средства реализации параллельного проектирования, под которыми, в первую очередь, понимаются программные средства..

В дальнейшем мы будем часто использовать англоязычную терминологию, поскольку русскоязычные аналоги недостаточно точно передают смысл терминов.

Вместе с тем, там, где это возможно, мы будем использовать термины и определения государственных стандартов по САПР, хотя они, конечно, в определенной мере, устарели, поскольку изданы, в основном, в середине 80-х годов.

Вернемся, однако, к понятию “проектирование”.

Различают семь стадий процесса проектирования новых изделий:

1) предпроектные исследования;

2) техническое задание;

3) эскизный проект;

4) технический проект;

5) рабочий проект;

6) изготовление, отладка, испытание;

7) ввод в действие.

Иногда говорят о восьми стадиях проектирования, имея в виду, что между техническим заданием и эскизным проектом возникает стадия технического предложения.

Лет 10 назад в любой проектной организации по результатам окончания каждой из вышеперечисленных стадий работы выпускался отчет и соответствующая проектная документация. Сегодня некоторые из этих стадий могут вообще быть опущены или, как уже отмечалось, при использовании технологии параллельного проектирования выполняться параллельно. Кроме того, следует признать, что в настоящее время на многих предприятиях и в организациях отсутствует жесткая регламентация по оформлению технической документации.

Рассмотрим содержание работ на различных стадиях проектирования на примере разработки некоторой абстрактной САПР.

Прежде всего, отметим, что при создании САПР как нового изделия необходимо реализовать все стадии проектирования.

На первой стадии (предпроектного обследования) производится обследование той организации или подразделения, которая будет выполнять проектирование (например, некоторого конструкторского бюро), изучается предмет автоматизации, оформляете отчет о результатах обследования, в котором делается анализ существующих отечественных и зарубежных аналогов и дается предварительное технико-экономическое обоснование создания САПР. Отчет согласовывается в установленном на предприятии порядке.

Далее пишется техническое задание на разработку САПР, где формулируются цели создания САПР, обосновывается оптимальный вариант САПР, дается общее описание процесса проектирования, указываются ответственные Исполнители и этапы создания САПР, примерные сроки выполнения работы. Техническое задание разрабатывается, согласовывается и утверждается совместно с Заказчиком. На этой стадии завершается, так называемое, внешнее проектирование.

Третья стадия (эскизный проект), как и все последующие, относится уже к внутреннему проектированию.

На стадии эскизного проекта разрабатываются принципиальные решения по созданию САПР и формам проектной документации.

А на стадии технического проекта разрабатываются окончательные решения по созданию САПР, которые опять согласовываются и утверждаются.

Стадия рабочего проектирования предполагает создание подробной рабочей документации по САПР в целом и по ее подсистемам и компонентам (подсистема САПР - это составная структурная часть САПР, обладающая всеми свойствами системы).

Результатом стадии рабочего проектирования является рабочий проект, который включает в себя всю необходимую рабочую документацию, включая программную. ГОСТ 24.601-86 предусматривал включение в состав рабочего проекта и исходных текстов прикладных программ, которые должны были отлаживаться на следующей стадии работы. Ясно, что при сегодняшнем уровне развития средств программирования разделение этапа написания программ и их отладки становится бессмысленным.

Шестая стадия проектирования САПР предполагает изготовление, отладку и испытание так называемых несерийных компонентов САПР. Помимо программного обеспечения здесь могут изготавливаться и отлаживаться специализированные технические средства, не выпускаемые серийно промышленностью, например, некоторые средства сопряжения различных устройств, в частности, например, адаптеры для стыковки персональных компьютеров и устройств вывода на перфоленту и т.п.

На заключительной стадии осуществляется сдача САПР в промышленную эксплуатацию, которая включает в себя, в частности, обучение персонала пользователя, строительно-монтажные работы, если таковые необходимы, комплексную отладку САПР, опытную эксплуатацию, проведение приемочных испытаний, устранение замечаний, выявленных при испытаниях и, наконец, собственно сдачу системы в промышленную эксплуатацию.

В заключении этого вводного раздела еще несколько терминов, касающихся проектирования.

При проектировании новых изделий, так или иначе, можно выделить три основных этапа работы:

1. Научно-исследовательские работы (НИР).

2. Опытно-конструкторские работы (ОКР).

3. Этап рабочего проектирования.

Иногда первый и второй этапы объединяются еще одной известной аббревиатурой: НИОКР.

Первый этап включает в себя стадии предпроектных исследований и технического задания.

Этап опытно-конструкторских работ объединяет эскизный и технический проекты.

Этап рабочего проектирования объединяет стадии рабочего проекта, изготовления, отладки, испытания и ввода в действие.

Еще раз следует подчеркнуть, что особенности выполнения всех стадий проектирования во многом определяется регламентом работ, принятом на конкретном предприятии или организации, в том числе, различного рода отраслевыми стандартами, которые также могут весьма различаться для разных отраслей промышленности.

2. Принципы создания САПР

В технической литературе по САПР времен “перестройки” обычно выделяют 4 принципа создания САПР: принцип системного единства, принцип совместимости, принцип типизации и принцип развития.

Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и иерархичность проектирования отдельных элементов и всего объекта проектирования.

Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытую систему в целом.

Принцип типизации ориентирует на преимущественное создание и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизации подлежат элементы, имеющие перспективу многократного применения.

Принцип развития обеспечивает пополнение, совершенствование и обновление составных частей САПР, а также взаимодействие и расширение взаимосвязи с другими автоматизированными системами различного функционального назначения.

Эти принципы определяют и основные особенности САПР, о которых мы сейчас немножко поподробней поговорим.

Во-первых, САПР - это иерархическая система. Она реализует комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Блочно-иерархический подход, который обычно используется при проектировании новых изделий, должен быть сохранен и при создании САПР. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем. Следует особо подчеркнуть необходимость обеспечения комплексного характера САПР, так как автоматизация на одном из уровней проектирования при сохранении старых форм проектирования на соседних уровнях оказывается значительно менее эффективной, чем автоматизация всех уровней.

Во-вторых, САПР должна быть совокупностью информационно согласованных модулей. Передача данных от одной программы к другой должна осуществляться без участия человека. Можно заметить, что современные программные системы различного назначения имеют довольно развитую систему экспорта-импорта данных, позволяющую передавать и воспринимать файлы различных форматов. Опыт внедрения САПР в различных отраслях промышленности показал, что если человеку приходится “вручную” перерабатывать информацию, полученную от одной подсистемы для ввода ее в другую, то такие САПР являются малоэффективными. Это отнюдь не означает, что функция человека в САПР должна быть минимизирована. Наоборот, САПР обычно занимается решением сложных, плохоформализуемых задач, которые предполагают активное использование интерактивных методов проектирования.

Этот факт характеризует третью особенность САПР как человеко-машинной системы. Несмотря на удивительные способности компьютера решать многие сложные задачи, в том числе, и задачи САПР, человек часто по своим эвристическим способностям превосходит самые изощренные системы искусственного интеллекта, поэтому чисто автоматическое проектирование, о котором мы говорили раньше, на практике встречается очень редко. В качестве иллюстрации этого тезиса рассмотрим всем известную систему AUTOCAD американской фирмы AUTODESK Ltd. для автоматизированного проектирования чертежной документации на персональных компьютерах. Эта чисто интерактивная среда проектирования чертежей пользуется большой популярностью у конструкторов, хотя по своей сути представляет собой просто хорошо “автоматизированный кульман”. В “Автокаде” можно реализовать и автоматический метод проектирования, если написать, например, программу формирования какого-либо чертежа на встроенном языке AUTOLISP, однако, эта программа, естественно, не будет универсальной и позволит проектировать только чертежи для одного типа деталей.

Еще одна особенность САПР связана с необходимостью обеспечения в системе свойства открытости, т.е. свойства удобства включения новых методов и средств. Это свойство, естественно, желательно для любого программного продукта, но для САПР просто необходимо, поскольку, как правило, САПР-овские системы делаются долго и достаточно сложны, что исключает возможность быстрой замены на другую систему (“жалко выбрасывать” целиком, проще что-нибудь добавить или модифицировать).

При разработке САПР следует также помнить, что, несмотря на специализированность системы, в ней надо максимально использовать унифицированные модули. Ясно, что требования универсальности и эффективности взаимно противоречивы: высокоэффективной может быть только специализированная система. Вместе с тем, использование унифицированных модулей расширяет возможности САПР и снижает время на ее разработку, что в условиях “рынка” может явиться определяющим фактором. Известны множество случаев, когда фирмы, сделав свои системы на несколько месяцев раньше своих конкурентов, завоевывали рынок, несмотря на значительно худшее качество своих программных продуктов.

Вообще, умение разрешать различного рода противоречия и находить “золотою середину” - это главное достоинство для разработчика САПР. Естественно, что высокая квалификация как инженера и программиста тоже не помешает, но без глубокого понимания диалектики хороший САПР сделать нельзя. В этом также заключается, на наш взгляд, один из главных принципов создания САПР.

/Л.1, Л.2./

Контрольные вопросы:

1. Система автоматизированного проектирования (САПР)

2. принципы создания САПР

3. назначение системы AUTOCAD