Лекция 4. Особенности САПР в приборо- и машиностроении

Раздел 2. САПР, как система

Раздел 1. Определение САПР.

Современные предприятия не смогут выжить во всемирной конкуренции, если не будут выпускать новые продукты лучшего качества, более низкой стоимости и за меньшее время. Поэтому они стремятся использовать огромные возможности памяти компьютеров, их высокое быстродействие и графические возможности для того, чтобы автоматизировать и связать друг с другом задачи проектирования и производства, которые раньше были весьма утомительными и совершенно не связанные друг с другом. Таким образом, сокращается время и стоимость разработки и выпуска продукта. Для этой цели используются технологии автоматизированного проектирования – САПР.

Под системами автоматизированного проектирования (САПР) понимают человеко-машинные комплексы, включающие аппаратные средства (ЭВМ, периферийное оборудование, оргтехника), математическое и информационное обеспечение и предназначенные для повышения эффективности проектирования, оптимизации принятых проектных решений и исключения субъективности в принятии проектных решений.

В рамках данного курса понятие САПР будет использоваться в смысле более общем, чем просто автоматизация проектных работ. САПР, как всякая система, строится по иерархическому принципу и автоматизация проектных работ, под которой мы будем понимать применение ЭВМ для решения небольших рутинных задач (изготовление чертежей, подготовка текстовых документов, выполнение простых расчетов), находится на нижней ступени этой иерархии. Более высокий уровень занимают задачи, обеспечивающие выполнение, разработку, перебор вариантов относительно крупных инженерных решений, таких как расчёт материальных балансов, разработка технологических схем, расчёт и выбор аппаратов, объёмно-планировочные строительные решения и т.д. Самый высокий уровень САПР – системы, позволяющие в автоматическом режиме принимать укрупнённые решения, касающиеся строительства целых производств и производственных комплексов.

Таким образом, САПР, включает в себя автоматизацию проектирования, однако в дополнение к ней, САПР содержит программные модули, позволяющие прорабатывать несколько вариантов проектируемого объекта, выбирать из них лучший, оптимизировать проектные решения. САПР не только ускоряет за счет автоматизации разработку проектной документации, но и на основе этого ускорения позволяет разрабатывать несколько вариантов проекта, оценивать их и производить отбор лучших. В отличие от традиционных методов проектирования, когда те или иные проектные решения принимаются на основе традиций, сложившихся в данной отрасли, опыта, знаний и умений конкретных проектировщиков, САПР на основе перебора нескольких вариантов проектных решений позволяет получить оптимальный с той или иной точки зрения проект.

Кстати, в зависимости от рода экономической связи проектной организации с заказчиком и заданными заказчиком условиями выполнения проекта критериями оптимальности могут быть разные показатели проекта. Например, при необходимости быстрого выхода на рынок нового продукта критерием может быть минимизация сроков разработки проекта. В других условиях такими критериями могут быть максимальная экономическая эффективность спроектированного предприятия, минимизация затрат на проектирование и некоторые другие.

Слово «система» не случайно присутствует в названии САПР. Оно является ключевым в научно-методологическом направлении, лежащем в основе САПР и называемом «системный подход».

Под системой мы обычно понимаем совокупность элементов (подсистем), тем или иным образом выделенных из окружающей среды, находящихся в существенных и строго определенных связях между собой. Существенным свойством системы является ее эмерджентность, то есть наличие некого свойства или свойств характерных только для системы в целом и отсутствующего у ее элементов по отдельности. Это свойство также называют интегративным.[1].

Наряду с интегративностью, систему характеризует «членимость» – возможность разделить на элементы, подсистемы. Следует отметить, что это деление не всегда бывает однозначным. То есть часто систему можно разделить на элементы разными способами. Каждый элемент системы в свою очередь можно рассматривать как систему, состоящую из более мелких элементов. Иными словами в системе может существовать иерархия: система, подсистема (элемент системы), подсистема подсистемы (элемент подсистемы) и так далее.

Элементы системы должны быть связанными между собой, причем сила связей элементов внутри системы должна быть больше, чем их связь с окружающей систему средой. Иначе возникает конфликт между «интересами» элементов и системы в целом.

Связи внутри системы должны создавать определенную структуру. Характерно, что системы, состоящие из одинаковых элементов, но имеющих разные структуры связей между элементами будут иметь и разные интегративные свойства.

Процесс проектирования является хорошим примером применения системного подхода. Если вернуться к материалу предыдущих лекций и рассмотреть его с точки зрения системного подхода, то станет ясно, что задачей ГИП’а является осознание цели и задач системы, которую можно назвать: «процесс проектирования предприятия» для чего он использует исходные данные для проектирования. Он же осуществляет «декомпозицию» этой системы. То есть разбивает комплекс работ по разработке проекта на отдельные блоки работы, устанавливает связи между ними, сроки исполнения и оформляет результат своей деятельности в виде ТГП, где каждая работа (подсистема) изображена в виде кружочка, а связи между подсистемами – в виде стрелок соединяющих эти кружочки.

Точно также процесс разработки материального и теплового баланса производства реализуется на основе системного подхода. Разбиение всего технологического процесса на отдельные стадии это «декомпозиция» системы на подсистемы, связями между которыми являются материальные потоки. Определение величин материальных и энергетических потоков между стадиями обеспечивает согласование характеристик системы, отсутствие конфликтов между отдельными частями - подсистемами. Разработка АХТС отдельных стадия является следующей ступенью в иерархии подсистем – декомпозицией подсистемы (стадии) на отдельные аппараты, трубопроводы, вспомогательное оборудование, которые являются элементами подсистемы «стадия технологического процесса».

В тех случаях, когда системный подход к проектированию удается формализовать, представить в виде набора однозначно трактуемых правил, простых действий, алгоритмов, может быть создана полноценная САПР.

Цель занятия. Знакомство с задачами, решаемыми при проектировании и организации производства в машино- и приборостроении, а также с возможностями САПР в этих областях.