Информационные технологии автоматизированного проектирования

Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Так, например, в машиностроении производственный цикл предприятия, определяемый временем нахождения деталей, узлов и готовых изделий в цехах, составляет 1% всего времени от начала проектирования до выпуска готовой продукции, остальные 99% приходятся на опытно-конструкторскую, конструкторскую и технологическую подготовку производства. С другой стороны сложность решения задачи автоматизированного проектирования связана с многообразием и спецификой конкретных предметных областей.

Создание САПР-продуктов происходит в следующих направлениях [25]:

· универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации;

· открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях);

· графический редактор и графическая среда приложений;

· открытая среда конструкторского проектирования;

· САПР для непрофессионалов (домашнего использования).

Наиболее полно возможности САПР-продукта на уровне универсального графического пакета можно проследить на примере AutoCAD 2000 — новой версии самого популярного в России чертежного пакета. Рассмотрим основные особенности новой разработки фирмы Autodesk [41]:

· возможность работы с несколькими файлами чертежей в одном сеансе без потери производительности;

· контекстное всплывающее меню, включающее группу операций буферного обмена, повтора последней операции, отмены действий и возврата отмененного действия, вызова динамических интерактивных операций панорамирования и зуммирования и др.;

· наличие средств моделирования, позволяющих редактировать твердотельные объекты на уровне ребер и граней;

· возможность обращения к свойствам объектов;

· возможность выбора, группировки и фильтрации объектов по типам и свойствам;

· наличие технологии создания и редактирования блоков;

· возможность вставки в чертеж гиперссылок;

· включение DesignCenter — нового интерфейса технологии drag-and-drop для работы с блоками, внешними ссылками, файлами изображений и чертежей;

· управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на экране;

· возможность работы со слоями без вывода на печать;

· наглядная работа с размерами и размерными стилями;

· наличие средств управления видами и системами координат;

· наличие нескольких режимов визуализации от проволочного каркаса до закраски;

· наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании;

· возможность компоновки чертежей и вывода на печать;

· работа с внешними базами данных;

· наличие средств настройки с помощью редакторов Visual LISP и Visual Basic;

· совместимость версий (в форматах DWG AutoCAD R14, R13 и форматах DXF AutoCAD R14, R13, R12).

По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/3D (двух- и трехмерной геометрии) графическим пакетом средней ценовой категории.

Создание приложений связано со спецификой конкретной предметной области и решается эта задача на различных инструментальных платформах. Рассмотрим эту проблему применительно к САПР в радиоэлектронике. Радиоэлектроника является очень широкой научно-технической областью, поэтому остановимся только на проблеме проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования РЭА [13]:

· решение всего комплекса задач проектирования РЭА: ввод структурной, функциональной и принципиальной схем; проведение расчетов; моделирование; конструирование аппаратуры; технологическая подготовка производства и изготовление;

· наличие полной библиотеки элементов и узлов, источников (генераторов) сигналов и шумов, с большим набором параметров и возможностью их легкой модификации;

· наличие справочной базы данных и ГОСТов;

· проведение необходимых расчетов (надежности, мощности, рабочих режимов и других параметров);

· возможность импорта и экспорта информации из других информационных систем;

· поддержка разнообразной периферии.

Процесс проектирования РЭА принято разбивать на этапы (системный, схемный, конструкторский, технологический, производственный), а саму проектируемую РЭА на уровни (система, подсистема или аппаратура, прибор, блок, ячейка или узел). Исходя из такого разбиения, представляется естественным требование, чтобы САПР поддерживали все этапы и уровни проектирования в полном объеме. К сожалению, на практике данный подход полностью не реализован. Ниже в табл. 6.5 представлены наиболее распространенные в России САПР и обозначены обеспечиваемые ими этапы проектирования [13].

Таблица 6.5

Приведенные в табл. 6.5 САПР условно подразделяются на три группы:

· САПР уровня ячеек (Р — CAD, OrCAD, DesignLab, ACCEL EDA, CADdy), обеспечивающие ввод схемы, разводку и производство печатных плат;

· схемотехнические САПР (PSpice, MicroCAP, Electronics Workbench, SISIE, MR-CAD, Симпатия, CircuitMaker, Dynamo), обеспечивающие ввод схемы и ее моделирование;

· САПР объемных конструкций (AutoCAD, EUCLID, T-FLEX CAD и др.), обеспечивающие разработку и выпуск конструкторской документации.

В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование ландшафта, интерьера и др. Основные требования к системам подобного класса — приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера. В табл. 6.6 приведены характеристики таких САПР, представленных на рынке [6].

Таблицa 6.6

Наиболее перспективным в области автоматизированного проектирования является использование открытых сред, основной особенностью которых является автоматизация процесса проектирования: выбор структуры объекта проектирования; необходимые расчеты, включая геометрические и т.д. Примером реализации такого подхода является СПРУТ-технология, реализованная в виде графической оболочки со сменной проблемной ориентацией DiaCAD [25]. На рис. 6.8 представлены возможности проблемной ориентации DiaCAD, а на рис. 6.9 возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования.

Рис. 6.8. Возможности проблемной ориентации DiaCAD

Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-технологии (рис. 6.10) и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивного черчения, так же как в известных средствах графического редактирования.

Рис. 6.9. Возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования

Рис. 6.10. СПРУТ-технология

Возможности DiaCAD определяются перечнем решаемых задач:

· оперативная разработка чертежей с соблюдением требований ГОСТов;

· создание и использование иерархических графических баз данных;

· интерактивная параметризация чертежа и его типовых фрагментов;

· интеллектуальное редактирование (редактирование чертежа путем изменения значений размеров);

· получение параметризированных программ без программирования.

Функционально DiaCAD можно разделить на две части: среда администратора графической базы данных и среда конструктора.

Среда администратора графической базы данных предназначена для работы с иерархическими графическими базами данных и позволяет решать следующие задачи:

· создание базы данных с произвольной иерархической структурой;

· оперативный просмотр чертежа;

· копирование данных из одного чертежа в другой;

· вывод чертежа на графопостроитель или печатающее устройство.

Среда конструктора позволяет создавать и редактировать чертежи и геометрические модели.

Принципиальной отличительной особенностью DiaCAD является возможность создания на ее основе с использованием единой интегрированной среды СПРУТ собственной САПР.

Контрольные вопросы

1. Какие информационные технологии используются в корпоративном управлении?

2. Какие экономико-математические модели используются в корпоративном управлении?

3. В чем идея виртуального бизнеса?

4. На каких принципах основана архитектура «клиент—сервер»?

5. На каких принципах основана архитектура Интранета?

6. Какие открытые стандарты используются в архитектуре Интранета?

7. Определите классы задач, решаемых с помощью корпоративных информационных систем.

8. Какие существуют типы корпоративных информационных систем?

9. Сформулируйте основные направления информатизации банковской деятельности.

10. Какие программные системы используются в информатизации финансовой деятельности?

11. Назовите принципы информатизации управления технологическими процессами.

12. Что представляет собой модульная архитектура контроллеров?

13. Определите основополагающие аспекты информатизации образования.

14. Определите факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов в образовательном процессе.

15. Сформулируйте отрицательные последствия использования информационных технологий в образовании.

16. Назовите дидактические требования при использовании компьютерных технологий в образовании.

17. Каковы отрицательные и положительные качества использования информационных технологий в образовании?

18. Каковы основные направления использования информационных технологий в образовании?

19. Перечислите типы компьютерных обучающих программ, используемых в учебном процессе.

20. Сформулируйте основные направлениях создания САПР-продуктов.

21. Каковы основные особенности AutoCAD 2000?

22. Укажите основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

23. Что понимают под открытой средой в САПР-технологиях?

24. В каких случаях используется система DiaCAD?