Базовые понятия САПР/АСТПП/САИТ

САПР – система автоматизированного проектирования

АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства

САИТ – система автоматизированного инженерного труда

Одна система проектирования содержит в себе все части.

Англоязычные названия: CAD/CAM/CAE

CAD – computer automation design

CAM – computer automation manufacturing

CAE – computer automation engineering

Проектирование – это процесс создания описания необходимого для построения в заданных условиях ещё не существующего объекта на основе его первичного описания.

Проектирование разделяют на:

1. неавтоматизированное

2. автоматизированное

3. автоматическое

Будем заниматься автоматизированным проектированием. Почему?

Платы состоят из большого количества задач. Задача проектирования сводится к тому, чтобы рационального расположить элементы на кристалле/плате, чтобы достичь заданного критерия, например минимального числа соединений, используя минимальное количество элементов для достижения критерия. С ростом числа элементов число вариантов расположения на кристалле растет экспоненциально. Компьютер уже не справляется с этой задачей, так как решение находится путем перебора всех возможных вариантов. Тут вмешивается человек, который на основе своего опыта отбрасывает некоторые из вариантов. Диалог компьютера и человека позволяет найти рациональное решение, удовлетворяющее заданному критерию.

Np – полные задачи, сложность которых растет по экспоненте с ростом числа элементов и оптимум может быть найден путем полного перебора всех возможных вариантов решения.

Наши задачи как раз относят к ним. Решить их только при помощи компьютера невозможно. Разрыв между сложностью задач и развитием компьютерных технологий большой. Пример np – полной задачи – коммивояжер.

Выделяют две основные задачи в САПР:

1. Анализ

2. Синтез

Задача анализа связана с определением функции объекта или системы по заданному описанию и оценкой возможных проектных решений.

Задача синтеза связана с описанием самого объекта и разработкой проектной документации.

Эти задачи тесно связаны между собой.

Синтез бывает:

1. структурным – получение структуры схемы объекта, формирование сведений о составе элементов и способах их соединения между собой.

2. параметрическим – определение численных значений параметров элементов или системы.

Синтез называют оптимизацией, если определены наилучшие в заданном смысле структуры (структурная оптимизация) или параметры (параметрическая оптимизация).

Проведение оптимизации требует задания критерия (критериев) оптимизации.

Если критерий один – это скалярная оптимизация, если несколько критериев – это векторная оптимизация.

Критерии оптимизации бывают:

- частные

- аддитивные

- мультипликативные

- минимаксные

Для решения задачи анализа применяются специальные языки моделирования VHDL, VERILOG.

Если анализируется динамика работы объекта, то это имитационное моделирование.

Если исследуются статические свойства объекта, то используются различные математические модели.

Виды обеспечения САПР/АСТПП/САИТ

1. Математическое обеспечение (МО) – это совокупность математических моделей и методов и алгоритмов, представленных в заданной форме.

2. Техническое обеспечение (ТО) – это совокупность связанных и взаимодействующих технических средств.

3. Программное обеспечение (ПО) – это совокупность машинных программ, необходимых для обеспечения процесса проектирования, включают в себя как системное, так и прикладное ПО.

4. Информационное обеспечение (ИО) – это совокупность сведений, необходимых для процесса проектирования. Включает в себя СУБД, базу данных и базу знаний.

5. Лингвистическое обеспечение (ЛО) – это совокупность языков проектирования. Включает в себя термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания текстов.

6. Методическое обеспечение (МТО) – это совокупность документов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обеспечения системы.

7. Организационное обеспечение (ОО) – это совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связанной между подразделениями, а также формы, представления результатов проектирования и порядок рассмотрения проектных документов.

Классификация САПР/АСТПП/САИТ

1. По разновидности и сложности объектов проектирования

а) САПР низко сложных объектов (число составных частей до 100)

б) САПР средне сложных объектов (число составных частей от 100 до 10000)

в) САПР высоко сложных объектов (число составных частей от 10000 и более)

2. По уровню автоматизации

а) низко автоматизированные (неавтоматизированные) (до 25% проектных процедур автоматизировано)

б) средне автоматизированные (от 25% до 50% проектных процедур автоматизировано)

в) высоко автоматизированные (от 50% до 75% проектных процедур автоматизировано)

3. По уровню комплексности

а) одноэтапные (выполняется один этап проектирования)

б) многоэтапные (выполняется несколько этапов проектирования)

в) комплексные (выполняется весь цикл проектирования объекта)

4. По характеру и числу выпускаемых проектных документов

а) низкой производительности (от 100 до 10000 проектных документов)[1]

б) средней производительности (от 10000 до 100000 проектных документов)

в) высокой производительности (от 100000 и более проектных документов)

5. По числу уровней технического обеспечения

а) одноуровневые (строятся на основе ЭВМ среднего или высокого I класса со штатным периферийным оборудованием)

б) двухуровневые (строятся на основе ЭВМ среднего или высокого I класса, которые в качестве интеллектуальных терминалов используются персональные ЭВМ)

в) комплексные (строятся на основе ЭВМ среднего или высокого I класса, которые объединяются в сеть и каждый из этих ЭВМ имеет свою сеть персональных ЭВМ)

Лекция 2

Организация САПР/АСТПП/САИТ

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и разрабатываемые как самостоятельные системы.

Подсистема САПР – это выделенная по некоторым признакам часть САПР, позволяющая получать законченные проектные решения.

САПР подсистемы бывают:

1. обслуживающие

а) подсистемы информационного поиска

б) подсистемы документирования

в) подсистемы графического отображения объектов проектирования

2. проектирующие

а) подсистемы функционально-логического проектирования

б) подсистема конструкторского проектирования

в) подсистема технологической подготовки производства

В состав как обслуживающих, так и проектирующих подсистем могут входить экспертные системы, системы поддержки принятия решений (в том числе проектных).

Принципы создания САПР/АСТПП/САИТ

Принципы носят универсальный характер.

1. Принцип включения обеспечивает разработку систем на основе требований, позволяющих включит эти системы в САПР более высокого уровня.

2. Принцип системного единства – при создании, функционировании и развитии САПР связь между подсистемами должна обеспечивать целостность всей системы.

3. Принцип развития – САПР должна создаваться и функционировать с учетом появления, совершенствования и обновления её подсистем и компонентов.

4. Принцип комплексности обеспечивает связанность процессов проектирования элементов и объектов в целом на всех уровнях проектирования, позволяя согласовывать и конкретизировать характеристики элементов и объекта в целом.

5. Принцип информационного единства состоит в использовании в подсистемах, компонентах и средствах обеспечения САПР единых условных обозначений, языков и способов проблемно-ориентированных языков и способов представления данных в соответствии с принятыми нормативными документами.

6. Принцип совместимости – языки, символы, коды, информационные и технические характеристики, связи между компонентами должны обеспечивать эффективное функционирование подсистем и сохранять открытую структуру системы в целом.

7. Принцип стандартизации состоит в проведении унификации, оптимизации, стандартизации подсистем и компонентов, инвариантных к проектируемым объектам и отраслевой специфики, а также в установки и правил с целью упорядочивания деятельности по созданию и развитию САПР.

Стадии создания САПР/АСТПП/САИТ

1. Внешнее проектирование

а) стадия предпроектных исследований

б) разработка ТЗ на проект

2. Внутреннее проектирование

а) разработка технических предложений

б) рабочий проект

в) разработка эскизного проекта

г) разработка технического проекта

д) изготовление, отладка, испытание системы в действии

Проводится в соответствии с ГОСТом.

Системный подход к проектированию

Исследование объектов проектирования с помощью их математических моделей составляет суть системного подхода.

Выделяют следующие принципы системного подхода:

1. иерархичность – каждая система или элемент может рассматриваться как отдельная система.

2. структурность состоит в возможности описания системами через описание коммутационных связей между её элементам.

3. взаимозависимость заключается в проявлении свойств системы только при взаимодействии с внешней средой.

4. множественность описания состоит в описании системы на основе множества взаимодействующих математических моделей.

5. целостность – свойство всей системы определяться на основе рассмотрения свойств её частей.

Суть системного подхода – это проектирование части с учетом целого.

Базовые технологии проектирования в САПР/АСТПП/САИТ

Наиболее перспективными базовыми технологиями проектирования на сегодняшний день являются:

1. технология последовательного проектирования

2. технология сквозного проектирования

3. технология восходящего проектирования

4. технология нисходящего проектирования

5. технология параллельного проектирования

6. технология объектно-ориентированного проектирования

7. WAVE – технология