Принципы создания САПР

Проектирование - это процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующего объекта на основе первичного описания этого объекта и/или алгоритма его функционирования.

Проектирование включает в себя комплекс работ по изысканию, исследованию, расчетам и конструированию, имеющих целью получение описания предмета проектирования, необходимого и достаточного для создания нового изделия или реализации нового процесса, удовлетворяющего заданным требованиям.

Под автоматизацией проектирования понимается такой способ выполнения процесса разработки проекта, когда проектные процедуры и операции выполняются разработчиком изделия при тесном взаимодействии с ЭВМ. Рациональное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек в основном должен решать задачи творческого характера, а ЭВМ - задачи, допускающие формализованное описание в виде алгоритма. Таким образом, и достигается эффективность САПР по сравнению с традиционным ручным проектированием.

Существенное преимущество машинных методов проектирования состоит в возможности проводить на ЭВМ эксперименты на математических моделях объектов проектирования, отказавшись или значительно сократив дорогостоящее физическое проектирование.

Создаваемые математические модели при этом должны удовлетворять требованиям универсальности, адекватности, точности и экономичности.

Для создания САПР необходимо:

- Совершенствование проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники.

- Автоматизация процесса поиска, обработки и выдачи информации.

- Использование методов оптимизации и многовариантного проектирования.

- Применение эффективных математических моделей проектируемых объектов, комплектующих изделий и материалов.

- Создание банков данных, содержащих систематизированные сведения справочного характера, необходимые для автоматизированного проектирования объектов.

- Повышение качества оформления проектной документации.

- Увеличение творческой доли труда проектировщика за счет автоматизации нетворческих работ.

- Унификация и стандартизация методов проектирования.

- Подготовка и переподготовка специалистов в области САПР.

- Взаимосвязь проектных подразделений с автоматизированными системами различного уровня и назначения.

Параметры и характеристики технических средств математического и программного обеспечения выбирают с учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования. Удобство использования программ САПР обеспечивается за счет средств оперативной связи инженера с ЭВМ, использования информационно-справочной базы, а также использования проблемно-ориентированных языков.

Основная функция САПР – выполнение автоматизированного проектирования на всех или отдельных стадиях проектирования объектов и их составных частей. При этом используются несколько основных принципов.

1. Принцип системного единства.

Обеспечивает целостность системы и системную свежесть проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом (иерархичность проектирования).

2. Принцип совместимости.

Обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытую систему в целом.

3. Принцип типизации.

Ориентирует на преимущественное создание и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизации подлежат элементы, имеющие перспективу многократного применения, причём они должны проходить экспертизу на соответствие современным требованиям САПР и модифицируются по мере необходимости.

4. Принцип развития.

Обеспечивает пополнение, совершенствование и обновление составных частей САПР, а также взаимодействие и расширение взаимосвязи с АСУ различного уровня и функционального назначения.

САПР – человеко-машинная система.

Все созданные и создаваемые с помощью ЭВМ системы проектирования являются автоматизированными.

В настоящее время и, по крайней мере, в обозримом будущем, САПР не угрожает монополии человека при принятии узловых решений в процессе проектирования.

САПР – иерархическая система.

Она реализует комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования.

Целесообразность подобного подхода объясняется тем, что автоматизация проектирования на одном из уровней при сохранении старых форм проектирования на соседних уровнях менее эффективна, чем полная автоматизация всех уровней.

Иерархия уровней проектирования проявляется в структуре прикладного программного обеспечения в виде различных программных подсистем; в структуре технического обеспечения иерархическое построение САПР разделяет технические средства на автоматизированные рабочие места (АРМ) и центральные вычислительные комплексы.

САПР – совокупность информационно-согласованных систем.

Информационная согласованность означает, что все или большинство последовательных задач проектирования обслуживаются информационно-согласованными программами (ИСП). Информационно-согласованными называются программы, в которых все данные, представляющие собой объект переработки в обеих программах, входят в массивы, не требующие изменений при переходе от одной программы к другой.

Если же для согласования программ требуется существенная переработка общего массива данных с участием человека, вручную добавляющего недостающие параметры, занимающегося перекомпоновкой массивов или изменяющего отдельные параметры, это значит, что программы информационно не согласованны или согласованны плохо.

Ручная перекомпоновка данных приводит к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому снижает эффективность САПР.

Плохая информационная согласованность подсистем превращает САПР в совокупность автономных программ, не учитывающих многие факторы, оцениваемые в других подсистемах и снижающих качество проектных решений. То есть ещё один из принципов создания САПР – принцип оптимальности связей между человеком и ЭВМ внутри САПР.

Это означает, что оптимальным видом связи между ЭВМ и человеком является обеспечение диалогового режима обмена информацией и автоматической связи программ без ручной корректировки массивов данных.

Близким по смыслу, но не полностью совпадающим с принципом информационной согласованности является принцип оптимальности связей между САПР и внешней средой.

Если каждый раз при проектировании очередного объекта в систему необходимо вводить не только действительно специфически новые данные, но и сведения справочного характера (как, например, параметры унифицированных элементов), то имеет место нерациональная связь САПР с внешней средой. Поэтому необходима организация данных, многократно используемых при проектировании различных объектов в виде банков данных.

Человек в системе играет важную роль, решая задачи, формализация которых не достигнута или задачи, которые решаются человеком на основе эвристических способностей более эффективно, чем на современной ЭВМ. Такое взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования – один из принципов построения и эксплуатации САПР.

САПР – открытая и развивающаяся система.

Это, во-первых, означает, что создание САПР занимает продолжительное время из-за сложности системы. Поэтому необходимо вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности с возможным расширением системы в дальнейшем.

Во-вторых, вычислительная математика и вычислительная техника, развиваясь, приводит к появлению новых, более современных математических моделей, программ и т.д., которыми необходимо заменять старые аналоги.

Поэтому САПР должна быть открытой системой, обладая свойством удобства включения новых методов и средств.

САПР – специализированная система с максимальным использованием унифицированных модулей.

Требование высокой эффективности и универсальности, как правило, противоречивы. Высокая эффективность САПР выражается малыми временными и материальными затратами при решении проектных задач. Этого можно добиться только за счёт узкой специализации систем. При этом очевидно, что число различных САПР растёт.

Чтобы снизить расходы на разработку специализированных САПР, их целесообразно строить на основе максимального использования унифицированных составных частей. Необходимое условие унификации – поиск общих положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов.