Системы автоматизированного проектирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Практическое занятие №1 Назначение, термины и определения, классификация САПР

Практическое занятие №2 Системный подход к проектированию

Практическое занятие №3 Стадии проектирования

Практическое занятие №4 Структура технического обеспечения САПР

Практическое занятие №5 Вычислительные системы и периферийные устройства в САПР

Практическое занятие №6 Функции и проектные процедуры, реализуемые в программном обеспечении САПР

Практическое занятие №7 Информационное обеспечение САПР

Практическое занятие №8 Автоматизированные системы управления

Практическое занятие №9 Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР)

Введение

Словарь терминов

CAD - computer Aided Design (САПР) Общий термин для обозначения всех аспектов проектирования с использованием средств вычислительной техники. Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия. (Твердотельные,3D). А также генерацию чертежных изделий и их сопровождений. Следует отличать что этот термин САПР по отношению промышленным системам имеет более широкое толкование чем CAD. Он включает в себя как CAD так и CAM и CAE.

CAM - Computer Aided Manufacturing. Общий термин для обозначения системы автоматизированной подготовки производства, общий термин для обозначения ПС подготовки информации для станков с ЧПУ. Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, полученных из систем CAD.

CAE - Computer Aided Engineering. Система автоматического анализа проекта. Общий термин для обозначения информационного обеспечения условий автоматизированного анализа проекта, имеет целью обнаружение ошибок(прочностные расчеты) или оптимизация производственных возможностей.

PDM - Product Data Management. Система управления производственной информацией. Инструментальное средство, которое помогает администраторам, инженерам, конструкторам и так далее управлять как данными так и процессами разработки изделия на современных производственных предприятиях или группе смежных предприятий.

CAD/CAM/CAE/PDM = САПР

Прогресс науки и техники, потребности развивающегося общества в новых промышленных изделиях обусловлено необходимость выполнения проектных работ. Требование к качеству проектов, к срокам их выполнения становятся все более жесткими по мере увеличения сложности проектируемых объектов. Кроме того, темпы морального устаревания изделий сегодня таковы, что поставленные на конвейер новые образцы часто уже не соответствуют современным требованиям.

Осуществление этих требований стало возможным на основе широкого применения средств ЭВМ на всех этапах производства:

- Контроль проектирования, где зарождается исходная модель изделия, технологического проектирования.

- Проектирование организации управления производством с формированием данных о материальных и информационных потоках производства.

- Изготовление изделий путем выполнения операций над материальным объектом на основе созданной на предварительных этапах информации.

- Оценки качества изделия на основе сравнения требуемых и реальных характеристик.

К числу наиболее эффективных технологий САПР и АСТПП.

Что такое САПР? Ступени развития САПР

Примеры использования были даже до того, как сформировался термин САПР.

В 1955-59 году в МТИ под руководством Росса была разработана система программирования АРТ (авт. прог. станки). АРТ дает возможность подготовки программ для станков с чипом, путем описания длины рабочего кода инструмента. В дальнейшем в процессе разработки систем подготовки программ для станков с чипом не задавать длину кода, а описывать саму деталь. В противоположность сегодняшнему понятию САПР, тогда понималась растущая возможность использования ЭВМ. САD придумал Cайзерленд. В настоящее время под САПР процесс проектирования с использованием машинной графики поддерживаемых пакетами ПО для решения на компьютерах аналитических квалификационных экономических и эргономических проблем связанных с проектной деятельностью.

Широкое применение САПР началось с использованием микроЭВМ. Лидером в разработке была фирма Computer Visual.

Ступени развития САПР:

В 70х годах были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации. В соответствии с веяниями времени в этот период основное внимание уделялось системам авт. черчения.

В 80-х годах внедрились микро и суперкомпьютеры и САПЧ (САП и черчения) стали доступны даже малым фирмам. Когда стол для черчения заменяется на дисплей то повышается скорость работы, повышается уровень опытного чертежника в 3 раза. На цветном дисплее в 3,5 раза. В это время поставщики АПЧ применяли не только авт. проектирования, но и моделирование 3D. Сначала в 3D были простые поверхности, затем твердотельные изображения.

В 90-е годы - период зрелости, осознаны многие реальные задачи практики, исправлены многие ошибки при разработки. Сейчас существуют вопросы интеграции возможности, позволяющих вести речь об автоматизации всего процесса проектирования, конструирования. Бурный рост функциональности АП с одновременным усложнением ряда ключевых функций и операций, связанных с распознаванием и обработки особенностей форм привел к тому, что на переднем плане стал интерфейс. Актуальны методы отката назад (roll back), которые восстанавливают конкретно проект, несмотря на ошибки как собственные, так и ошибки алгоритмов данных.

Практическое занятие №1

Тема: Назначение, термины и определения, классификация САПР.

Цели и задачи: Изучить основные термины и определения САПР, методы и признаки классификации САПР.

После занятия студент должен:

1. Знать: Основные понятия САПР.

2. Уметь: По классификационной группе определить основные характеристики САПР.

Для этой практической работы необходимо:

1. Проработать теоретический материал по теме: «Принципы создания САПР».

Понятия, которые необходимо рассмотреть на занятии:

Основные термины и определения.

Основные термины и определения в области автоматизированного проектирования установлены ГОСТ 22487--77. Они обязательны для применения во всех видах документации, научно-технической, учебной и справочной литературе.

При проектировании различают, например, следующие объекты: материалы, предметы, процессы, системы (механические, электрические, организационные и др.). Под созданием объекта понимают:

если объектом является материал или предмет -- его изготовление и придание заданных свойств и характеристик, включая заданное взаимодействие его с внешней средой;

если объектом является процесс -- его выполнение в соответствии с заданным алгоритмом процесса;

если объектом является организационная система -- ее размещение во времени и пространстве и придание ей заданных свойств и характеристик, включая заданное функционирование в соответствии с заданным алгоритмом функционирования.

Под описанием объекта понимают:

если объектом является материал, предмет или система -- описание заданных свойств и (или) характеристик объекта, включая описание взаимодействия между его частями и взаимодействие объекта с внешней средой и описание его функционирования;

если объектом является процесс -- описание результата процесса и заданных характеристик его выполнения во времени и пространстве.

В промежуточные описания объектов могут быть включены также математические и физические модели.

В преобразование описаний могут быть включены эквивалентные преобразования и преобразования, связанные с вводом новых сведений (параметров, характеристик и т. п.).

Под некорректностью описания понимают противоречивое и (или) недостаточно полное описание объекта, алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, ведущее к невозможности создания объекта.

Неавтоматизированное проектирование--проектирование, при котором все преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представление описаний на различных языках осуществляет человек.

Автоматизированное проектирование -- проектирование, при котором отдельные преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представления описаний на различных языках осуществляется взаимодействием человека и ЭВМ.

К техническим устройствам, позволяющим осуществлять автоматизацию проектирования, могут относиться ЭВМ, их периферийные устройства и другие технические устройства. Автоматизированное проектирование обычно осуществляют в режиме диалога человека с машиной на основе применения специальных языков общения человека с машиной.

Автоматическое проектирование -- проектирование, при котором все преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представление описаний на различных языках осуществляются без участия человека.

При автоматическом проектировании пуск соответствующего оборудования и ввод в ЭВМ первичного описания объекта осуществляет человек.

В зависимости от области проектирования различают, например, следующие виды объектов проектирования: машиностроительные, химические и т. п. В зависимости от видов объектов проектирования различают, например, следующие виды проектирования: машиностроительное, строительное, химическое, энергетическое и т. п. Объект проектирования может быть создан заново и на основе существующих объектов, например такой объект как город создают совершенствованием существующего объекта-города. С точки зрения проектирования заданный город является новым, не существующим в действительности.

Проектное решение -- промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования.

Типовое проектное решение--существующее проектное решение, используемое при проектировании.

Результат проектирования -- проектное решение (совокупность проектных решений), удовлетворяющее заданным требованиям, необходимое для создания объекта проектирования. В заданные требования должны быть включены требования к форме представления проектного решения.

Алгоритм проектирования -- совокупность предписаний, необходимых для выполнения проектирования. Под выполнением проектирования понимается нахождение результата проектирования. Алгоритм проектирования может быть общим (для определенного класса объектов) и специальным (для одного объекта).

Язык проектирования -- язык, предназначенный для представления и преобразования описаний при проектировании.

Входной язык проектирования (допускается применение термина «Входной язык») -- язык проектирования, предназначенный для представления задания на проектирование.

Базовый язык, проектирования (допускается применение термина «Базовый язык») - язык проектирования, предназначенный для представления дополнительных сведений к первичному описанию объекта проектирования, проектных решений, описаний проектных процедур (в том числе процедур информационного обмена) и их последовательности.

Выходной язык проектирования (допускается применение термина «Выходной язык») -- язык проектирования, предназначенный для представления какого-либо проектного решения, включая результат проектирования в форме, удовлетворяющей требованиям его дальнейшего применения. Выходной язык должен, например, удовлетворять требованиям, установленным в стандартах ЕСКД, ЕСТД, или требованиям к машинным носителям для автоматизированного изготовления объектов проектирования и т. п.

Проектный документ -- документ, выполненный по заданной форме, в котором представлено какое-либо проектное решение, полученное при проектировании.

Проект -- совокупность проектных документов в соответствии с установленным перечнем, в которых представлен результат проектирования.

Проектная операция -- действие или формализованная совокупность действий, составляющих часть проектной процедуры, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур. Проектными операциями являются, например, вычисление, черчение, составление таблиц с данными, ввод и вывод данных и т. п.

Проектная процедура -- формализованная совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением. Проектными процедурами являются, например, прогнозирование, оптимизация, проверка реальности реализации, контроль, корректировка, моделирование и т. п.

Унифицированная проектная процедура (допускается применение термина «Унифицированная процедура») -- проектная процедура, алгоритм которой остается неизменным для различных объектов проектирования или различных стадий проектирования одного и того же объекта.

Техническое обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного (автоматического) проектирования.

Математическое обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования -- совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования, необходимых для выполнения автоматизированного (автоматического) проектирования, представленных в заданной форме.

Программное обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования -- совокупность машинных программ, необходимых для выполнения автоматизированного (автоматического) - проектирования, представленных в заданной форме.

Пакет прикладных программ проектирования (допускается применение термина «Пакет прикладных программ») -- совокупность машинных программ, необходимых для выполнения какой-либо проектной процедуры, представленных в заданной форме.

Информационное обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования - совокупность сведений, необходимых для выполнения автоматизированного (автоматического) проектирования, представленных в заданной форме. В информационное обеспечение автоматизированного проектирования включают, например, нормативно-справочные документы, задание государственных планов, прогнозы технического развития, типовые проектные решения, системы классификации и кодирования технико-экономической информации, различные системы документации (ЕСКД, ЕСТД и т. п.). Кроме того, в информационное обеспечение входят различные фонды: нормативный, плановый, прогнозный, фонд типовых решений, фонд алгоритмов и программ.

Лингвистическое обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования -- совокупность языков проектирования, включающая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для выполнения автоматизированного (автоматического) проектирования, представленных в заданной форме.

Методическое обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования -- совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения автоматизированного (автоматического) проектирования, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Под отбором средств обеспечения автоматизированного проектирования понимают выбор необходимой совокупности средств для выполнения проектирования заданного объекта или класса объектов из имеющейся совокупности средств обеспечения.

Организационное обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования -- совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними, их функции, а также форму представления результата проектирования и порядок рассмотрения проектных документов, необходимых для выполнения автоматизированного (автоматического) проектирования.

Комплекс средств автоматизации проектирования -- совокупность различных видов обеспечения автоматизированного (автоматического) проектирования, необходимых для выполнения автоматизированного (автоматического) проектирования.

Операционная система автоматизированного (автоматического) проектирования (допускается применение термина «Операционная система проектирования») -- часть программного обеспечения автоматизированного (автоматического) проектирования, предназначенная для управления проектированием.

Система автоматизированного проектирования (САПР) -- комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователем системы), выполняющий автоматизированное проектирование.

Система автоматического проектирования -- комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователем системы), выполняющий автоматическое проектирование.

Интегрированная система автоматизированного (автоматического) проектирования -- система автоматизированного (автоматического) проектирования, имеющая альтернативное программное обеспечение и операционную систему автоматизированного (автоматического) проектирования, позволяющую выбирать совокупность машинных программ применительно к заданному объекту проектирования или классу объектов проектирования.

Классификация САПР.

В начальный период создания САПР должны быть разработаны единый метод и признаки классификации, основные классификационные группировки и правила обозначения САПР, Классификацию и обозначения САПР, используемых в различных отраслях промышленности, устанавливает ГОСТ 23501. 108--85. При разработке этого ГОСТа использован фасетный метод классификации объектов, при котором классификационные признаки (т. е. объект классификации) характеризуются с разных сторон.

По каждому признаку установлены классификационные группы, их характеристики и коды.

1.1 Классификационные группировки САПР по типу объекта проектирования

Код	Наименования
1 2 3 4 5-9	САПР изделий машиностроение и приборостроение САПР технологических процессов в машиностроении и приборостроении. САПР объектов строительства. САПР организационных систем. Резерв

1.2 Классификационные группировки САПР по разновидности объекта проектирования

Код	Наименования
	Код и наименования группировки устанавливается по действующим обозначением документации на объекты, проектируемой системой

1.3 Классификационные группировки САПР по сложности объекта проектирования

Код	Наименования	Число составных частей проектируемого объекта
1 2 3 4 5	САПР простых объектов САПР объектов средней сложности САПР сложных объектов САПР очень сложных объектов САПР объектов очень высокой сложности	<10І 10І…10і 10і… … >

1.4 Классификационные группировки САПР по уровню автоматизации проектирования

Код	Наименования	Объем автоматизирован-ных работ от общего количества проектных процедур, %
1 2 3	Система низкоавтоматизированного проектирования Система среднеавтоматизированного проектирования Система высокоавтоматизированного проектирования	<25 25…50 >50 (применяется методы многовариантного оптимального проектирования)

1. 5. Классификационные группировки САПР по комплексности автоматизации проектирования

Код	Наименования
1 2 3	Одноэтапная САПР Многоэтапная САПР Комплексная САПР (выполняет все этапы проектирования объекта)

1.6 Классификационные группировки САПР по характеру выпускаемых проектных документов

Код	Наименования	Носитель данных проектного документа
1 2 3 4 5 6 7-9	САПР текстовых документов САПР текстовых и графических документов САПР документов на магнитных носителях На фотоносителях На двух типах носителей данных На всех типах носителей данных Резерв	Бумажная лента и лист То же Перфоносители (перфокарты, перфо-ленты) и магнитные носители (маг-нитные ленты, диски, барабаны) Микрофильмы, микрофиши, фото-шаблоны и т. п. Два любых типа носителей данных Все типы носителей данных

1.7 Классификационные группировки САПР по количеству выпускаемых проектных документов

Код	Наименования	Число выпускаемых за год проектных документов в пересчете на формат А4
1 2 3 4-9	САПР малой производительности САПР средней производительности САПР высокой производительности Резерв	--

Классификационные группировки САПР по числу уровней в структуре технического обеспечения

Код	Наименования	Характеристика технических средств системы
1 2 3 4-9	Одноуровневая САПР Двухуровневая САПР Трехуровневая САПР Резерв	ЭВМ среднего или высокого класса со штатным набором периферийных устройств, которой может быть дополнен средствами обработке графической информации ЭВМ среднего или высокого класса и одно или несколько автоматизированных рабочих мест проек-тировщика (АРМ), включающих в себя мини-ЭВМ ЭВМ высокого класса, одно или несколько АРМ и периферийное программно-управляемые оборудования --

Х Х Х Х Х Х Х Х

Тип объекта проектирования

Разновидность объекта проектирования

Сложность объекта проектирования

Уровень автоматизации проектирования

Комплексность автоматизации проектирования

Характер выпускаемых проектных документов

Количество выпускаемых проектных документов

Количество уровней в структуре технического обеспечение

Классификация группы САПР

Индивидуальное задание:

По приведенной группе САПР определите ее основные характеристики

Вариант	Классификация группы САПР
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11	11312222 11431213 11222233 11513211 11132213 11233231 11423212 11231232 11521212 11412233 11131223

Контрольные вопросы по материалу практического занятия №1

1. Какой ГОСТ устанавливает основные термины и определения САПР?

2. В чем отличие ручного, автоматизированного и автоматического проектирования?

3. Дайте определения понятиям:

а) Проектное решение.

б) Результат проектирования

в) Алгоритм проектирования

г) Язык проектирования

д) Проект

е) Проектная процедура

ж) Проектная операция

з) Техническое обеспечение

и) Программное обеспечение

к) Математическое обеспечение

л) Информационное обеспечение

м) Лингвистическое обеспечение

н) Методическое обеспечение

о) Организационное обеспечение.

4. Какой ГОСТ устанавливает классификацию и обозначения САПР.

Литература

1. Скурихин В.И. Справочник по САПР К., «Тєхніка», 1988-375с.

2. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М., Издательство МГТУ им. Баумана, 2002-334с.

Практическое занятие №2

Тема: Системный подход к проектированию

Цели и задачи: Усвоить понятия инженерного проектирования. Изучить принципы системного подхода. Ознакомится с основными понятиями системотехники.

После занятия студент должен:

Знать: Что такое проектирование. Основные идеи и принципы проектирования сложных технических систем.

Уметь: Определять на примере двигателя внутреннего сгорания иерархическую структуру, внутренние, внешние и выходные параметры сложных технических систем.

Для этой практической работы необходимо:

1. Проработать теоретический материал по теме: «Системный подход к проектированию».

Понятия, которые необходимо рассмотреть на занятии:

Проектирование технического объекта - создание, преобразование и представления в принятой форме образа этого еще не существующего объекта.

Проектирование включает в себя разработку технического задания (ТЗ), отражающего характеристики проектируемого объекта, и реализацию ТЗ в виде проектной документации.

Основные идеи и принципы проектирования выражены в системном подходе. Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия.

Системный подход включает в себя выявление структуры системы, типизацию связей, определение атрибутов, анализ влияния внешней среды.

Теория систем, - дисциплина, в которой конкретизируются положения системного подхода

В технике дисциплину, в которой исследуются сложные технические системы, их проектирование называют системотехникой

Структурный, блочно-иерархический, объектно-ориентированный подходы являются компонентами системотехники.

При структурном подходе требуется синтезировать варианты системы из блоков и оценить варианты при их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристик компонентов.

Блочно-иерархический подход к проектированию использует идеи декомпозиции сложных описаний объектов и соответственно средств их создания на иерархические уровни и аспекты, вводится понятие стиля проектирования (восходящий и нисходящий), устанавливает связь между параметрами соседних иерархических уровней.

Объектно-ориентированный подход к проектированию используется при разработке информационных систем и ПО. Он вносит в модели приложений большую структурную определенность, распределяя представленные в приложении данные и процедуры между классами объектов.

Система--множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой.

Элемент - такая часть системы, представление о которой нецелесообразно подвергать при проектировании дальнейшему членению.

Сложная система - система, характеризуемая большим числом элементов и, что наиболее важно, большим числом взаимосвязей элементов. Сложность системы определяется также видом взаимосвязей элементов, свойствами целенаправленности, целостности, членимости, иерархичности, многоаспектности.

Надсистема - система, по отношению к которой рассматриваемая система является подсистемой.

Структура -- отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей; понятие структуры отличается от понятия самой системы также тем, что при описании структуры принимают во внимание лишь типы элементов и связей без конкретизации значений их параметров.

Параметр - величина, выражающая свойство или системы, или ее части, или влияющей на систему среды.

Фазовая переменная -- величина, характеризующая энергетическое или информационное наполнение элемента или подсистемы.

Состояние--совокупность значений фазовых переменных, зафиксированных в одной временной точке процесса функционирования.

Поведение(динамика) системы - изменение состояния системы в процессе функционирования.

К характеристикам сложных систем, как сказано выше, часто относят следующие понятия.

Целенаправленность -- свойство искусственной системы, выражающее назначение системы. Это свойство необходимо для оценки эффективности вариантов системы.

Целостность - свойство системы, характеризующее взаимосвязанность элементов и наличие зависимости выходных параметров от параметров элементов, при этом большинство выходных параметров не является простым повторением или суммой параметров элементов.

Иерархичность -- свойство сложной системы, выражающее возможность и целесообразность ее иерархического описания, т. е. представления в виде нескольких уровней, между компонентами которых имеются отношения целое - часть.

Составными частями системотехники являются следующие основные разделы:

иерархическая структура систем, организация их проектирования;

анализ и моделирование систем;

синтез и оптимизация систем.

Моделирование имеет две четко различимые задачи: 1 -- создание моделей сложных систем (в англоязычном написании - modeling); 2 -анализ свойств систем на основе исследования их моделей (simulation).

Синтез также подразделяют на две задачи: 1 - синтез структуры проектируемых систем (структурный синтез); 2 - выбор численных значений параметров элементов систем (параметрический синтез). Эти задачи относятся к области принятия проектных решений.

Пример: определения иерархической структуру, внутренних, внешних и выходных параметров двигателя внутреннего сгорания.

Для двигателя внутреннего сгорания подсистемами являются:

коленчатый вал,

механизм газораспределения,

поршневая группа,

системы смазывания и охлаждения.

Внутренние параметры:

число цилиндров,

объем камеры сгорания.

Выходные параметры:

мощность двигателя,

КПД,

расход топлива.

Внешние параметры:

характеристика топлива,

температура воздуха,

нагрузка на выходном валу.

Индивидуальное задание:

1. Определите иерархической структуру, внутренние, внешние и выходные параметры компьютера.

Контрольные вопросы по материалу практического занятия №2

Дайте определение понятия «Проектирование».

Что такое техническое задание (ТЗ)?

В чем отличие ручного, автоматизированного и автоматического проектирования?

В чем состоит общий принцип системного подхода?

Что является предметом изучения теории систем?

В чем суть структурного подхода?

В чем суть блочно-иерархического подхода?

В чем суть объектно-ориентированного подхода?

Дайте определения понятиям:

а) Система

б) Элемент

в) Сложная система

г) Подсистема

д) Надсистема

е) Структура

ж) Параметр

з) Фазовая переменная

и) Состояние

к) Поведение

л) Система без последствий

м) Целенаправленность

н) Целостность

о) Иерархичность.

10.Перечислите составные части системотехники.

11.Назовите задачи моделирования.

12.Назовите задачи синтеза.

Литература

Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М., Издательство МГТУ им. Баумана, 2002 .

Ли Кунву Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб, Питер, 2004.

Грувер М., Зиммерс Э., САПР и автоматизация производства. М., Мир, 1987.

Практическое занятие №3

Тема: Стадии проектирования

Цели и задачи: Изучить ГОСТ 2.103-68 «Стадии разработки» (Единая система конструкторской документации). Ознакомится с типовыми проектными процедурами.

После занятия студент должен:

Знать: Стадии проектирования сложных технических систем.

Уметь: Подготовить техническое задание и обеспечить его реализацию в соответствии с требованиями ГОСТ 2.103-68 «Стадии разработки» (Единая система конструкторской документации).

Для этой практической работы необходимо:

1. Проработать теоретический материал по теме: «Стадии проектирования».

Понятия, которые необходимо рассмотреть на занятии:

При использовании блочно-иерархического подхода к проектированию представления о проектируемой системе расчленяют на иерархические уровни.

Блочно-иерархический подход есть декомпозиционный подход (его можно назвать также диакоптическим), который основан на разбиении сложной задачи большой размерности на последовательно и (или) параллельно решаемые группы задач малой размерности, что существенно сокращает требования к используемым вычислительным ресурсам или время решения задач.

Для большинства приложении характерно следующее наиболее крупное выделение уровней:

* системный уровень, на котором решают наиболее общие задачи проектирования систем, машин и процессов; результаты проектирования представляют, в виде структурных схем, генеральных планов, схем размещения оборудования, диаграмм потоков данными т. п.;

* макроуровень, на котором проектируют отдельные устройства, узлы машин и приборов; результаты представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, сборочных чертежей и т. п.;

* микроуровень, на котором проектируют отдельные детали и элементы машин и приборов.

Стадии проектирования -- наиболее крупные части проектирования как процесса, развивающегося во времени.

Стадии (этапы) проектирования подразделяют на составные части, называемые проектными процедурами. Примерами проектных процедур могут служить подготовка деталировочных чертежей, анализ кинематики, моделирование переходного процесса, оптимизация параметров и другие проектные задачи.

В свою очередь, проектные процедуры можно расчленить на более мелкие компоненты, называемые проектными операциями, например, при анализе прочности детали сеточными методами операциями могут быть построение сетки, выбор или расчет внешних воздействии, собственно моделирование полей напряжений и деформаций, представление результатов моделирования в графической и текстовой формах. Проектирование сводится к выполнению некоторых последовательностей проектных процедур маршрутв проектирования

Разработку ТЗ на проектирование называют внешним проектированием, а реализацию ТЗ -- внутренним проектированием.

В ТЗ на проектирование объекта указывают, по крайней мере, следующие данные.

1.Назначение объекта.

2.Условия эксплуатации Наряду с качественными характеристиками (представленными в вербальной форме) имеются числовые параметры, называемые внешними параметрами, для которых указаны области допустимых значении.

Примеры внешних параметров: температура окружающей среды, внешние силы, электрические напряжения, нагрузки и т. п.

Требования к выходным параметрам, т. е. к величинам, характе-ризующим свойства объекта, интересующие потребителя.

3.требования выражены в виде условий работоспособности

где - 1-й выходной параметр; R е {=, <, >, >, < } -вид отношения; - норма 1 1-го выходного параметра. В случае к = (равно) нужно задать требуемую J точность выполнения равенства.

Примеры условий работоспособности:

расход топлива на 100 км пробега, автомобиля < 8л: быстродействие процессора > 40 Мфлопс.

Техническое предложение -- совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений изделий, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентные исследования.

Техническое предложение после согласования и утверждения в установленном порядке является основанием для разработки эскизного (технического) проекта.

Эскизный проект -- совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия.

Эскизный проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации.

Технический проект -- совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации.

Технический проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации.

Пример:

I. Техническое задание.

Спроектировать компрессор для обеспечения температурного режима пассажирского вагона.

1. В техническом задании заказчик указал следующие требования:

а) объемная хладопроизводительность не менее 31,2 кВт/час;

б) мощность электродвигателя не более 10,5 кВт, обороты 1100 об/мин;

в) должна быть обеспечена стыковка с патрубками вагона;

г) база крепления должна соответствовать базе крепления вагона.

II. Техническое предложение.

В техническом предложении содержится техническое и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки документации на изделие на основании технического задания. В частности можно предложить с целью минимизации затрат использовать шатунно-поршневую группу (ШПГ) двигателя ЗАЗ. В связи с тем, что ШПГ производится на специализированном предприятии в условиях массового производства ее стоимость низкая, а качество высокое.

III. Эскизный проект.

На этапе эскизного проекта необходимо произвести расчет хладопроизводительности с учетом ограничивающих параметров технического задания, разработать конструкторских документация, в которой содержатся принципиальные конструктивные решения.

IV. Технический проект.

Технический проект это совокупность конструкторских документов в которых содержатся окончательные технические решения. После утверждения технического проекта создается рабочая документация.

V.Рабочая документация.

Рабочая документация предназначена для изготовления и испытания опытного образца. Образец должен быть испытан в лаборатории холода на колориметре на хладопроизводительность. После успешных испытаний приступают к ходовым испытаниям.

В соответствии с ГОСТ 2.103-68 «Стадии разработки» (Единая система конструкторской документации) обязательность стадий и этапов разработки конструкторской документации устанавливается техническим заданием на разработку.

Индивидуальное задание:

Разработать техническое задание для проектирования двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля.

Контрольные вопросы по материалу практического занятия №3

Что такое стадии проектирования?

Приведите примеры проектных процедур.

Приведите примеры проектных операций.

Какое проектирование называют внешним а какое внутренним!

Расскажите о содержание технического задания на проектирование.

Приведите примеры условий работоспособности.

Какие этапы выполняются на стадии технического предложения?

Какие этапы выполняются на стадии эскизного проекта?

Какие этапы выполняются на стадии технического проекта?

Какие этапы выполняются на стадии рабочей конструкторской документации?

Литература

Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М., Издательство МГТУ им. Баумана, 2002 .

2. ЛиКунву Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб, Питер, 2004

3. Грувер М, Зиммерс Э., САПР и автоматизация производства. М., Мир, 1987.

Практическое занятие №4

Тема: Структура технического обеспечения САПР.

Цели и задачи: Изучить требования, предъявляемые к техническому обеспечению и типы сетей в САПР.

После занятия студент должен:

Знать: Задачи, решаемые техническими средствами САПР. Варианты топологии локальных вычислительных сетей (ЛВС). Структуру корпоративной сети САПР.

Уметь: Предложить варианты структуры ЛВС небольшого технического отдела. Предложить вариант структуры корпоративной сети крупной проектной организации.

Для выполнения практической работы необходимо:

1. Проработать теоретический материал по теме: «Структура технического обеспечения САПР».

Понятия, которые необходимо рассмотреть на занятии:

Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис.1). Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими местами (АРМ) или рабочими станциями(WS --Workstation), ими могут быть также большие ЭВМ (мейнфреймы), отдельные периферийные и измерительные устройства. Именно в АРМ должны быть средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распределена между различными узлами вычислительной сети.

Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.

В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД), выполняющее определенную работу по проектированию, и аппаратуру окончания канала данных (АКД), предназначенную для связи ООД со средой передачи данных. Например, в качестве ООД можно рассматривать персональный компьютер, а в качестве АКД -- вставляемую в компьютер сетевую плату.

Канал передачи данных -- средство двустороннего обмена данными, включающее в себя АКД и линию связи. Линией связи называют часть физической среды, используемую для распространения сигналов в определенном направлении; примерами линий связи могут служить коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС). Близким является понятие канала (канала связи), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.

Рис. 1. Структура технического обеспечения САПР

Типы сетей

Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени, или TDM-- Time Division Method), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM -- Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц - десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах), объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычислительная сеть (ЛВС), или LAN (Local Area Network), имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети. При этом топология соединений узлов (рис. 2.) может быть шинная (bus), кольцевая (ring), звездная (star). Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.

В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной. В ее структуре можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных, то они образуют новую подсеть, называемую опорной (или транспортной), а вся сеть оказывается иерархической структуры.

б в

Рис.2 Варианты топологии локальных вычислительных сетей:

а -- шинная; б -- кольцевая; в -- звездная

Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью (WAN -- Wide Area Network). В территориальной сети различают магистральные каналы передачи данных (магистральную сеть), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией или соединением «последней мили».

Обычно создание выделенной магистральной сети, т. е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для нее слишком дорого. Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера, т. е. организации, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования. В качестве такой сети можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных. Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям в настоящее время является обращение к глобальной вычислительной сети Internet.

Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet является желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотрудников собственной организации, но и для получения других информационных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS-технологий, с необходимостью подразумевает информационные обмены через территориальные сети, как правило, через Internet. Нужно, однако, отметить, что использование сетей общего пользования существенно усложняет задачу обеспечения информационной безопасности.

Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 2.3. Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР, называемая архитектурой клиент -- сервер. В сетях клиент -- сервер выделяется один или несколько узлов, называемых серверами, которые выполняют в сети, управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными, их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций, но если эти средства сосредоточены на конкретном узле вычислительной сети, то тогда понятие «сервер» относится именно к узлу сети.

Сети клиент--сервер различают по характеру распределения функций между серверами, другими словами, их классифицируют по типам серверов. Различают файл-серверы для хранения файлов, разделяемых многими пользователями, серверы баз данных АС, серверы приложений для решения конкретных прикладных задач, коммутационные серверы (называемые также блоками взаимодействия сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например серверы электронной почты.

В случае специализации серверов по определенным приложениям сеть называют сетью распределенных вычислений. Если сервер приложений обслуживает пользователей одной ЛВС, то естественно назвать такой сервер локальным. Но поскольку в САПР имеются приложения и базы данных, разделяемые пользователями разных подразделений и, следовательно, клиентами разных ЛВС, то соответствующие серверы относят к группе корпоративных, подключаемых обычно к опорной сети (см. рис. 2.3).

Рис. 2.3. Структура корпоративной сети САПР.

Наряду с архитектурой клиент -- сервер применяют одноранговые сети, в которых любой узел в зависимости от решаемой задачи может выполнять функции, как сервера, так и клиента. Организация взаимодействия в таких сетях при числе узлов более нескольких десятков становится довольно сложной, поэтому одноранговые сети нашли преимущественное распространение в небольших по масштабам САПР.

В соответствии со способами коммутации различают сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. В первом случае при обмене данными между узлами А и В в сети создается физическое соединение между A и В, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть. Здесь передача информации происходит быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при обмене данными возможны длительные паузы и канал «простаивает». При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов А и В, не создается. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами, которые передаются в разветвленной сети от А к В или обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.

Контрольные вопросы по материалу практического занятия №4

1. Назовите требования, предъявляемые к техническому обеспечению САПР.

2. Что представляет собой общая структура технического обеспечения в САПР?

3. Из чего состоит среда передачи данных?.

4. Какую работу выполняет оконечное оборудование данных (ООД)?

5. Какую работу выполняет аппаратура окончания канала данных (АКД)?

6. Что называется линией связи?

7. Приведите примеры линии связи.

8. Что представляет собой канал связи?

9. Что представляет собой локальная вычислительная сеть(ЛВС)?

10. Приведите варианты топологии локальной вычислительной сети.

11. Что представляет собой корпоративная сеть?

12. Приведите пример структуры корпоративной сети называемой архитектурой клиент-сервер.

13. Приведите типы серверов.

14. Какой сервер называют локальным.

15. Что представляют собой одноранговые сети? Область их применения.

16. Что представляют собой сети с коммутацией каналов?

17. Что представляют собой сети с коммутацией пакетов?

Литература

1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М., Издательство МГТУ им. Баумана, 2002 .

2. Ли Кунву Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб, Питер, 2004.

3. Грувер М., Зиммерс Э., САПР и автоматизация производства. М., Мир, 1987.

Практическое занятие №5

Тема: Вычислительные системы и периферийные устройства в САПР.

Цели и задачи: Изучить типичный состав устройств автоматизированного рабочего места (АРМ) и их технические характеристики.

После занятия студент должен:

Знать: Перечень устройств, входящих в состав автоматизированного рабочего места и их основные технические характеристики.

Уметь: Предложить варианты структуры АРМ, в том числе и конфигурацию ЭВМ для решения различных задач технического отдела машиностроительного предприятия.

Для этой практической работы необходимо:

1. Проработать теоретический материал по теме: «Структура технического обеспечения САПР».

Понятия, которые необходимо рассмотреть на занятии:

В качестве средств обработки данных в современных САПР широко используют рабочие станции, серверы, персональные компьютеры. Применение больших ЭВМ и в том числе суперЭВМ нехарактерно, так как они дороги и их отношение производительность -- цена существенно ниже подобного показателя серверов и многих рабочих станций.

На базе рабочих станций или персональных компьютеров создают АРМ.

Типичный состав устройств АРМ: ЭВМ с одним или несколькими микропроцессорами, дисковой, оперативной и кэш-памятью и шинами, служащими для взаимной связи устройств; устройства ввода-вывода, включающие в себя, как минимум, клавиатуру, мышь, дисплей; дополнительно в состав АРМ могут входить принтер, сканер, плоттер (графопостроитель) и некоторые другие периферийные устройства.

Память ЭВМ обычно имеет иерархическую структуру. Поскольку в памяти большого объема трудно добиться одновременно высокой скорости записи и считывания данных, память делят на сверхбыстродействующую кэш-память малой емкости, основную оперативную память умеренного объема и сравнительно медленную внешнюю память большой емкости, причем, в свою очередь, кэш-память часто разделяют на кэш первого и второго уровней.

Например, в персональных компьютерах на процессорах Pentium III кэш первого уровня имеет по 16 К байт для данных и для адресов, он и кэш второго уровня емкостью 256 К байт встроены в процессорный кристалл, емкость оперативной памяти составляет десятки-сотни мегабайтов.

Для связи наиболее быстродействующих устройств (процессора, оперативной и кэш-памяти, видеокарты) используется системная шина с пропускной способностью до 1...2 Гбайт/с. Кроме системной шины на материнской плате компьютера имеются шина расширения для подключения сетевого контроллера и быстрых внешних устройств (например, шина PCI с пропускной способностью 133 Мбайт/с) и шина медленных внешних устройств, таких, как клавиатура, мышь, принтер и т. п.

Рабочие станции по сравнению с персональными компьютерами представляют собой вычислительную систему, специализированную на выполнение определенных функций. Специализация обеспечивается как набором программ, так и аппаратно за счет использования дополнительных специализированных процессоров. Так, в САПР для машиностроения преимущественно применяют графические рабочие станции для выполнения процедур геометрического моделирования и машинной графики. Эта направленность требует мощного процессора, высокоскоростной шины, памяти достаточно большой емкости.