Виды САПР

Тезисы лекций

Содержание

Лекция 1

Тема: Введение в основы конструирования.

Цель: Ознакомление с будущим предметом изучения, понятиями

Терминами.

План: 1) Этапы проектирования.

Математическое моделирование.

Автоматизация проектирования. Понятие САПР,

виды САПР.

При конструировании сложных систем выделяют стадии:

- предпроектные или НИР (изучение потребностей общества и выдача тех.задания на проектирование объекта)

- эскизный проект или опытно-конструкторский (проверка реализуемости осн. принципов будущего объекта)

- тех. проект (всестороняя проработка всех частей проекта, детализация тех.решений)

- рабочий проект(формир. необх. документация для изготовления изделения

- опытный образец (испытаня, доработки) внедрение в производство.

Особенности этих этапов определяют эффективность применения ЭВМ на каждом из них.

На первом этапе значительна роль эвристических действий. Полная автоматизация этого этапа возможна лишь в некоторых специальных случаях. Применение ЭВМ здесь наиболее целесообразно и эффективно при организации диалога между конструктором и ЭВМ, где конструктору отводятся функции выбора и принятия решений, а ЭВМ — выполнение действий по заданным алгоритмам, прежде всего представлении необходимой информации и ее обработка в соответствии с заданием.

На втором этапе, где рассматриваются различные конструктивные решения с выполнением большого количества операций расчета и оптимизации, целесообразно использование ЭВМ путем создания систем диалога с запрограммированным процессом конструирования и расчетной оптимизации, при этом сам конструктор направляет поиск оптимального варианта конструкции и принимает решения на основании выполненных расчетов.

Поскольку третий и четвертый этапы требуют самых значительных затрат времени и средств (до 60%), причем расчетно-конструкторская деятельность на этих этапах достаточно просто алгоритмизируется, целесообразно применение на этих этапах ЭВМ в комплексе со средствами ввода-вывода графической информации

Автоматизация проектирования (АП) как дисциплина возникла на базе достижений конкретных технических дисциплин, вычислительной математики и вычислительной техники.

В конкретных технических дисциплинах зародились и получили развитие принципы построения технических объектов, приемы и типовые последовательности выполнения проектных задач, системы основных понятий терминов, классификаций, оценок проектируемых объектов.

Однако, при традиционном проектировании ориентация на ручной труд не позволяет положить расчетные методы в основу выполнения большинства проектных процедур. Поэтому в процессе неавтоматизированного проектирования преимущественно используются экспериментальные методы исследования и оценки качества проектных решений, получаемых на основе инженерного опыта и интуиции. С ростом сложности проектируемых объектов сроки и стоимость такого проектирования оказались чрезмерно большими.

Поэтому возникла необходимость в переходе от физического экспериментирования к математическому моделированию. Вычислительная математика дала возможность алгоритмизировать ряд проектных процедур, имеющих известную математическую интерпретацию.

Математическая модель технического объекта (операции) (ММ) – система математических объектов и отношений между ними, отражающая некоторые свойства технического объекта (существующие с позиции инженера).

Среди свойств объекта, отражаемых на определенном уровне, в том числе в ММ, различают свойства систем, элементов систем и внешней среды, в которой должен функционировать объект. Количественное выражение этих свойств называют параметрами.

(Например: Для поршневого компрессора выходные параметры – производительность, мощность двигателя, мах давление, число циклов, расход топлива; внутренние параметры – коэф. истечения клапанов, коэф. трения, геом. размеры полостей; внешние параметры – t⁰ окр. среды, давление газа на всасывание первой ступени, противодействие в выпускной системе.)

Этап проектирования – часть процесса проектирования, вкл. в себя формир. всех требующих описаний объекта, относящийся к одному уровню.

Этапы делятся на процедуры. Проектная процедура – часть этапа выполнение которой заканчивается получение проектного решения. (оформление чертежа, выбор типовой конструкции и.т.д) Процедуры делятся на операции. (вычерчивание типовой детали, решение уравнений и т.д.)

Необходимое условие реализации этих процедур – наличие соответствующей вычислительной техники. Особенностью АП является существование задач, возможности решения которых находятся за пределами возможностей ВТ, поэтому возникает необходимость в приспособлении задач к возможностям имеющейся ВТ. Это происходит, во-первых, на основе специальных приемов разделения процессов проектирования на ряд уровней, во-вторых, благодаря сохранению за человеком в САПР тех функций, которые не могут быть выполнены формальными методами с приемлемыми затратами времени и средств.

В результате процесс АП сводится к необходимости решения конкретной последовательности задач приемлемой сложности в режиме взаимодействия человека и ЭВМ.

Таким образом, АП как научно-техническая дисциплина включает в себя:

- методологию АП

- математическое обеспечение (мат. модели, методы, алгоритмы для выполнения различных проектных процедур

- вопросы комплектации средствами ВТ

- вопросы разработки и использования программно-инфомационного обеспечения БД, пакетов прикладных программ, операционных систем ЭВМ.

Применение ЭВМ для решения инженерных задач началось сразу после появления первых ЭВМ. Однако это применение требовало от пользователя трудоемкой подготовки задач к решению, заключающейся в математической формулировке задачи, выборе численного метода, разработке алгоритма и записи его в одном из языков программирования. АП отличается от подобного использования ЭВМ прежде всего тем, что почти все из перечисленных задач автоматизированы и выполняются на ЭВМ с помощью заранее разработанного программного обеспечения, рассчитанного на многократное применение при определении определенного класса задач. От пользователя лишь требуется ввести исходные данные и быть готовым к оценке результатам и принятию решений по полученным от ЭВМ сведениям. Первые программные комплексы, обеспечивающие работу инженера с ЭВМ в таком режиме, были созданы в начале 60-х гг. для проектирования в радиоэлектронике, электронной технике, строительной механике, самолетостроении. Однако степень автоматизации проектирования с помощью отдельных комплексов подобного типа оставалась невысокой. С помощью ЭВМ выполнялась только часть требуемых проектных процедур. Отсутствовали средства поддержки взаимодействия комплексов между собой. В результате переходы от одной процедуры к другой требовали трудоемкого ручного информационного согласования данных.. Но даже при таком несовершенном использовании средств АП в ряде случаев удалось повышать эффективность проектирования.

Однако существенное повышение эффективности наблюдается только при сквозной автоматизации проектирования с помощью комплекса средств, объединенных в единую систему автоматизации проектирования (САПР).

В САПР математические методы и выч. техника выступают как средство систематизации процесса проектирования на общей методологической, информационной и технической основе, обеспечивающей объединение всех элементов процесса проектирования в своеобразную технологическую линию принятия и выполнения регламентированных решений.

Существующие САПР условно разделяют на 4 группы:

- уникальные САПР, создаваемые для решения крупных межотраслевых задач (пример-расчет ж\б конструкций промышленных зданий)

- универсальные САПР отраслевого назначения, предусматривающие возможность их коллективного пользования и обеспечивающие проектирование всей номенклатуры изделий отрасли при большом объеме создаваемых документов. Такие САПР обычно организуют по 2-х уровневому принципу: 1-й уровень – мощная ЭВМ с большим объемом памяти и высоким быстродействием., 2-й – периферийные ЭВМ, обслуживающие отдельные устройства, абонентские пульты и пр.

- специализированные САПР проектной организации, ориентированные на выполнение наиболее массовых проектных работ, пример – оптимизация размещения оборудования в производственном здании внутрицеховой коммуникации, систем вентиляции и т.п.

- индивидуальные САПР, предназначенные для выполнения отдельных видов проектных работ и использующие персональные ЭВМ и наборы стандартного программного обеспечения.

Литература: 2, 23-44 с.

Контрольные вопросы:

1. Назовите стадии проектирования.

2. Какие вопросы рассматривает автоматизация проектирования как

дисциплина?

3. Назовите виды САПР.