Лекции по "Разработке САПР"

    Программное обеспечение используется не только для расчётов, но также для управления техническими средствами, например, в автоматизированных экспериментальных установках. При этом также может использоваться типовое программное обеспечение.

    В целом, программное обеспечение  является основным в САПР (после  технического), так как все другие виды обеспечения, так или иначе, могут быть оформлены в виде программ и только через программное обеспечение включаются в автоматизацию процесса, обеспечивая повышение степени автоматизации проектирования.

    Математическое  обеспечение САПР

    Математическое  обеспечение САПР включает три основные составные части:

    1) модели объектов; 2) методы расчётов с использованием моделей объектов;

    3) математическое описание процесса автоматизированного проектирования.

    Математические  модели зависят от объекта проектирования и весьма разнообразны. Но существует ограниченное число языков математического описания в соответствии с известными разделами математики:

    1) алгебраические уравнения и формулы; 2) дифференциальные уравнения;

    3) интегральные уравнения; 4) логические выражения и уравнения; 5) алгоритмы;

     6) табличное задание функций и некоторые другие.

    Форма представления математических моделей также имеет ограниченное число вариантов, из которых наиболее распространены:

    1) скалярные уравнения (и скалярные переменные); 2) комплексные переменные;

    3) векторы; 4) матрицы; 5) ряды; 6) интегральные преобразования (Лапласа, Фурье и др.), в том числе передаточные функции; 7) графы.

    Комбинация  математических языков (из соответствующих  разделов математики) с формами представления даёт большое разнообразие математических моделей.

    Математические  модели используются для расчётов, для чего существуют математические методы расчётов. Прикладное назначение математики как науки — обосновать применение методов для решения конкретных математических моделей.

    Математические  методы классифицируют различным образом:

• аналитические и численные; точные и приближённые; универсальные и с ограничениями на применение.

    Математическое  обеспечение касается не только собственно объекта проектирования, но и процесса проектирования. При оценке сроков и стоимости проектирования также используются математические модели и соответствующие методы.

    Информационное  обеспечение САПР

    В процессе проектирования осуществляется работа с информацией, под которой  понимают:

• наборы исходных данных — требований к проектируемому объекту в целом, а также к отдельным его частям;
• параметры и технические характеристики объекта проектирования;
• полную спецификацию (перечень элементов, комплектующих, материалов) на объект проектирования с их параметрами;
• справочные данные об элементной базе, на основе которой будет создан объект проектирования;
• сведения об используемых при проектировании инструментальных средствах (программах, ЭВМ, экспериментальных установках);
• сведения о технологическом оборудовании, с помощью которого в последующем будут производить объект проектирования;
• промежуточные данные по всему объекту проектирования и по его отдельным частям, получаемые в процессе проектирования;
• сведения о проектной документации на разных стадиях проектирования;
• сведения о различных вариантах проектных решений на различных стадиях проектирования.

    Источниками информации являются техническое задание, справочники, результаты выполнения промежуточных проектных процедур, опыт проектировщиков. Эта информация становится информационным обеспечением, если она формализуется, документируется и вносится в информационное пространство САПР.

    Связь между различными подпроцессами (процедурами, операциями) проектирования осуществляется путём передачи информации: выходная информация одного подпроцесса (процедуры, операции) становится входной для другого подпроцесса (процедуры, операции).

    Часть информации предоставляется извне, часть появляется в процессе проектирования. В целом, вся информация, в конечном счёте, упорядочивается и представляется в виде проектной документации, являющейся конечным результатом проектирования.

    Часто разные подпроцессы (процедуры, операции) требуют различной формы предоставления информации, поэтом может оказаться необходимым преобразование выходной информации одного подпроцесса в разные форматы входной информации разных процессов.

    Методическое  обеспечение САПР

    Проектирование  представляет собой упорядоченный  процесс, состоящий из проектных подпроцессов, процедур и операций, выполнение которых должно происходить в определённой последовательности. Внутри них присутствуют модели, методы, технологические операции. Теоретическое обоснование процесса поиска проектных решений находит своё выражение в методических рекомендациях, которые в совокупности представляют собой методическое обеспечение.

    Содержанием методического обеспечения являются:

• методики проектирования объектов определённого класса;
• последовательность проектных процедур;
• взаимодействие между различными программными и техническими средствами.

    Метод — это способ теоретического исследования или практического осуществления чего-нибудь.

    Методика  представляет собой практическое использование совокупности методов для решения определённой задачи.

    Методология — это система базисных принципов, методов, методик, способов и средств их реализации в организации научно-практической деятельности.

    Таким образом, в основе методического обеспечения всегда лежат методы. Общими принципами их использования в рамках каких-либо задач одного класса занимается методология. Конкретное применение методов описано в методиках, именно они и представляют собой методическое обеспечение.

    Прежде всего, методики важны для выполнения расчётов различного типа, т. е. методическое обеспечение оказывается непосредственно связано с математическим обеспечением. Существуют также методики проведения экспериментальных исследований, т. о., методическое обеспечение оказывается связано с техническим обеспечением.

    Работа  с программным обеспечением также  требует определённой последовательности действий. Частично такие методические функции выполняют различные Инструкции, а также Руководства пользователя и Руководства программиста. Но в них описываются формальные приёмы работы с соответствующими программами, а методическое обеспечение предполагает описание решения конкретных задач с использованием возможностей программного обеспечения. Поэтому типовые Руководства и Инструкции должны дополняться соответствующими Методиками для решения проектных задач.

    Методическое  обеспечение является неотъемлемой частью любого проектирования, но автоматизированное проектирование предполагает, что они должны быть так или иначе алгоритмизированы и представлены в виде программ. Если в ходе их автоматического выполнения требуется контроль со стороны проектировщика, то проектирование является автоматизированным. Степень автоматизации определяется долей запрограммированных методик.

    Лингвистическое обеспечение

    Лингвистическое обеспечение представляет собой  совокупность различных языков, используемых в САПР. Во-первых, это языки программирования, если они непосредственно используются в рамках процесса проектирования.

    В лингвистическое обеспечение входят также языки взаимодействия проектировщика с программами. Эти языки могут быть командными и графическими. Командные языки, в свою очередь, могут быть текстовыми (в виде командной строки) или основанные на меню.

    Языки взаимодействия с программами могут быть диалоговыми, если предусмотрена возможность уточняющих запросов со стороны программы в зависимости от действий проектировщика.

    Взаимодействие  между проектировщиком и программой может происходить на естественном или искусственном языке. Под естественным языком обычно понимают обычный язык человеческого общения (английский, русский или др.) — как правило, ограниченный проблемной областью. Под искусственным языком понимают язык команд, меню, графических операций.

    В настоящее время естественные человеческие языки мало используются в реальных САПР, так как они не позволяют точно сформулировать проектное задание и затем корректировать процесс его выполнения. Но в некоторой степени использование элементов ограниченного естественного языка происходит.

    Организационное обеспечение САПР

    Организационное обеспечение выстраивает сам  процесс проектирования, упорядочивает использование проектирующих подсистем и проектных процедур.

    Организационное обеспечение занимается созданием  и предоставлением всех остальных видов обеспечения. Формальными составляющими организационного обеспечения являются:

• планы выполнения работ;
• организация поставок материалов и комплектующих (поиск поставщиков, заключение договоров о поставках, оплата, получение и т. д.);
• приказы по штатам (приём и увольнение сотрудников, назначение денежного вознаграждения, распорядок труда и отдыха и т. д.);
• организация использования оборудования;
• подготовка, создание, оформление всей документации (договоры с Заказчиком, техническое задание и другие документы по проекту).

    В настоящее время ставится и частично решается задача оптимального проектирования самого процесса проектирования. Это обусловлено, во-первых, тем, что объекты проектирования становятся очень сложными (например, корабли или самолёты) — т. е. существует необходимость организации оптимального процесса проектирования. Во-вторых, существует возможность решения этой задачи, так как развиваются методы анализа и синтеза организационных и организационно-технических объектов, к которым относятся САПР.

    Одним из направлений развития организационного обеспечения является работа по формализации и накоплению опыта проектной деятельности внутри проектной организации. В частности, в процессе выполнения конкретного проекта могут появляться промежуточные результаты, которые не используются далее в данном проекте, но могут представлять интерес для других проектов (в том числе, в будущем). Следует предусмотреть организационные и технические возможности сохранения этих результатов и доступа к ним проектировщиков.

 

6. Управление процессом проектирования в САПР: последовательная и параллельная разработка вариантов, составляющие процессов проектирования, методология и технология проектирования, маршруты проектирования.

    Весь  сложный процесс проектирования для удобства управления обычно расчленяется на подпроцессы.

    Для каждого подпроцесса выделяют вход, выход и функциональную часть, преобразующую  вход в выход. На вход поступает  проектное задание, а на выходе получают проектное решение

    Проектирование, как правило, представляет собой сложный процесс, протекающий во времени и пространстве. Пространство в данном случае понимается как реальное место расположения проектировщиков, их количество, распределение между ними проектных заданий, передача от одного к другому промежуточных результатов. Время является самой важной ограничивающей величиной, связанной с началом и окончанием процесса проектирования. Проектное пространство определяет в значительной степени производительностью проектирования, а время — качество. Под производительностью системы проектирования можно понимать число одновременно (параллельно) выполняемых подпроцессов в единицу времени. Под качеством проектирования можно понимать степень соответствия результатов проектирования техническому заданию. В частности, чем больше производительность системы проектирования, тем больше можно рассмотреть вариантов, чтобы затем выбрать наилучший, чем больше время, тем более тщательно можно разработать выбранный вариант проектного решения.