комплексной автоматизации проектных работ в проектной организации с необходимой перестройкой се структуры и кадрового состава;
-повышения качества управления проектированием; применения эффективных математических моделей проектируемых объектов, комплектующих изделий и материалов;
- использования методов многовариантного проектирования и оптимизации;
- автоматизации трудоемких и рутинных проектных работ;
замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
- создания единых банков данных, содержащих систематизированные сведения справочного характера, необходимые для автоматизированного проектирования объектов;
- унификации и стандартизации методов проектирования.
Часто САПР понимают ограниченно. Под САПР понимают только чертежно-конструкторские графические редакторы с ограниченными наборами функций проектирования и автоматизированного проектирования технологических процессов общемашиностроительного назначения. Еще САПРом называют расчет или моделирование с помощью компьютера какого-то одного параметра или группы параметров либо синтез структуры разрабатываемого устройства (в лучшем случае какую-то одну проектную процедуру) Автоматизированное проектирование отождествляется с проектированием с применением компьютера для решения отдельных инженерных задач. При этом не учитывается, что для САПР объектом автоматизации является весь жизненный цикл изделия - от прсдпросктных исследований, выпуска конструкторской документации до утилизации.
Современная система САПР должна быть способна обеспечить автоматизированную поддержку работ проектировщиков на всех стадиях цикла проектирования и изготовления новой продукции (рисунок 3).
Рисунок 3 Стадии цикла проектирования
Особенностью использования CALS-технологий является использование ЗD-моgели на всех этапах производства изделия. Используемые на различных этапах проектирования и производства автоматизированные системы можно подразделить в соответствии со сложившейся отечественной классификацией на следующие группы:
САПР -- системы автоматизированного проектирования, которые включают в себя создание геометрической модели изделия и инженерный анализ ее будущих свойств (например, построение ЗD-модели, валка прокатного стана и расчет его прочностных свойств в программе Unigraphics);
АСТПП -- автоматизированная система технологической подготовки производства, которая позволяет обеспечить подготовку различных средств, необходимых для осуществления технологического процесса;
АСУТП -- автоматизированная система управления технологическими процессами. Основой этого класса систем является управление конкретной производственной единицей, в качестве которой может выступать как отдельный станок или пресс, так и автоматическая поточная линия. АСУТП -- это непосредственное управление оборудованием (например, управление прокатным ста ном с целью получения тонкой полосы с жестким допуском по толщине);
АСУП -- автоматизированные системы управления производством -- это средства, позволяющие автоматизировать управление производством на уровне взаимодействия различных служб и отделов.
В соответствии с современной западной системой классификации выделяют следующие классы систем проектирования и производства:
CAD (Computer Aided Design) -- системы конструкторского проектирования геометрии изделия (Solid Works, Solid Edge, Power Shape и др.);
CAM (Computer Aided Manufacturing) -- системы проектирования технологии обработки (Power Mill, Simatron и др.);
CAE (Computer Aided Engineering) -- системы автоматизированного инженерного анализа деталей машин и процессов (Ansys, Nastran и др.) [25];
PDM (Product Data Management) -- системы автоматизированного управления базами данных об изделии (IMAN, Optegra, Enivia и др.);
Project Management -- автоматизированные системы управления процессом проектирования и системы планирования (WorkFlow, DocFlow);
MRP (Material Requirements Planing) -- автоматизированные системы управления производством (SAP R/3, BAAN, Галактика и др.).
Представление о современном предприятии как о единой производственной системе предполагает соответствующий подход к его автоматизации. Основным базовым модулем при автоматизации выступает бизнес-процесс. Под бизнес-процессом понимается упорядоченное множество технологических и организационных переходов и видов деятельности. Он начинается с одного или нескольких видов деятельности и заканчивается созданием продукции (материальной или интеллектуальной), ориентированной на заказчика или другой бизнес-процесс.
Важнейшим элементом современного комплексного подхода является объединение систем проектирования, планирования и управления производством в систему автоматизированного проектирования и автоматизации производственных процессов (САПР/ АПП), или интеграция в CAD/CAM/CAE/PDM-системы.
Автоматизированное сквозное проектирование -- это технология использования вычислительных средств для оказания помощи проектировщику в выработке, модификации, анализе и оптимизации проектных решений, а также передаче их на другие этапы проекта. Вычислительная система представляет собой комплекс технических и программных средств.
Автоматизация производственных процессов (АПП) -- это применение вычислительных систем для планирования, управления и контроля производственных процессов и операций.
Выделяют два основных направления АПП:
— оперативно-диспетчерское управление, когда ЭВМ непосредственно включается в производственный процесс для осуществления контроля и управления;
— обслуживание производственного процесса, когда ЭВМ производятся необходимые расчеты для обеспечения производственных операций.
В свою очередь, системы оперативно-диспетчерского управ ления делятся на системы централизованного контроля и системы диспетчерского управления.
Оперативно-диспетчерское управление может предполагать и непрямое взаимодействие ЭВМ и процесса, когда интерфейс между ними реализуется человеком как необходимым звеном управления.
Лекция 4 Состав и структура САПР. Подсистемы САПР
Составными структурными частями САПР, жестко связанными с организационной структурой предприятия, являются подсистемы, в которых при помощи специализированных комплексных средств решается функционально законченная последовательность задач САПР
По назначению подсистемы разделяют на проектирующие и обслуживающие.
Проектирующие подсистемы имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап (стадию) проектирования или группу непосредственно связанных проектных задач. Примерами проектирующих подсистем могут быть подсистемы, реализующие эскизное проектирование изделий, проектирование корпусных деталей, проектирование технологических процессов механической обработки.
Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное применение и обеспечивают поддержку функционирования проектирующих подсистем, а также оформление, передачу и вывод полученных в них результатов. Примерами обслуживающих подсистем являются автоматизированный банк данных, подсистема документирования, подсистема графического ввода-вывода.
Виды обеспечения автоматизированного проектирования
Средства автоматизации проектирования группируют по видам обеспечения автоматизированного проектирования.
Математическое обеспечение САПР. Основу математического обеспечения САПР составляют алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР. Элементы математического обеспечения САПР чрезвычайно разнообразны. Среди них имеются инвариантные элементы принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиски экстремума. Разработка математического обеспечения является самым сложным этапом создания САПР, от которого в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования САПР в целом.
По назначению и способам реализации математическое обеспечение САПР делится на две части: 1) математические методы и построенные на их основе математические модели, описывающие объекты проектирования; 2) формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.
Способы и средства реализации первой части математического обеспечения наиболее специфичны в различных САПР и зависят от особенностей объектов проектирования. Что касается второй части математического обеспечения, то формализация процессов автоматизированного проектирования в комплексе оказалась более сложной задачей, чем алгоритмизация и программирование отдельных проектных задач. При решении этой задачи должна быть формализована вся логика технологии проектирования, в том числе логика взаимодействия проектировщиков друг с другом на основе использования средств автоматизации Методы и положения общей теории систем, которая более исего подходит для решения такого рода задач, пока не нашли применения в рассматриваемой области. Работы по автоматизации проектирования во многих случаях выявили несовершенство методологии самого проектирования и привели к необходимости одновременного решения задач по совершенствованию процессов проектирования. Взгляды различных авторов на концепции совершенствования и развития методологии проектирования в одном полностью сходны: в основе проектирования должен лежать системный подход. Математическое обеспечение САПР должно описывать во взаимосвязи объект, процесс и средства автоматизации проектирования. Так как в настоящее время установившейся теоретической базы для решения этой задачи нс существует, то практически происходит процесс интеграции в единый комплекс средств моделирования сложных систем и различных математических методов.
В развитии этого процесса можно выделить два перспективных направления:
- развитие методов получения оптимальных проектных решений, в том числе ориентированных на автоматизированное проектирование;
- совершенствование и типизация самих процессов автоматизированного проектирования, инвариантных к видам проектируемых объектов.
Важным результатом совершенствования и типизации технологии процессов автоматизированного проектирования явилась разработка методических указаний Госстандарта «САПР. Типовые функциональные схемы проектирования изделий в условиях функционирования систем». В них подчеркивается, что процесс автоматизированного проектирования по составу и последовательности процедур, содержанию и формам проектной документации качественно отличается от традиционного процесса проектирования. Вместе с тем в процессе автоматизированного проектирования можно выделить определенное число процедур, инвариантных к объектам проектирования. Перспективной в совершенствовании и типизации технологии процессов автоматизированного проектирования является разработка математического аппарата моделирования типового процесса проектирования и выпуск базовых программно-методических комплексов, реализующих такие модели.
Программное обеспечение САПР. Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Программное обеспечение делится на общесистемное и специальное (прикладное).
Общесистемное программное обеспечение предназначено для организации функционирования технических средств, т.е. для планирования и управления вычислительным процессом, распределения имеющихся ресурсов, и представлено операционными системами ЭВМ и вычислительных комплексов (ВК). Общесистемное ПО обычно создастся для многих приложений и специфику САПР нс отражает.
В специальном (прикладном) программном обеспечении реализуете математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Прикладное программное обеспечение обычно имеет форму пакетов прикладных программ, каждый из которых обслуживает определенный этап процесса проектирования или группу однотипных задач внутри различных этапов.
Возможности, предоставляемые пользователям современными вычислительными средствами, в большей степени определяются их операционными системами, чем техническими устройствами. Операционная система организует одновременное решение различных задач, динамическое распределение каналов передачи данных и внешних устройств между задачами, планирование потоков задач и последовательность их решения с учетом установленных критериев, динамическое распределение памяти вычислительного комплекса. Однако операционная система требует для своей работы определенных ресурсов: процессора, внешней и основной памяти. Чем большими возможностями обладает операционная система, тем больше требуется для нес ресурсов. Операционные системы можно генерировать применительно к определенным конфигурациям технических средств вычислительного комплекса и кругу решаемых задач.
Важным компонентом общесистемного программного обеспечения является базовое программное обеспечение. Базовое программное обеспечение нс является объектом разработки при создании программного обеспечения САПР. Примером может служить базовое программное обеспечение для обработки геометрической и графической информации, для формирования и использования баз данных. Использование автоматизированных рабочих мест, в состав которых включено подобное базовое программное обеспечение, реализующее стандартные проектные процедуры, существенно снизит трудоемкость создании программного обеспечения САПР. Однако во всех случаях за создателями САПР останется разработка прикладного программного обеспечения. С расширением области применения вычислительной техники и усложнением задач автоматизации процессов проектирования возрастают сложность и трудоемкость программирования.