Информационно-поисковые системы в САПР выполняют такие функции, как заполнение информационного фонда сведениями; арифметическую обработку цифровых данных и лексическую обработку текстов; обработку информационных запросов с целью поиска требуемых сведений; обработку выходных данных и формирование выходных документов. Особенности информационно-поисковых систем заключаются в том, что запросы к ним формируются нс программным путем, а непосредственно пользователями, и нс на формальном языке, понятном компьютеру, а на естественном языке в виде последовательности ключевых слов - дескрипторов. Перечень дескрипторов, содержащихся во всех принятых на хранение описаниях, составляет словарь дескрипторов, или тезаурус, и предназначен для формирования поисковых предписаний.
Существуют и более сложные, по сравнению с дескрипторными, информационно-поисковые системы. Важную роль в них играет информационно-поисковый язык, в котором учитываются семантические взаимоотношения между информационными объектами. Это позволяет уменьшить число неправильно распознаваемых языковых конструкций, а обработку запросов производить на основе различных критериев смыслового соответствия.
Банки данных являются наиболее высокой формой организации информации в больших САПР. Они представляют собой проблемноориентированные информационно-справочные системы, обеспечивающие ввод необходимой информации, не зависимые от конкретных задач ведения и сохранения информационных массивов и выдачи необходимой информации по запросам пользователей или программ. Примером такого банка служит база данных электронных компонентов системы автоматизированного проектирования печатных плат Altium Designer.
Система управления базами данных (СУБД) - программнометодический комплекс для обеспечения работы с информационной базой, организованной в виде структуры данных.
СУБД выполняет следующие основные функции: определение баз данных, т.е. внешнего и внутреннего уровней схем; запись данных в базу; организацию хранения, выполняя изменение, дополнение, реорганизацию данных; предоставление доступа к данным (поиск и их выдача).
Для определения данных и доступа к ним в СУБД имеются языковые средства. Так, определение данных, состоящее в описании их структур, обеспечивается с помощью языка определения данных. Функции доступа к данным реализуются с помощью языка манипулирования данными и языка запросов.
Программно-методические комплексы машинной графики обеспечивают взаимодействие пользователя с компьютером при обмене графической информацией, решение геометрических задач, формирование изображений и автоматическое формирование графической информации. Графическое взаимодействие пользователя с компьютером (так называемый графический метод доступа) базируется на подпрограммах ввода-вывода, которые обеспечивают прием и обработку команд от устройства ввода-вывода и выдачи управляющих воздействий на эти устройства. Решение геометрических задач (геометрическое моделирование) сводится к преобразованию графической информации, которое представляет собой выполнение той или иной последовательности элементарных графических операций типа сдвиг, поворот, масштабирование и т. п. Для геометрического моделирования могут быть реализованы графические преобразования трехмерных изображений, процедуры построения проекций, сечений и т. п.
Диалоговый режим обеспечивается программно-методическими комплексами, осуществляющими ввод, контроль, редактирование, преобразование и вывод графической и/или символьной информации. Диалоговый удаленный ввод заданий обеспечивает ввод и редактирование заданий через каналы связи, выполнение заданий в пакетном режиме и вывод результатов через каналы связи на удаленные терминалы. В САПР могут использоваться как диалоговые ПМК общего назначения, так и специализированные. ПМК общего назначения целесообразно применять на начальных стадиях создания и эксплуатации САПР для отработки и проверки методологии проектирования, технологии обработки данных и прикладных программ. В дальнейшем возможна модификация ПМК с учетом специфических требований по организации диалога в САПР. При этом необходимо учитывать наличие диалогового или пакетного режима обработки запросов; ориентацию системы на пользователя-непрограммиста; возможность расширения системы путем включения диалоговых прикладных программ на языках высокого уровня; возможность управления диалогом с помощью «меню» и директив, желательность общения на родном языке и т. и.
Базовые ПМК подразделяют на проблемно-ориентированные ПМК и объектно-ориентированные ПМК.
Проблемно-ориентированные ПМК могут включать программные средства, предназначенные для автоматизированного упорядочения исходных данных, требований и ограничений к объекту проектирования в целом или к сборочным единицам; выбор физического принципа действия объекта проектирования; выбор технических решений и структуры объекта проектирования; оценку показателей качества (технологичности) конструкций, проектирование маршрута обработки деталей.
Объектно-ориентированные ПМК отражают особенности объектов проектирования как совокупной предметной области К таким ПМК, например, относят ПМК, поддерживающие автоматизированное проектирование сборочных единиц; проектирование деталей на основе стандартных или заимствованных решений; деталей на основе синтеза их из элементов формы; технологических процессов по видам обработки деталей и т.п.
Лекция 6 Классификация систем автоматизированного проектирования
На основе классификации САПР решают основные задачи: формирование укрупненного формализованного описания САПР по совокупности установленных признаков классификации;
обозначение САПР, создаваемых в организациях отраслей промышленности и в строительстве;
- планирование повышения значений уровня автоматизации проектирования, комплексности автоматизации проектирования и других показателей САПР в процессе их создания и развития;
- задание условий для разработки технически обоснованных норм обеспечения процесса создания, функционирования и развития САПР специалистами, техническими средствами, энергией, информацией, финансовыми и другими ресурсами.
В соответствии с ГОСТ 23501.108-85 формализованное описание САПР включает в себя коды классификационных группировок САПР по 31
установленным стандартом признакам классификации; наименования классификационных группировок, соответствующие приведенным кодам; указания, в соответствии с какими классификаторами, стандартами или методиками определены коды каждой классификационной группировки.
САПР характеризуют следующие признаки:
- тип объекта проектирования;
- разновидность объекта проектирования;
- сложность объекта проектирования;
- уровень автоматизации проектирования;
- комплексность автоматизации проектирования;
- характер выпускаемых документов;
- количество выпускаемых документов;
- количество уровней в структуре технического обеспечения.
Три первых признака отражают особенности объектов проектирования, следующие четыре возможности систем, восьмой признак - особенности технической базы САПР. Для получения даже общего представления о конкретной САПР она должна быть оценена по исем перечисленным признакам. Рассмотрим их подробнее.
Тип объекта проектирования. ГОСТ предусматривает деление САПР на девять групп: 1) САПР изделий машиностроения; 2) САПР изделий приборостроения; 3) САПР технологических процессов в машино- и приборостроении; 4) САПР объектов строительства; 5) САПР технологических процессов в строительстве; 6) САПР программных изделий; 7) САПР организационных систем. Остальные группы (8 и 9) являются резервными и предназначены для выделения и кодирования САПР, не относящихся к перечисленным группировкам.
Разновидность объектов проектирования. ГОСТ нс устанавливает специальных обозначений на объекты проектирования, а требует их указания и кодирования в соответствии с действующими в каждой отрасли промышленности системами обозначения документации на объекты, проектируемые системой. Например, для САПР изделий машиностроения и приборостроения - по классификаторам ЕСКД.
Сложность объекта проектирования. Можно выделить САПР: 1) простых объектов с числом составных частей до 10"; 2) объектов средней сложности (102 - 103); 3) сложных объектов (103 - 104); 4) очень сложных объектов (104 -106); 5) объектов очень высокой сложности (число составных частей свыше 106).
Составной частью объекта проектирования, представляющего собой технический комплекс, сооружение или изделие, является деталь. Если объектом проектирования будет технологический процесс, то выделить его составные части сложнее. Существует два подхода, один из которых основан на разделении технологического процесса на элементарные технологические операции, другой - на разделении объекта на части условно в соответствии с номенклатурой выпускаемой технологической документации.
Уровень автоматизации проектирования. Выделяют системы проектирования: 1) низкоавтоматизированного (до 25% проектных процедур); 2) среднеавтоматизированного (25 - 50 %); 3) высокоавтоматизированного (свыше 50%). Чтобы отнести САПР к третьей группе, в ней должны быть использованы методы многовариантного оптимального проектирования.
Комплексность автоматизации проектирования. Различают САПР: 1) одноэтапныс; 2) многоэтапные; 3) комплексные. Если система автоматизации охватывает один из этапов проектирования соответствующего объекта, то се относят к первой группе. Под комплексной САПР подразумевается автоматизация всех этапов проектирования.
Характер выпускаемых проектных документов. Установлены пять классификационных групп САПР, выпускающих документы: 1) на бумаге; 2) на машинных носителях; 3) на фотоносителях (в виде микрофильмов, микрофиш, фотошаблонов и др.) 4) комбинированные (выполняют документы на двух носителях данных или более). Пятая группировка является резервной.
Число выпускаемых проектных документов. Различают САПР малой, средней и высокой производительности. САПР малой производительности выпускает до 105 документов, в пересчете на формат А4, за год. Для САПР средней производительности число выпускаемых документов в год составляет от 10 до 10, для САПР высокой производительности свыше 106.
Число уровней в структуре технического обеспечения. Выделяют САПР одно-, двух- и трехуровневые.
Одноуровневая САПР - это система, построенная на основе средней или большой ЭВМ со штатным набором периферийных устройств, включая средства обработки графической информации.
Двухуровневая САПР - это система, построенная на основе средней или большой ЭВМ и взаимосвязанных с ней одного или нескольких автоматизированных рабочих мест, имеющих собственную ЭВМ.
Трехуровневая САПР - это система, построенная на основе большой ЭВМ, нескольких автоматизированных рабочих мест и периферийного программно-управляемого оборудования для централизованного обслуживания этих рабочих мест, или на основе большой ЭВМ и группы автоматизированных рабочих мест, объединенных в вычислительную сеть.
Подходы к автоматизированному проектированию
Базовые подходы к автоматизированному проектированию
Можно выделить два базовых подхода к проектированию на основе компьютерных технологий.
Первый подход базируется на двухмерной геометрической модели (2Э-модели) - графическом изображении и использовании компьютера как «электронного кульмана», позволяющего ускорить процесс конструирования и улучшить качество оформления конструкторской документации. Центральное место в этом подходе к проектированию занимает чертеж, который служит средством графического представления изделия, содержащего информацию для решения графических задач, а также для изготовления изделия (рис. 4). Этот подход характерен для ранних САПР (конец 80-х - начало 90-х годов).
Рисунок 4 Схема традиционной технологии конструирования
В основе второго подхода лежит компьютерная пространственная геометрическая модель QD-модель) изделия (рисунок 5), которая является более наглядным способом представления оригинала и более мощным и удобным инструментом для решения геометрических задач.
Чертеж в этих условиях начинает играть вспомогательную роль, а методы его создания основаны на методах компьютерной графики, методах отображения пространственной модели. Современные технологии предусматривают построение процесса от трехмерного проектирования к двумерному. В отличие от предыдущего десятилетия, когда плоское двумерное черчение (на кульмане или с помощью компьютера), как правило, определяло идеологию систем проектирования, сегодня, с появлением новой компьютерной техники и развитием математического аппарата, основой построения системы является трехмерное твердотельная параметрическая модель. Данный подход стал возможен с развитием как компьютеров, так и программного обеспечения.
Рисунок 5 Схема новой технологии проектирования
В настоящее время при проектировании интеллектуальных измерительных устройств графические 2D и 3D-моgели электрических схем и печатных плат часто создаются в САПР Altium Designer, а для разработки геометрической модели корпуса изделия разработчики используют графические редакторы, например, Solid Works.
Лекция 7 Сквозное проектирование в Altium Designer
Программные продукты САПР австралийской фирмы Protel Technologies, предназначенные для проведения сквозного проектирования функциональных узлов РЭС, известны с 90-х годов прошлого века. На рынок последовательно выходили версии Tango PRO, Protel 99 SE (1999 г.) и Protel DXP (2002-2004 гг.). Права на продукты Protel в 2005 году перешли к фирме Altium Ltd., и в следующем, 2006 году, версия Protel DXP, получившая определенное развитие, вышла на рынок под именем Altium Designer 6. Это современная мощная "сквозная" САПР, превосходящая многие другие по эффективности. Продукт интенсивно обновляется: на рынок последовательно поступили версии 6.7 и 6.9, потом (датированные по моменту выпуска): Summer 08, Winter 09 и Summer 09 -- в 2008-2009 гг., а затем -- версии Altium Designer 10, AD12, AD13 и AD14, соответственно, в 2011-2013 гг. В настоящий момент уже вышла 20-я версия продукта.