Реферат: Автоматизоване проектування комп’ютерних систем
Реферат: Автоматизоване проектування комп’ютерних систем
Реферат
Автоматизоване проектування комп’ютерних систем
1. Структура системи автоматизованого проектування засобів обчислювальної техніки
САПР складаються з проектуючих та обслуговуючих підсистем.
Проектуючі підсистеми. Вони мають об'єктну орієнтацію і реалізують визначений етап (стадію) проектування або групу безпосередньо пов'язаних проектних задач. Приклади проектуючих підсистем: ескізне проектування виробів, проектування корпусних деталей, проектування технологічних процесів механічно обробки.
Проектуючі підсистеми поділяються на проектно залежні та проектно незалежні. Проектно залежні підсистеми призначені для виконання проектних процедур, які специфічні для конкретного класу об’єктів. Проектно незалежн підсистеми розраховані на виконання типових проектних процедур.
Обслуговуючі підсистеми. Такі підсистеми мають загальносистемне застосування і забезпечують підтримку функціонування проектуючих підсистем, а також оформлення, передачу і вивід отриманих результатів. Приклади обслуговуючих підсистем: автоматизований банк даних, підсистеми документування, підсистема графічного введення-виведення.
Засоби автоматизації проектування також можна згрупувати за видами забезпечення автоматизованого проектування.
До компонентів технічного забезпечения відносять пристрої обчислювально організаційної техніки, засоби передачі даних, вимірювальні та інші пристро х поєднання, що забезпечують функціонування ПТК і КСАП, в тому числ диалоговий, багатокористувацький і багатозадачний режими роботи, а також побудову ієрархічних і мережевих структур технічного забезпечення.
До компонентів математичного забезпечення відносять методи математичного моделювання об’єктів і процесів проектування, математичні модел об’єктів і процесів проектування, алгоритми рішення задач в процес проектування.
Взаємозв’язки між компонентами математичного забезпечення повинн забезпечувати формалізацію процесу проектування і його цілісність.
Компоненти програмного забезпечення, які об’єднані в ПМК, повинн мати ієрархічну організацію, в якій на нижньому рівні розміщуються монітор управління компонентами нижніх рівнів програмних модулів.
Програмний модуль повинен регламентувати функціонально закінчене перетворення інформації; бути написаний на одній з стандартних мов програмування; задовольняти угодам про представлення даних, прийнятим в даній САПР; бути оформленими у відповідності з вимогами ЕСКД.
Монітор призначений: для управління функціонованим набором програмних модулів ПМК, включаючи контроль послідовності і правильност виконання; для реалізації спілкування користувача з ПМК і програмних модулів з відповідними базами даних (БД); для збору статистичної інформації.
До компонентів лінгвістичного забезпечення відносять мови проектування (МП), інформаційно-пошукові (ІПМ) і допоміжні мови, що використовуються в обслуговуючих підсистемах, і для зв’язку з ними проектуючих підсистем.
Компоненти лінгвістичного забезпечення повинні бути узгодженими з компонентами забезпечення інших видів, бути відносно інваріантними до конкретного вмісту баз даних, надавати в компактній формі засоби для опису всіх об’єктів і процесів заданого для системи класу з необхідним степенем деталізації і без суттєвих обмежень на об’єкт опису, бути розрахований в основному на діалоговий режим їх використання.
Мови проектування повинні базуватися на термінах, прийнятих в конкретній системі, забезпечувати опис, управління і контроль процесу проектування, бути орієнтованими на користувачів з різним рівнем професіональної підготовки (в тому числі не маючих спеціальної підготовки в області програмування), забезпечувати однозначне представлення інформації, стандартний опис однотипних елементів і високу надійність ідентифікації опису.
Інформаційне забезпечення – це сукупність відомостей, як подані базам даних і базам знань, що містять відомомсті про певну проблемну сферу разом з правилами їх використання у конкретних ситуаціях.
До компонентів методичного забезпечення відносять: затверджену документацію інструктивно-методичного характеру, яка встановлює технологію автоматизованого проектування; правила експлуатації КЗАП, ПТК і ПМК; нормативи, стандарти та інші документи, що регламентують процес і об’єкт проектування.
Компоненти методичного забезпечення повинні розміщатися на машинних носіях інформації, що дозволяють здійснювати як довгострокове збереження документів, так і їх оперативний вивід в форматах, що установленн відповідними стандартами.
Організаційне забезпечення повинно включати документи (положення, нструкції, розписки, кваліфікаційні потреби та ін.), що встановлюють організаційну структуру, функції і порядок взаємодії між собою підрозділів при роботі САПР, в тому числі інструкції персоналу.
Компоненти організаційного забезпечення повинні встановлювати організаційну структуру системи і підсистем, включаючи взаємозв’язок елементів; задачі і функції служби САПР і зв’язаних з нею підрозділів проектно організації; права и відповідальність належних осіб по забезпеченню створення функціонування САПР; порядок підготовки и перепідготовки користувачів САПР.
2. Опис життєвого циклу продукту в процесі розробки і виробництва за методом Зейда
Щоб зрозуміти значення систем CAD/CAM/CAE (всі ці системи разом називаються системами автоматизованого проектування), необхідно вивчити різні задачі і операції, які приходиться вирішувати і виконувати в процес розробки і виробництва продукту. Всі ці задачі, взяті разом, називаються життєвим циклом продукту (product cycle). Приклад життєвого циклу продукту, описаного Зейдом, з незначними вдосконаленнями приведено на рис. 1.
Прямокутники, нарисовані суцільними лініями, представляють два головних процеси, які складають життєвий цикл продукту: процес розробки процес виробництва.
Процес розробки починається з запитів споживачів, як обслуговуються відділом маркетингу, і закінчується повним описом продукту (виконується в формі рисунка). Процес виробництва починається з технічних вимог закінчується поставкою готових виробів.
Операції, що відносяться до процесу розробки, можна поділити на аналітичні і синтетичні.
Процес виробництва починається з планування, яке виконується на основі отриманих на етапі проектування креслень, а закінчується готовим продуктом.
В результаті підготовки виробництва складається план випуску, списки матеріалів і програм для обладнання.
Рис. 1. Життєвий цикл продукту
Остання фаза процесу розробки — підготовка проектної документації. На цьому етапі корисним стає використання систем підготовки робочих креслень. Здатність подібних систем працювати з файлами дозволяє систематизувати збереження і забезпечення зручності пошуку документів.
Комп’ютерні технології використовуються і на стадії виробництва. Процес виробництва включає в себе планування випуску, проектування і придбання нових інструментів, замовлення матеріалів, програмування машин с числовим програмним керуванням (ЧПК), контроль якості і упаковку.
3. Основні поняття про системи автоматизованого виробництва САМ
Автоматизоване проектування (computer-aided design — CAD) представляє собою технологію, що полягає в використанні комп’ютерних систем для полегшення створення, зміни, аналізу і оптимізації проектів. Таким чином, будь-яка програма, що працює з комп’ютерною графікою, так само як і будь-який додаток, що використовується в інженерних розрахунках, відноситься до систем автоматизованого проектування. Іншими словами, більшість засобів CAD можуть представляти собою від геометричних програм для роботи з формами до спеціалізованих додатків для аналізу і оптимізації.
Автоматизоване виробництво (computer-aided manufacturing — САМ) — це технологія, що полягає в використанні комп’ютерних систем для планування, управління і контролю операцій виробництва через прямий або непрямий інтерфейс з виробничими ресурсами підприємства. Одним з найбільш поширених підходів до автоматизації виробництва являється числове програмне управління (ЧПУ, numerical control — NC).
ЧПУ полягає в використанні запрограмованих команд для управління станком, який може шліфувати, різати, фрезерувати, штампувати, згинати та ншими способами перетворювати заготовки в готові деталі.
Ще одна важлива функція систем автоматизованого виробництва програмування роботів, які можуть працювати на гнучких автоматизованих ділянках, вибираючи і встановлюючи інструменти і деталі, що обробляються на станках з ЧПУ. Роботи можуть також виконувати свої власні задачі, наприклад займатися зваркою, збіркою і переносом обладнання і деталей по цеху.
4. Основні поняття про системи автоматизованого конструювання САЕ
Автоматизоване конструювання (computer-aided engineering САЕ) це технологія, що полягає в використанні комп’ютерних систем для аналізу геометрії CAD, моделювання і вивчення поведінки продукту для удосконалення оптимізації його конструкції. Засоби САЕ можуть здійснювати безліч різних варіантів аналізу.
Найбільш широке застосування в конструюванні має метод кінцевих елементів (finite-element method — FEM). З його допомогою розраховуються потужність, деформації, теплообмін, розподілення магнітного поля, потоки рідини та інші задачі, рішати які будь-яким іншим методом непрактично.
Для використання методу кінцевих елементів потрібна абстрактна модель належного рівня, а не сама конструкція. Абстрактна модель відрізняється від конструкції тим, що вона формується шляхом виключення несуттєвих деталей.
Готова абстрактна модель розбивається на кінцеві елементи, що утворюють аналітичну модель. Програмні засоби, що дозволяють конструювати абстрактну модель і розбивати її на кінцеві елементи, називаються препроцесорами (preprocessors). Програмні засоби, що забезпечують візуалізацію, називаються постпроцесорами (postprocessors).
5. Апаратне та програмне забезпечення САПР
Для реалізації комп’ютерно-орієнтованого підходу до проектування і виробництва потрібно спеціальне апаратне і програмне забезпечення.
Ключовим аспектом являється інтерактивне управління формою, тому апаратне і програмне забезпечення для інтерактивного маніпулювання формами відноситься до числу основних компонентів, що складають системи CAD/CAM/CAE. Графічні пристрої і периферійні пристрої вводу-виводу разом з звичайним обчислювальним модулем складають апаратне забезпечення систем CAD/CAM/CAE (рис. 1).
Рис. 1. Компоненти систем CAD/CAM/CAE
Апаратне забезпечення
Графічний пристрій складається з дисплейного процесора, пристрою відображення, або дисплейного пристрою (монітор), і одного або декількох пристроїв вводу. Дисплей (монітор) представляє собою екран, на який виводиться графічне зображення, однак вивід конкретного зображення на екран виконується дисплейним процесором.
Векторні графічні пристрої
Векторні графічні пристрої складаються з дисплейного процесора, дисплейного буфера пам’яті і електронно-променевої трубки (рис. 2.).
Рис. 2 Компоненти векторного графічного пристрою
Дисплейний процесор зчитує дисплейний файл (display list), який представляє собою послідовність кодів, що передаються додатком, як відповідають графічним командам. Дисплейний файл зберігається в розділ пам’яті, який називається дисплейним буфером (display buffer). Дисплейний процесор здійснює також завантаження дисплейного файлу в дисплейний буфер. Після цього дисплейний процесор формує необхідні напруги на вертикальних горизонтальних парах пластин.
Растрові графічні пристрої
Принцип функціонування растрових графічних пристроїв можна описати наступним чином.
Дисплейний процесор приймає графічні команди від додатку, перетворює їх в точкове зображення, або растр, після чого зберігає растр в розділі пам’яті, який називається буфером кадру (frame buffet) (рис. 3).
Растрові графічні пристрої повинні зберігати в своїй пам’ят зображення у вигляді растру, на відміну від векторних, які зберігають лише дисплейні файли. Тому вимоги до пам’яті в цих двох видів пристроїв відрізняються як і методи оновлювання зображення на екрані. Час оновлення залишається постійним незалежно від складності зображення. Буфер кадру в растрових пристроях вимагає більшої пам’яті, ніж дисплейний буфер в векторних графічних пристроях.
Рис. 3. Компоненти растрового графічного пристрою
Програмні компоненти
Будь-яка програма, що використовується життєвому цикл продукту для скорочення часу і вартості розробки продукту, а також для підвищення його якості, може бути віднесена до класу CAD/САМ/САЕ.
Програми CAD дозволяють конструктору створювати форми маніпулювати ними на моніторі в інтерактивному режимі, зберігаючи результати в базі даних. Однак в принципі будь-яка програма, що полегшує процес розробки, може бути названа програмою CAD.
Будь-яка програма, що використовується в процесі виробництва продукту, вважається засобом САМ. Таким чином, до САМ відносяться програми для планування, управління і контролю виробничих операцій через прямий або непрямий комп’ютерний інтерфейс з виробничими ресурсами.
Програми САЕ використовуються для аналізу геометр конструкції і дозволяють розробнику моделювати і вивчати поведінку продукту для покращення і оптимізації проекту. Типовим прикладом являється програма для розрахунку напруг, деформації або теплопередачі в деталі методом кінцевих елементів.
6. Конфігурація апаратних засобів САПР.
Графічні пристрої рідко використовуються поодинці. Частіше всього вони об’єднуються в кластер того або іншого роду, який розрахований на обслуговування множини користувачів. Існують три типи основних варіантів конфігурації такого кластера.
Перша конфігурація складається з мейнфрейму (mainframe) множини графічних пристроїв (рис.1).
Рис. 1. Мейнфрейм с графічними приладами
Графічні пристрої підключаються до мейнфрейму. До нього також підключаються і пристрої виводу, такі як принтери і плоттери. Цей підхід до цих пір використовується виробниками автомобілів і кораблів, у яких є великі бази даних, які обробляються централізовано. Хоча є деякі недоліки. Він потребу великих початкових вкладень в апаратне і програмне забезпечення, а також обслуговування системи, що експлуатується коштує недешево. Обслуговування мейнфрейму завжди включає в себе розширення системної пам’яті і жорсткого диску, що для мейнфрейму обходиться значно дорожче, ніж для невеликих комп’ютерів. Крім того, оновлення операційної системи також є непростою задачею. Програми CAD/CAM/CAE потребують частої заміни в зв’язку з виходом нових, більш потужних версій і альтернатив.
Друга конфігурація складається з автоматизованих робочих місць проектувальника (робочих станцій — workstations), об’єднаних в мережу (рис. 2).
Рис. 2. Робочі станції, об’єднані в мережу
До тієї ж мережі підключаються пристрої виводу — плоттери принтери. Робоча станція — це графічний пристрій з власними обчислювальними ресурсами. Продуктивність робочих станцій збільшується вдвічі кожен рік при збереженні їх ціни. Даний підхід володіє ще й іншими перевагами. Користувач може працювати з будь-якої станції мережі, вибираючи її у відповідності з своєю задачею, причому системні ресурси не будуть залежати від задач інших користувачів. Ще одна перевага — це відсутність необхідності в крупних первинних вкладеннях. Кількість робочих станцій і програмних пакетів може збільшуватися поступово, по мірі зростання потреб в ресурсах CAD/CAM/CAE.
Третя конфігурація аналогічна другій за винятком того, що замість робочих станцій використовуються персональні комп’ютери з операційними системами Windows 98 та ХР. Конфігурації на базі персональних комп’ютерів популярні в невеликих компаніях, особливо якщо продукти, що випускаються складаються з невеликої кількості деталей обмеженої складності, а також в компаніях, що використовують системи CAD/CAM/CAE головним чином для побудови креслень.
Страницы: 1, 2
