Системы автоматизации проектирования (САПР)

Основной стратегией по проведению крупных мероприятий по совершенствованию технической и технологической базы в промышленности, а также использовании новых методов организации производства являются широкое использование систем автоматизированного проектирования во всех сферах проектирования и производства и создание промышленной робототехники и гибких автоматизированных производственных систем (АИТУ ГПС), в которых современные средства вычислительной техники занимают в функциональном отношении центральное место.

От успехов в создании и развитии САПР во многом зависят возможности и сроки разработки образцов новой техники, внедрение интегрированных автоматизированных производств, рост производительности труда инженерно-технических работников, занятых проектированием.

Проектирование – это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе первичного описания этого объекта. Если весь процесс проектирования осуществляет человек, то проектирование называют неавтоматизированным. Проектирование, при котором происходит взаимодействие человека и ЭВМ, называют автоматизированным.

При создании новых объектов выделяют следующие этапы:

· этап научно-исследовательских работ (НИР). Объединяет стадии: предпроектное исследование, техническое задание и часть технического предложения. Здесь проводят исследования по поиску новых принципов функционирования, новых структур, физических процессов, новой элементной базы, технических средств и т.п.;

· этап опытно-конструкторских работ (ОКР). Объединяет стадии: часть технического предложения, эскизный проект, технический проект. Здесь отражаются вопросы детальной конструкторской проработки проекта;

· этап рабочего проектирования. Объединяет стадии: рабочий проект, изготовление, отладка и испытание, ввод в действие. Здесь прорабатываются схемные, конструкторские и технологические решения, проводят испытания, изготовление.

Распределение работ между подразделениями производят с использованием блочно-иерархического подхода (БИП) к проектированию. Этот подход основан на структурировании описаний объекта с разделением описаний на ряд иерархических уровней по степени детальности отображения в них свойств объекта и его частей. Уровни проектирования можно выделять не только по степени подробности отражения свойств объекта, но и по характеру отражаемых свойств. Если в первом случае уровни называют горизонтальными, или иерархическими, то во втором - вертикальными, или аспектами.

Методология блочно-иерархического подхода базируется на трех концепциях: разбиение и локальная оптимизация; абстрагирование; повторяемость.

Концепция разбиения позволяет сложную задачу проектирования объекта свести к решению более простых задач с учетом взаимодействий между ними. Локальная оптимизация подразумевает улучшение параметров внутри каждой простой задачи. Абстрагируемость заключается в построении формальных математических моделей, отражающих только значимые в данных условиях свойства объектов. Повторяемость заключается в использовании существующего опыта проектирования.

Система автоматизации проектных работ (САПР) – это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы) и выполняющая автоматизированное проектирование.

По назначению подсистемы САПР разделяют на проектирующие и обслуживающие.

К проектирующим относят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например, подсистема логического проектирования, подсистема конструкторского проектирования, подсистема проектирования деталей и сборочных единиц и т.п.

К обслуживающим относят подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например, подсистема информационного поиска, подсистема документирования и т.п.

По отношению к объекту проектирования различают объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные). К объектным относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования. К инвариантным относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например, функции отработки, не зависящие от особенностей проектируемого объекта.

Основное назначение САПР – получение оптимальных проектных решений. Проектирование в САПР осуществляется путем декомпозиции проектной задачи с последующим синтезом общего проектного решения. В процессе синтеза проекта используются информационные ресурсы базы данных в условиях диалогового взаимодействия проектировщиков с комплексом средств автоматизации.

Технологии проектирования в САПР базируются на следующих принципах:

¨ использование комплексного моделирования;

¨ интерактивное взаимодействие с математической моделью;

¨ принятие проектных решений на основе математических моделей и проектных процедур, реализуемых средствами вычислительной техники;

¨ обеспечение единства модели проекта на всех этапах и стадиях проектирования;

¨ использование единой информационной базы для автоматизированных процедур синтеза и анализа проекта, а также для управления процессом проектирования;

¨ проведение многовариантного проектирования и комплексной оценки проекта с применением методов оптимизации;

¨ обеспечение максимальной инвариантности информационных ресурсов, их слабой зависимости от конкретной области применения, простоты настройки на отраслевую специфику.

АСУП

Автоматизированная система управления производством (АСУП) представляет собой сложную иерархически управляемую систему, состоящую из коллектива работников аппарата управления, комплекса технических средств, различных методик и инструментов, носителей данных. Объектом управления является совокупность процессов, свойственных данному предприятию, по преобразованию ресурсов в готовую продукцию. Сложность управления в АСУП обусловлена следующими причинами:

v большим числом разнородных элементов;

v высокой степенью их взаимосвязи в процессе производства;

v неопределенностью результатов выполнения многих процессов (брак, сбои, несвоевременные поставки, нерегулярность спроса и т.д.);

v тем, что объектами и субъектами управления являются люди, а управление их поведением не столь очевидно и прямолинейно;

v предприятие постоянно изменяется, т.е. является нестационарным.

В структуре АСУП обычно выделяют функциональные и обеспечивающие подсистемы. Подсистемой называют часть АСУ, выделенную по функциональному или структурному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам.

Системы, в которых управление ходом процесса осуществляется без вмешательства человека, называются автоматическими. Однако, когда не известны точные законы управления, человек вынужден брать управление (определение управляющих сигналов) на себя (такие системы называются автоматизированными)