Роль ЭВМ в создании САПР

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ

(МАМИ)

Курсовая работа

по дисциплине:

«Применение ЭВМ»

на тему:

«Роль ЭВМ в создании САПР»

Выполнил: студент 4 курса

Специальность 240401-с

Шифр 410108

Чернова М.М.

Москва 2014



Содержание

1. Введение

2. Классификация ЭВМ

3. Цель создания САПР

4. Состав САПР

5. Основные принципы построения САПР

6. ЭВМ, используемые в САПР

7. Виды обеспечения САПР



1. Введение

Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов - важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень ускорения научно-технического прогресса общества. Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) опирается на прочную научно-техническую базу. Это - современные средства вычислительной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов. В настоящее время созданы и применяются в основном средства и методы, обеспечивающие автоматизацию рутинных процедур и операций, таких, как подготовка текстовой документации, преобразование технических чертежей, построение графических изображений.

2. Классификация ЭВМ

Технические средства и общее системное программное обеспечение являются инструментальной базой САПР. Они образуют физическую среду, в которой реализуются другие виды обеспечения САПР. Инженер, взаимодействуя с этой средой и решая различные задачи проектирования, осуществляет автоматическое проектирование технических объектов. Технические средства и общее программное обеспечение в процессе проектирования выполняют и решают такие задачи как: а) ввода исходных данных описания объекта проектирования; б) отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования; в) преобразования информации; г) хранение и оперативного общения проектировщика с системой; и многие другие функции.

Для решения этих задач технические средства САПР должны содержать процессоры, оперативную память, внешние запоминающие устройства, устройства ввода вывода информации, технические средства машинной графики и многие др. устройства. На сегодняшний день существует очень много разнообразных ЭВМ. Основные технические характеристики по которым ЭВМ разделены на группы это: производительность, емкость оперативного запоминающего устройства, пропускная способность подсистемы ввода-вывода информации, надежность функционирования и др.

ЭВМ, используемые в САПР, можно разделить на две группы: 1) универсальные общего назначения; 2) специализированные.

Специализированные ЭВМ предназначены для решения узкого круга задач проектирования конкретных технических объектов. Можно условно разделить ЭВМ на группы по цене/производительности, но очень быстрый прогресс в области разработки вычислительной техники размывают эту границу, превращая сегодняшнюю супер-ЭВМ в простой калькулятор.

Разделяют вычислительные машины на супер-ЭВМ, ЭВМ высокой производительности и ЭВМ средней производительности, они используются в основном для решения сложных вычислительных задач (например, моделирования, параметрической оптимизации и т.п.) ; мини-ЭВМ служат основой для создания типовых проблемно-ориентированных комплексов; персональные ЭВМ предназначены для текущей повседневной работы инженера; микро-ЭВМ получили широкое распространение, поскольку легко встраиваются в различные устройства САПР. Приведем несколько примеров, где можно проанализировать технические характеристики разных типов ЭВМ (таб. 1).



Таб. 1.

Параметры ЭВМ	Супер-ЭВМ	ЭВМ высокой произв.	ЭВМ средней произв.	Супермини ЭВМ.	Микро-ЭВМ
Название.	Cray X-MP	IBM-3081	ЕС1046	VAX11/780	СМ 50/60
Производ. млн. опер/сек. максим.	200	14	1,2	1,1	0,15
Разрядность машинного слова.	64	32	32	32	16
Емкость ОЗУ, байт.	64М	32М	8М	8М	128К

В начале 90-х годов в нашу страну хлынул большой поток зарубежной вычислительной техники, произошел резкий скачок в развитии Российского рынка компьютерной и оргтехники. Нам стали доступны последние достижения в мире Hardware, Software, Multimedia. Так имея денежные средства можно без лишних усилий приобрести ЭВМ любого класса и любой конфигурации. Принцип открытой архитектуры, впервые используемый фирмой IBM, сделал самыми распространенными IBM-совместимые компьютеры. По классам их можно подразделить на офисные компьютеры, сетевые рабочие станции, графические станции, файл-серверы, видео-серверы, компьютеры мультимедиа, Desktop, Laptop. Представители каждой группы имеют различные технические характеристики.

Эти небольшие на вид машины несут в себе огромный вычислительный потенциал, который нашел свое применение в системах автоматизированного проектирования, анимации, банковского дела, образования и многих других сферах. Так, например, Cray Research единственная компания, выпускающая вычислительную технику для научных высокопроизводительных вычислений. Современные дорогостоящие ЭВМ содержат по несколько десятков и даже сотен процессоров (например, MasPar MP-2 содержит 16000 процессоров) достигая при этом пиковой производительности в несколько сотен Мфлоп. Простые же ЭВМ содержат обычно один процессор (процессоры условно подразделяют на поколения 286,386,486,586” Pentium”), несколько мегабайт оперативной памяти (обычно она наращивается), жесткий диск (постоянное запоминающее устройство - “винчестер”, емкость от нескольких Мб до нескольких Гбайт), адаптеры видео-, мульти- и др. (для поддержания работы различных устройств, как монитор, винчестер и т.д.). Все перечисленные устройства устанавливаются на материнскую плату, к ней от блока питания подается электрическая энергия и ЭВМ может работать. Это конечно не полный состав компьютера (на самом деле он намного сложнее), но уже достаточно, чтобы представить себе его сущность.

3. Цель создания САПР

Под автоматизацией проектирования понимают систематическое применение ЭВМ в процессе проектирования при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач.

Цель автоматизации -- повысить качество проектирования, снизить материальные затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа ин­женерно-технических работников, занятых проектирова­нием и конструированием.

Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а ЭВМ -- задачи, решение которых поддается алгоритмизации.

Существенным отличием автоматизированного проектирования от неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования -- математическим моделированием. При этом следует иметь в виду одно важнейшее обстоятельство: при проектировании число вариантов необозримо. Поэтому нельзя ставить задачу создания универсальной САПР, а необходимо решать вопросы проектирования для конкретного семейства машин.

Для создания САПР необходимо:

· совершенствовать проектирование на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;

· автоматизировать процессы поиска, обработки и выдачи информации;

· использовать методы оптимального и вариантного проектирования; применять эффективные, отражающие существенные особенности, математические модели проектируемых объектов, комплектующих изделий и материалов;

· создавать банки данных, содержащих систематизированные сведения справочного характера, необходимые для автоматизированного проектирования объектов;

· повышать качество оформления проектной документации;

· повышать творческую долю труда проектировщиков за счет автоматизации нетворческих работ;

· унифицировать и стандартизовать методы проектирования;

· подготавливать и переподготавливать специалистов;

· реализовывать взаимодействие с автоматизированными системами различного уровня и назначения.

Комплекс средств автоматизации проектирования включает методическое, лингвистическое, математическое, программное, техническое, информационное и организационное обеспечение.

4. Состав САПР

САПР -- система, объединяющая технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования. В САПР обеспечивается удобство использования программ за счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных проблемно-ориентированных языков и наличия информационно-справочной базы.

Структурными составными составляющими САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечивающие выполнение некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов.

По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

К проектирующим относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например:

· подсистема компоновки машины;

· подсистема проектирования сборочных единиц;

· подсистема проектирования деталей;

· подсистема проектирования схемы управления;

· подсистема технологического проектирования.

К обслуживающим относятся подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например:

· подсистема графического отображения объектов проектирования;

· подсистема документирования;

· подсистема информационного поиска и др.

В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида проектирующих подсистем:

· объектно-ориентированные (объектные);

· объектно-независимые (инвариантные).

К объектным подсистемам относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования, например:

· подсистема проектирования технологических систем;

· подсистема моделирования динамики, проектируемой конструкции и др.

К инвариантным подсистемам относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например:

· подсистема расчетов деталей машин;

· подсистема расчетов режимов резания;

· подсистема расчета технико-экономических показателей и др.

Процесс проектирования реализуется в подсистемах в виде определенной последовательности проектных процедур и операций. Проектная процедура соответствует части проектной подсистемы, в результате выполнения которой принимается некоторое проектное решение. Она состоит из элементарных проектных операции, имеет твердо установленный порядок их выполнения и направлена на достижение локальной цели в процессе проектирования. Под проектной операцией понимают условно Выделенную часть проектной процедуры или элементарное действие, совершаемое конструктором в процессе проектирования. Примерами проектных процедур могут служить процедуры разработки кинематической или компоновочной схемы станка, технологии обработки изделий и т. п., а примерами проектных операций -- расчет припусков, решение какого-либо уравнения и т. п.

Структурное единство подсистем САПР обеспечивается строгой регламентацией связей между различными видами обеспечения, объединенных общей для данной подсистемы целевой функцией. Различают следующие виды обеспечения:

· методическое обеспечение -- документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;

· лингвистическое обеспечение -- языки проектирования, терминология;

· математическое обеспечение -- методы, математические модели, алгоритмы;

· программное обеспечение -- документы с текстами про­грамм, программы на машинных носителях и эксплуатационные документы;

· техническое обеспечение -- устройства вычислитель­ной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства и их сочетания;

· информационное обеспечение -- документы, содержащие описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные;

· организационное обеспечение -- положения и инструкции, приказы, штатное расписание и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений и их взаимодействие с комплексом средств автоматизации проектирования.

автоматизация проект обеспечение обслуживание

5. Основные принципы построения САПР

Разработка САПР представляет собой крупную научно-техническую проблему, а ее внедрение требует значительных капиталовложений. Накопленный опыт позволяет выделить следующие основные принципы построения САПР.

1. САПР -- человеко-машинная система. Все созданные и создаваемые системы проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них играет человек -- инженер, разрабатывающий проект технического средства.

В настоящее время и по крайней мере в ближайшие годы создание систем автоматического проектирования не предвидится, и ничто не угрожает монополии человека при принятии узловых решении в процессе проектирования. Человек в САПР должен решать, во-первых, все задачи, которые не формализованы, во-вторых, задачи, решение которых человек осуществляет на основе своих эвристических способностей более эффективно, чем современная ЭВМ на основе своих вычислительных возможностей. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования -- один из принципов построения и эксплуатации САПР.

2. САПР -- иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем.

Следует особо подчеркнуть целесообразность обеспечения комплексного характера САПР, так как автоматизация проектирования лишь на одном из уровней оказывается значительно менее эффективной, чем полная автоматизация всех уровней. Иерархическое построение относится не только к специальному программному обеспечению, но и к техническим средствам САПР, разделяемых на центральный вычислительный комплекс и автоматизированные рабочие места проектировщиков.

3. САПР -- совокупность информационно-согласованных подсистем. Этот очень важный принцип должен относиться не только к связям между крупными подсистемами, но и к связям между более мелкими частями подсистем. Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами. Две программы являются информационно согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект переработки в обеих программах, входят в числовые массивы, не требующие изменений при переходе от одной программы к другой. Так, информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи будут исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива с участием человека, который добавляет недостающие параметры, вручную перекомпоновывает массив или изменяет числовые значения отдельных параметров, то про­граммы информационно не согласованы. Ручная пере­компоновка массива ведет к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому уменьшает спрос на услуги САПР. Информационная несогласованность превращает САПР в совокупность автономных программ, при этом из-за неучета в подсистемах многих факторов, оцениваемых в других подсистемах, снижается качество проектных решений.

4. САПР -- открытая и развивающаяся система. Существует, по крайней мере, две веские причины, по которым САПР должна быть изменяющейся во времени системой. Во-первых, разработка столь сложного объекта, как САПР, занимает продолжительное время, и экономически выгодно вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности. Введенный в эксплуатацию базовый вариант системы в дальнейшем расширяется. Во-вторых, постоянный прогресс техники, проектируемых объектов, вычислительной техники и вычислительной математики приводит к появлению новых, более совершенных математических моделей и программ, которые должны заменять старые, менее удачные аналоги. Поэтому САПР должна быть открытой системой, т. е. обладать свойством удобства использования новых методов и средств.

5. САПР -- специализированная система с максимальным использованием унифицированных модулей. Требования высокой эффективности и универсальности, как правило, противоречивы. Применительно к САПР это положение сохраняет свою силу. Высокой эффективности САПР, выражаемой прежде всего малыми временными и материальными затратами при решении проектных задач, добиваются за счет специализации систем. Очевидно, что при этом растет число различных САПР. Чтобы снизить расходы на разработку многих специализированных САПР, целесообразно строить их на основе максимального использования унифицированных составных частей. Необходимым условием унификации является поиск общих черт и положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов. Безусловно, может быть сформулирован и ряд других принципов, что подчеркивает многосторонность и сложность проблемы САПР.



6. ЭВМ, используемые в САПР

Классификация САПР по числу уровней технического обеспечения:

одноуровневые - строятся на основе ЭВМ среднего и/или высокого класса со штатным периферийным оборудованием (графопостроителями, плоттерами);

двухуровневые - строятся на основе ЭВМ среднего или высокого класса, в качестве интеллектуальных терминалов используются персональные ЭВМ;

комплексные - строятся на основе ЭВМ среднего или высокого класса, которые объединяются в сеть и каждая из них имеет свою сеть персональных ЭВМ.

ЭВМ среднего класса - рабочие станции;

ЭВМ высокого класса - отдельный класс мощных машин.

Развитием типовых вычислительных комплексов для использования в САПР явилось создание проблемно-ориентированных вычислительных комплексов - автоматизированных рабочих мест (АРМ). Создавались они на базе мини-ЭВМ М-400, а затем на базе ЭВМ типа СМ-3 и "Электроника 100-25" с достаточно широким набором ПУ, включая различные средства оперативной связи инженера с ЭВМ и машинной графикой. УКГИ - устройство кодирования графической информации; Предполагалось, что инженер будет использовать все средства АРМ монопольно. Однако экономическая эффективность использования таких КТС была низкой из-за высокой стоимости АРМ, малой среди загрузки большинства ПУ и ограниченных возможностей программного обеспечения.

Быстрый прогресс в области развития мини- и микро-ЭВМ, а также стремление повысить среднюю загрузку ПУ привели к созданию многотерминальных АРМ высокого поколения и простых АРМ на базе микро-ЭВМ.

МПД - мультиплексор передачи данных;

Многотерминальные АРМ второго поколения создавались на базе более современных мини-ЭВМ типа СМ-4, СМ-1420 и "Электроника-79" и предназначались для обслуживания группы инженеров, использующих ресурсы АРМ в мультипрограммном режиме.

АРМ второго поколения, создаваемые на базе микро-ЭВМ, обладают теми же вычислительными возможностями, что и АРМ первого поколения. Оснащение их ограниченным набором недорогих ПУ и низкая стоимость микро-ЭВМ позволили создать недорогие КТС в виде рабочих мест проектировщика (РМП), монопольное использование которых инженером экономически оправдано. Такие РМП имеют много общего с персональными ЭВМ, поскольку также устанавливается на рабочем месте инженера и служит для автоматизации инженерного труда.

Предельная сложность задач, решаемых КТС САПР, определяется характеристиками базовой ЭВМ.

С помощью РМП реализуется оперативное взаимодействие инженера с ЭВМ при ограниченных возможностях по объему вводимой или выводимой информации и низкой сложности решаемых задач. РМП можно использовать автономно при решении несложных задач, однако более полно их возможности проявляются в составе многоуровневых КТС.

Инженерные рабочие станции оснащаются большим набором дорогостоящих ПУ и достаточно мощными ЭВМ, что позволяет вводить, отображать и документировать большие объемы информации, представленной в различной форме. Используя вычислительные возможности ИРС, можно реализовать мультипрограммный режим, решать задачи АП, простых технологических объектов на уровне подразделений проектной организации.

Широкое распространение персональных ЭВМ, как базовых при создании РМП и АРМ индивидуального пользования стимулировало быстрый рост параметров этого класса ЭВМ и производство недорогих периферийных устройств с достаточно высокими техническими параметрами. Повышение сложности решаемых задач и широкое использование графического диалога потребовали повышения производительности персональных ЭВМ на десятки млн. опер. /сек. и привели к появлению нового класса ЭВМ - персональных супер-ЭВМ (например, ЭВМ типа PSC фирмы Culler с производительностью до 18 млн.опер./сек.). Новое поколение персональных ЭВМ создается на базе семейств 32-разрядных микропроцессоров типа Intel 80386, М 68020 и т. п. Часто в состав этих ЭВМ входят различные специализированные процессоры для преобразования графической информации, выполнения операций с плавающей точкой и др. АРМ на базе подобных ЭВМ, оснащенных комплексом различных ПУ, по своим возможностям не уступают многотерминальным АРМ второго поколения при существенно меньшей стоимости, что делает их весьма перспективными для пользования КТС САПР.

7. Виды обеспечения САПР

Стандарты по САПР требуют выделения в качестве самостоятельного компонента организационного обеспечения, которое включает в себя положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалифицированные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектной организации и взаимодействие подразделений с комплексом средств автоматизированного проектирования. Функционирование САПР возможно только при наличии и взаимодействии перечисленных ниже средств:

математического обеспечения;

программного обеспечения;

информационного обеспечения;

технического обеспечения;

лингвистического обеспечения;

методического обеспечения;

комплектование подразделений САПР профессиональными кадрами.

Теперь кратко разберёмся с назначением каждого компонента средств САПР.

Математическое обеспечение САПР. Основа - это алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР. Среди разнообразных элементов математического обеспечения 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.

Программное обеспечение САПР. Программное обе печение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Программное обеспечение делится на общесистемное и специальное (прикладное) ПО. Общесистемное ПО предназначено для организации функционирования технических средств, т. е. для планирования и управления вычислительным процессом, распределения имеющихся ресурсов, о представлено различными операционными системами. В специальном ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур.

Информационное обеспечение САПР. Основу составляют данные, которыми пользуются проектировщики в процессе проектирования непосредственно для выработки проектных решений. Эти данные могут быть представлены в виде тех или иных документов на различных носителях, содержащих сведения справочного характера о материалах, параметрах элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений.

Техническое обеспечение САПР. Это создание и использование ЭВМ, графопостроителей, оргтехники и всевозможных технических устройств, облегчающих процесс автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение САПР. Основу составляют специальные языковые средства (языки проектирования). предназначенные для описания процедур автоматизированного проектирования и проектных решений. Основная часть лингвистического обеспечения - языки общения человека с ЭВМ.

Методическое обеспечение САПР. Под методическим обеспечением САПР понимают входящие в её состав документы, регламентирующие порядок ее эксплуатации. Причем документы, относящиеся к процессу создания САПР, не входят в состав методического обеспечения. Так в основном документы методического обеспечения носят инструктивный характер и их разработка является процессом творческим.

Комплектование подразделений САПР профессиональными кадрами. Этот пункт предписывает комплектование подразделений САПР профессионально-грамотными специалистами, имеющими навыки и знания для работы с перечисленными выше компонентами САПР. От их работы будет зависеть эффективность и качество работы всего комплекса САПР (может даже всего производства).



Литература

1. А.В. Петров «Проблемы и принципы создания САПР»

2. Д.М. Жук «Технические средства и операционные системы САПР»

3. В.Г. Федорчук «Информационное и прикладное программное обеспечение САПР»

Размещено на Allbest.ru

...