АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ В ИПС

Система автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов

Проектирование — процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еше не существующего объекта (системы) на основе первичного описания этого объекта (системы) и алгоритма его функционирования. Он включает в себя комплекс работ по изысканию, исследованию, расчетам и конструированию, имеющих целью получение описания предмета проектирования, необходимого и достаточного для создания нового изделия (системы) или реализации нового процесса, удовлетворяющего заданным требованиям. Поэтому проектирование представляет собой сложный специфический вид созидательной деятельности человека, основанный на глубоких научных знаниях и творческом поиске, использовании накопленного опыта и навыков в определенной сфере, не лишенный, однако, необходимости выполнения трудоемких рутинных работ.

Под автоматизацией проектирования понимается такой способ выполнения разработки проекта, когда проектные процедуры и операции осуществляются разработчиком систем при тесном взаимодействии с ЭВМ. Рациональное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен в основном решать задачи творческого характера, а ЭВМ — задачи, допускающие формализованное описание в виде алгоритма, что позволяет достичь большей эффективности по сравнению с традиционным ручным способом. Системы, построенные на полностью формализуемых методах решения проектных задач, работают обычно в автоматическом режиме и имеют многовариантную основу. В этих системах предусмотрен процесс перепроектирования, если полученный результат по тем или иным причинам не устраивает проектировщика. Поэтому такие системы справедливо относят к системам автоматического проектирования. Системы автоматизированного проектирования (САПР) в отличие от автоматических способны решать задачи проектирования, не поддающиеся полной формализации. САПР строится как организационно-техническая (человеко-машинная) система, состоящая из комплекса технических средств, математического, программного, информационного и организационного обеспечения. Человек сам принимает решение там, где процесс проектирования не поддается формализации. Системы, в которых организуется поиск решений нефор-мализуемых задач, составляют группу эвристических САПР [4, 12, 18].

Виды САПР

По объему информационной обеспеченности можно выделить следующие виды систем автоматизированного проектирования:

• • уникальные — имеют межотраслевой характер и создаются для решения крупных народно-хозяйственных задач. Обычно имеют короткий жизненный цикл;
• • универсальные — отраслевого назначения с системой коллективного пользования и банков информации, обеспечивающие проектирование всей номенклатуры технических изделий отрасли. Типовое ядро САПР адаптируется к условиям различных предприятий. Универсальные САПР строятся по двухуровневому принципу: на первом уровне — мощные ЭВМ с большим объемом памяти и высоким быстродействием, на втором — периферийные ЭВМ, обслуживающие отдельные графические устройства и рабочие станции. Годовой объем проектной документации, создаваемой такой САПР, достигает 100 тыс. документов;
• • комплексные — используются для объектов высокой функциональной и технической сложности (например, СВЧ-техника, СБИС с интеграцией до 10⁵ элементов) с разработкой моделей физических процессов. Обычно охватывают небольшой круг предприятий;
• • специализированные — САПР проектной организации, ориентированные на выполнение массовых проектных работ по конкретному изделию на конкретном предприятии. Позволяют разработчику пользоваться методами моделирования и оптимизации на основных стадиях проектирования;
• • индивидуальные — предназначены для выполнения чертежно-графических работ, прочностных и других расчетов (например, при проектировании печатных плат). Реализуются на мини- и персональных ЭВМ, образующих рабочие станции, т. е. автоматизированные рабочие места.

Принципы построения САПР:

• • включения — предусматривает согласование параметров конкретной САПР с системой более высокого уровня;
• • системного и информационного единства, обеспечивающего связь между всеми подсистемами САПР (совместимость баз данных и составляющих программно-методического комплекса, принятого в отрасли);
• • развития — предусматривает наращивание и совершенствование компонентов САПР;
• • комплексности — обеспечивает связность проектирования отдельных элементов и всего объема в целом;
• • совместимости — обеспечивает совместное функционирование всех подсистем при сохранении открытости структуры системы в целом;
• • инвариантности — требует, чтобы подсистемы и компоненты САПР были инвариантными по отношению к проектируемым объектам;
• • моральной живучести — обеспечивает адаптацию к имеющимся и вновь создаваемым техническим базам проектирования.

Схемно-технические направления САПР:

• 1) математическое моделирование при проектировании различных объектов (вместо макетирования и натурных испытаний);
• 2) автоматический поиск оптимальных решений и выбор наилучших параметров;
• 3) проектирование и выпуск конструкторской (КД) и технологической (ТД) документации.

Структура САПР

Существуют две структурные конфигурации САПР:

• 1) структура САПР, в которых вся основная информация, связанная с проектированием, обрабатывается мошной ЭВМ, а корректировка и ввод графической информации на местах осуществляются с помощью мини- или микроЭВМ, соединенных интерфейсом с большой машиной;
• 2) структура САПР, в которых весь процесс проектирования осуществляется на автоматизированных рабочих местах (АРМ) конструкторов за счет собственных вычислительных и графических средств, а более мощный компьютер служит только передаточным звеном с общей базой знаний.

Структура САПР на базе АРМ является предпочтительной, так как в этом случае процесс проектирования не зависит от выхода из строя одного из рабочих мест, в то время как для первой структуры выход из строя основной ЭВМ практически срывает весь процесс проектирования.

На базе серийно выпускаемой аппаратуры, как правило, создаются двухуровневые конфигурации технических средств (ТС) САПР, которые удобны при сравнительно небольшом количестве АРМ. Для организации режима разделения времени между большим числом пользователей количество уровней в иерархической организации комплекса ТС может быть увеличено до трех и более (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Структура трехуровневой САПР

На верхнем уровне располагается одна или несколько ЭВМ (серверов) большой производительности, которые составляют центральный вычислительный комплекс (ЦБК) для решения сложных задач, требующих больших затрат машинного времени. Здесь организуется база данных (БД) для решения общих вопросов формирования объекта и его проектирования. На втором уровне решаются задачи группового использования ЭВМ нижнего уровня и осуществляется выпуск КД и ТД. На нижнем уровне находятся АРМ, реализованные на мик-роЭВМ (терминальные ЭВМ), и рабочие станции, которые осуществляют подготовку и корректировку входных данных, выпуск промежуточных документов, обмен информацией между АРМ и ЦБК, а также

решают сравнительно несложные (по затратам машинного времени) проектные задачи.

На аппаратуре соответствующих АРМ одновременно могут работать несколько пользователей: разработчики (Р), конструкторы (К), технологи (Т) и исследователя (И) (рис. 6.2). Автоматизированное рабочее место (АРМ), или, в зарубежной терминологии, «рабочая станция» (work-station), представляет собой место пользователя-про-ектировщика, оборудованное средствами, необходимыми для автоматизации выполнения им определенных функций. Техническое обеспечение АРМ представляет собой комплекс технических средств, основой которого служит профессиональный персональный компьютер (ПК), предусматривающий работу специалиста без посредников (программистов, операторов и др.). У групповых АРМ таким компьютером могут пользоваться 4...6 человек. В комплект профессионального персонального компьютера входят процессор, дисплей, клавиатура, дополняемые по мере необходимости другими вспомогательными электронными устройствами, а именно: дисковыми накопителями, печатающими устройствами, оптическими читающими устройствами или считывателями штрихового кода, устройствами графики, средствами

Рис. 6.2. Иерархическая структура САПР:

И О — информационное обеспечение; БД — база данных разработчика Р, конструктора К, технолога Т, исследователя И; ОС — операционная система; Тр — транслятор; Ко — компилятор; Су — супервизор; ППП — пакет прикладных программ; ОП — обслуживающие программы; РЭЦ — расчеты электрических цепей; РК — расчеты конструкторские; РТ — расчеты технологические

сопряжения с другими АРМ. Основным назначением АРМ можно считать децентрализованную обработку информации на рабочих местах, использование соответствующих «своих» баз данных при одновременной возможности вхождения в локальные сети АРМ и персональных компьютеров, а иногда и в глобальные вычислительные сети.

В САПР используется пакетный и диалоговый режимы работы, определяемые характером обмена информацией между пользователем и ЭВМ. В пакетном режиме решаются полностью формализованные задачи, требующие больших затрат машинного времени. Диалоговый или интерактивный режим применяют для решения задач, у которых отсутствуют формализованные правила принятия решений.

Мультипрограммный диалоговый режим работы вычислительной системы (режим разделения времени) применяется в САПР для организации взаимодействия с ЦБК одновременно нескольких АРМ. При образовании вычислительной сети САПР отдельные ее части могут быть удалены друг от друга на значительные расстояния. Для объединения удаленной группы пользователей САПР применяются локальные вычислительные сети (ЛВС), образующие распределенную вычислительную систему.

Современные САПР и автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП) широко используют интерактивную машинную графику (ИМГ). Автономная САПР с ИМГ включает в себя следующие аппаратные средства (рис. 6.3):

• • одно или несколько рабочих мест конструктора (рабочих станций), каждое из которых содержит графический терминал и операторские устройства ввода;
• • один или несколько графопостроителей и других устройств вывода;
• • центральный процессор (ЦП);
• • вспомогательные запоминающие устройства (ЗУ).

Для получения доступа к большей вычислительной мощности и большей памяти ЦП связывают с универсальной ЭВМ, которая называется ведущей или сервером (рис. 6.4). Ведущая ЭВМ служит для выполнения сложных технических расчетов и численного анализа, что позволяет избегать перегрузки ЦП. Результаты работы сервера перекачиваются в систему машинной графики для вывода на экран и получения печатной копии.

Современные САПР оснащаются интеллектуальными терминалами с собственным микропроцессором, который играет роль локального ЦП, а ЭВМ содержит интеллектуальный интерфейс, который

Рис. 6.3. Структурная схема автоматизированного рабочего места

Рис. 6.4. Схема связи АРМ с сервером (ведущей ЭВМ)

позволяет оставить за человеком только постановку задачи, а остальные этапы возложить на ЭВМ. Интеллектуальный интерфейс характеризует переход от обработки данных к обработке знаний.