Системы автоматизированного проектирования (сапр) рэс. Сапр - это системы автоматизированного проектирования Системы автоматизированного проектирования кп
Материал из ПИЭ.Wiki
Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации.
Введение в САПР
Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Во первых, автоматизация проектирования - синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции.
Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 95/NT, языках программирования. С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.
Во вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из за невысокого качества проектов. Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в СССР относится к началу 60 х гг. Тогда были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных схем, проектирования печатных плат.
Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.
К настоящему времени создано большое число программно методических комплексов для САПР с различными степенью специализации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей; инженер, не владеющий знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться полноценным специалистом.
Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах.
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.
Системный подход к проектированию
Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Для специалиста в области системотехники они являются очевидными и естественными, однако, их соблюдение и реализация зачастую сопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженеры используют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализа может оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задач инженерной деятельности.
Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход выявляет структуру системы ее внутренние и внешние связи.
Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.
Структура САПР
Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.
Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.
Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.
Виды обеспечения САПР
Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:
- техническое (ТО) , включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);
- математическое (МО) , объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
- программное (ПО) , представляемое компьютерными программами САПР;
- информационное (ИО) , состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, которые используются при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, база данных вместе с СУБД носит название банка данных;
- лингвистическое (ЛО) , выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
- методическое (МетО) , включающее различные методики проектирования; иногда к нему относят также математическое обеспечение;
- организационное (ОО) , представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые регламентируют работу проектного предприятия.
Разновидности САПР
Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы - ядра САПР.
По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:
- САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD);
- САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation);
- САПР в области архитектуры и строительства.
Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т. п.
По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы.
По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.
По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:
1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер.
В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Urographies и ACIS фирмы Intergraph).
2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.
3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.
4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.
Техническое обеспечение САПР
С точки зрения системной модели САПР, техническое обеспечение представляет собой самый нижний уровень, в который “погружается” и реализуется операционно-программное и другие виды обеспечений САПР.
Задача проектирования технического обеспечения, таким образом, может быть сформулирована как задача оптимального выбора состава технических средств САПР. Исходной информацией при этом являются результаты анализа задач внутреннего проектирования и ресурсные требования к техническим средствам в виде критериев и ограничений.
Основные требования к техническим средствам САПР состоят в следующем:
- эффективность;
- универсальность;
- совместимость;
- надежность.
Технические средства (ТС) в САПР решают задачи:
- ввода исходных данных описания объекта проектирования;
- отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;
- преобразования информации (изменения формы и структуры представления данных, перекодировки и др.);
- хранения информации;
- отображения итоговых и промежуточных результатов решения;
- оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.
Для решения этих задач ТС должны содержать:
- процессоры,
- оперативную память,
- внешние запоминающие устройства,
- устройства ввода- вывода информации,
- технические средства машинной графики,
- устройства оперативного общения человека с ЭВМ,
- устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами.
При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в состав ТС должны быть включены устройства, преобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками.
ТС САПР могут одно- и многоуровневыми.
ТС, в состав которых входит одна ЭВМ, оснащенная широким набором периферийного оборудования, носят название одноуровневых. Они широко применяются при проектировании изделий общепромышленного применения с установившейся конструкцией, имеющих узкоспециализированные математические модели и фиксированную последовательность этапов проектно- технологических работ.
Развитие САПР предполагает расширение набора терминальных устройств, представление каждому проектировщику возможности взаимодействия с ЭВМ, обработку технической информации непосредственно на рабочих местах. С этой целью терминальные устройства снабжаются мини - и микроЭВМ, имеющими специальное математическое обеспечение интеллектуальные терминалы. Они соединяются с ЭВМ высокой производительностью с помощью специальных или обычных телефонных каналов.
»Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Так, например, в машиностроении производственный цикл предприятия, определяемый временем нахождения деталей, узлов и готовых изделий в цехах, составляет 1 % всего времени от начала проектирования до выпуска готовой продукции, остальные 99% приходятся на опытно-конструкторскую, конструкторскую и технологическую подготовку производства. С другой стороны сложность решения задачи автоматизированного проектирования связана с многообразием и спецификой конкретных предметных областей.
Создание САПР-продуктов происходит в следующих направлениях:
универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации;
открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях);
графический редактор и графическая среда приложений;
открытая среда конструкторского проектирования;
САПР для непрофессионалов (домашнего использования).
Наиболее полно возможности САПР-продукта на уровне универсального графического пакета можно проследить на примере AutoCAD 2000 - новой версии самого популярного в России чертежного пакета. Рассмотрим основные особенности новой разработки фирмы AutoDesk:
возможность работы с несколькими файлами чертежей в одном сеансе без потери производительности;
контекстное всплывающее меню, включающее группу операций буферного обмена, повтора последней операции, отмены действий и возврата отмененного действия, вызова динамических интерактивных операций панорамирования и зуммирования и др.;
наличие средств моделирования, позволяющих редактировать твердотельные объекты на уровне ребер и граней;
возможность обращения к свойствам объектов;
возможность выбора, группировки и фильтрации объектов по типам и свойствам;
наличие технологии создания и редактирования блоков;
возможность вставки в чертеж гиперссылок;
включение Design Center - нового интерфейса технологии drag-and-drop для работы с блоками, внешними ссылками, файлами изображений и чертежей;
управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на экране;
возможность работы со слоями без вывода на печать;
наглядная работа с размерами и размерными стилями;
наличие средств управления видами и системами координат;
наличие нескольких режимов визуализации от проволочного каркаса до закраски;
наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании;
возможность компоновки чертежей и вывода на печать;
работа с внешними базами данных;
наличие средств настройки с помощью редакторов Visual LISP и Visual Basic;
совместимость версий (в форматах DWG AutoCAD R14, R13 И форматах DFX AutoCAD R14, R13, R12).
По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/ЗD (двух- и трехмерной геометрии) графическим пакетом средней ценовой категории.
Создание приложений связано со спецификой конкретной предметной области и решается эта задача на различных инструментальных платформах. Рассмотрим эту проблему применительно к САПР в радиоэлектронике. Радиоэлектроника является очень широкой научно-технической областью, поэтому остановимся только на проблеме проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
Основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования РЭА:
решение всего комплекса задач проектирования РЭА: ввод структурной, функциональной и принципиальной схем; проведение расчетов; моделирование; конструирование аппаратуры; технологическая подготовка производства и изготовление;
наличие полной библиотеки элементов и узлов, источников (генераторов) сигналов и шумов, с большим набором параметров и возможностью их легкой модификации;
наличие справочной базы данных и ГОСТов;
проведение необходимых расчетов (надежности, мощности, рабочих режимов и других параметров);
возможность импорта и экспорта информации из других информационных систем;
поддержка разнообразной периферии.
Процесс проектирования РЭА принято разбивать на этапы (системный, схемный, конструкторский, технологический, производственный), а саму проектируемую РЭА на уровни (система, подсистема или аппаратура, прибор, блок, ячейка или узел). Исходя из такого разбиения, представляется естественным требование, чтобы САПР поддерживали все этапы и уровни проектирования в полном объеме. К сожалению, на практике данный подход полностью не реализован.
В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование ландшафта, интерьера и др. Основные требования к системам подобного класса - приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера.
Наиболее перспективным в области автоматизированного проектирования является использование открытых сред, основной особенностью которых является автоматизация процесса проектирования: выбор структуры объекта проектирования; необходимые Расчеты, включая геометрические и т.д. Примером реализации такого подхода является СПРУТ-технология, реализованная в виде графической оболочки со сменной проблемной ориентацией DiaCAD.
Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-технологии и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивно го черчения, так же как в известных средствах графического редактирования.
Возможности DiaCAD определяются перечнем решаемых задач:
оперативная разработка чертежей с соблюдением требований ГОСТов;
создание и использование иерархических графических баз данных;
интерактивная параметризация чертежа и его типовых фрагментов;
интеллектуальное редактирование (редактирование чертежа путем изменения значений размеров);
получение параметризированных программ без программирования.
Функционально DiaCAD можно разделить на две части: среда администратора графической базы данных и среда конструктора.
Среда администратора графической базы данных предназначена для работы с иерархическими графическими базами данных и позволяет решать следующие задачи:
создание базы данных с произвольной иерархической структурой;
оперативный просмотр чертежа;
копирование данных из одного чертежа в другой;
вывод чертежа на графопостроитель или печатающее устройство.
Среда конструктора позволяет создавать и редактировать чертежи и геометрические модели.
Принципиальной отличительной особенностью DiaCAD является возможность создания на ее основе с использованием единой интегрированной среды СПРУТ собственной САПР.
Можно разделять все виды программ согласно следующим критериям:
- по отраслевому назначению;
- по цели использования;
- по масштабам;
- по форме основной подсистемы.
Разновидности ПО в зависимости от отрасли
- MCAD – mechanical CAD – это сфера машиностроения любой сложности: от ракетных установок и автомобилей до примитивного тостера;
- EDA или electronic CAD – это группа радиоэлектронных разработок, необходимая для разработки как целого проекта, так и его элементов: микросхем, плат и других деталей.
- AEC СAD или CAAD – программное обеспечение для архитекторов и строителей. Используется для возведения зданий, строительства дорог и элементов инфраструктуры любой сложности.
Классификация по цели использования
Она повторяет три составляющих классического САПРа:
- CAD – отвечает за проектирование и создание чертежей;
- CAE – модуль для автоматических подсчетов и аналитических процессов;
- CAM – подготовка производства и управление всей системой.
Они могут быть как воплощены в раздельных платформах, так и объединены в одной – это комбинированные программы. Также возможны надстройки с соответствующими функциями на базовой комплектации.
Отличия платформы по масштабу комплектации
Есть три типа, они характеризуются расположением от простого к сложному:
- Нижний уровень отвечает за конструкторскую документацию. Используется в различных сферах деятельности, когда нужно подготовить отчетную смету.
- Средний уровень отличается повышенным контролем за отчетность и возможностью построения 3D-моделей.
- Высший уровень обеспечивает наиболее широкий спектр возможностей, сопровождая процесс создания изделия любой сложности от расчетных манипуляций до момента тестирования.
Виды программного обеспечения САПР по характеру базовой комплектации
- На основе технической графической методики, двумерного и объемного моделирования. Они настроены на использование с целью проектирования объектов и взаимного расположения элементов схемы. Применяются в большинстве случаев в машиностроении.
- На Системе Управления Базой Данных. Такие платформы ориентированы на математические расчеты, использование формул и алгоритмов, оперирование большим количеством информации. Чаще всего используются для создания бизнес-проектов и экономических выкладок.
- На базе узкопрофильных модулей, необходимых для специализированных действий в той или иной сфере деятельности.
- Интегрированные программные обеспечения, включающие в себя все предыдущие виды. Они сложнее в управлении, но обеспечивают широкий охват возможностей.
Примеры САПР-программ: системы автоматизированного проектирования в действии
Расскажем о наиболее популярных платформах, их плюсах и минусах.
Автокад
Еще недавно он занимал первую позицию на рынке систем конструирования. Софт был разработан еще в 1982 году американскими учеными, он сразу стал популярным, тем более, что на тот момент был уникальным средством компьютерного моделирования. AutoCAD предлагает возможности для инженеров всех сфер, в ее комплектации есть как широкий спектр инструментов, так и специальные модули для узкой профилизации, чтобы не загромождать интерфейс. Таким образом, можно купить наиболее удобную для работы версию. Другой вопрос – в какую сумму это обойдется.
Являясь самой популярной программой во всем мире, Автокад переведен на 18 языков, в частности, на русский. Нашим специалистам понятно все, кроме необходимой инструкции по применению. В своем арсенале продукт имеет десятки разновидностей и тысячи надстроек и модулей. Почему же сейчас все чаще ищут аналог этой системы САПР?
У платформы есть как верные защитники, так и противники. Для первых все приписываемые минусы – это лишь результат недостаточного освоения программы. Вторая группа видит следующие минусы:
- Неудобная работа с таблицами. Привычные текстовые редакторы дают больше возможностей использовать этот примитивный способ передачи информации.
- Трудность в освоении софта: большой функционал не всегда пригождается каждому пользователю, однако, загромождает интерфейс и приводит к путанице.
- Невозможность корректного импортирования чертежей, выполненных в Автокаде, в другие ПО. Это не дает пользователем возможность продолжить работу с другого компьютера, на котором установлена другая система.
- Производители уделяют много времени и сил на создание новых надстроек, однако, интерфейс побочных модулей зачастую не проработан.
- Основным недостатком является завышенная ценовая политика. Для многих инженеров стоимость Автокада остается запредельной. Тем более редко его устанавливают студенты и начинающие проектировщики. Крупным компаниям тоже становится выгоднее покупать лицензии у производителей с хорошей системой корпоративных скидок.
Таким образом, появляется необходимость в поиске лучшего САПРа, который должен отвечать ряду требований:
- оптимальный расширенный функционал, не уступающий возможностям популярного продукта;
- приятный и удобный внешний вид, понятный интерфейс, удачное расположение инструментария;
- нетрудная система обретения лицензии и последующего продления;
- возможность обновлений и добавления профильных надстроек с расширенным специализированным комплектом функций;
- легкое импортирование из одной программы в другую, совместимость форматов редактирования;
- невысокая цена и система корпоративных скидок.
Какие платформы пришли на замену?
NanoCAD
Распространенный продукт российской компании NanoSoft. Большим плюсом является его родина, в связи с ней, Нанокад ориентирован на правила ГОСТа. Интерфейс остается полной имитацией работы в брендовом модуляторе. Соотносится с другими системами автоматического проектирования и легко импортируется за счет поддержания различных форматов. Имеет возможность доступа в библиотеку заготовленных схем и поддерживает обмен данными с системой NormaCS.
Из минусов выделяют нестабильную работу и частые сбои, долгую загрузку софта. И трудности при редактировании геометрии – затруднена работа со сплайнами и штриховками.
ZWCAD – лучший аналог Автокада
Компания ZWSOFT разработала программное обеспечение, которое обещает быть самым популярным на рынке систем автоматизированного проектирования. Продукт имеет следующие достоинства:
- Привычный интерфейс и удобное меню с грамотным переводом на русский язык сделает работу в ЗВКАДе удобной.
- Базовая комплектация имеет стандартный набор инструментов, необходимый для продуктивной деятельности инженера. Для узких специальностей компанией представлен ряд дополнительных модулей с расширенным функционалом.
- Полная совместимость с другими ПО, в том числе, с Автокадом. Популярные форматы сохранения чертежей и, как правило, отсутствие проблем с результатами разработок в других софтах.
- Поддержка как двумерных, так и трехмерных моделей.
- Низкая цена и возможность покупки пакета лицензий для локального пользования.
- Возможность протестировать демо-версию САПРа.
- Консультация специалистов при покупке программы.
Подойдет для работ разного уровня сложности как специалистами, так и новичками, студентами.
Выбор хорошей системы автоматического проектирования зависит от личных пожеланий инженера. Эта программа, с которой он будет проводить каждый свой рабочий день. Поэтому необходимо внимательно разобраться с возможностями, которые предлагает платформа.
Компас
Отечественный продукт компании АСКОН изначально планировался как программа для 3D-моделирования. Со временем появились дополнения, позволяющие вести в нем и всю сопутствующую документацию. Он также выигрывает в том, что запрограммирован на соблюдение стандартов ГОСТ. Но софт имеет ряд минусов. Формат чертежей, выполненных в Компасе, не поддерживается прочими схожими платформами. А также имеет скудные возможности в оформлении текста.
^Системы автоматизированного проектирования
Близкими по своей структуре и функциям к системам автоматизации научных исследований оказываются системы автоматизированного проектирования (САПР).
САПР - комплекс программных и аппаратных средств, предназначенных для автоматизации процесса проектирования человеком технических изделий или продуктов интеллектуальной деятельности.
Проектирование новых изделий - основная задача изобретателей конструкторов, протекает в несколько этапов, таких как нормирование замысла, поиск физических принципов, обеспечивающих реализацию замыслов и требуемые значении конструкции, поиск конструктивных решений, их расчет и обоснование, создание опытного образца, разработка технологий промышленного изготовления. Если формирование замысла и поиск физических принципов пока остаются чисто творческими, не поддающимися автоматизации этапами, то при конструировании и расчетах с успехом могут быть применены САПР (рис. 4.2).
База данных, блок имитационного моделирования, расчетный блок и экспертная система выполняют функции, аналогичные функциям соответствующих блоков АСНИ. Вместо блока связи с измерительной аппаратурой в САПР имеется блок формирования заданий. Проектировщик вводит в блок техническое задание на проектирование, в котором указаны цели, которые необходимо достичь при проектировании, и все ограничения, которые нельзя нарушить. Блок подготовки технической документации облегчает создание технической документации для последующего изготовления изделия.
Рис 4.2 - Типовая схема САПР
Аппаратное обеспечение САПР составляет ЭВМ с набором устройств, необходимых для ввода и вывода графической информации (графопостроитель, световое перо, графический планшет и др.).
В настоящее время САПР является неотъемлемым атрибутом крупных конструкторских бюро и проектных организаций, работающих в различных предметных областях. Это важная сфера приложения идей и методов информатики. САПР широко применяется в архитектуре, электротехнике, электронике, машиностроении, авиакосмической технике и др.
- ^
Геоинформационные системы и технологии
Геоинформационные системы (ГИС) и ГИС- технологии объединяют компьютерную картографию и системы управления базами данных. Концепция технологии ГИС состоит в создании многослойной электронной карты, опорный слой которой описывает географию территории, а каждый из остальных слоев - один из аспектов состояния территории. Тем самым ГИС-технологии определяют специфическую область работы с информацией.
Технология ГИС применима везде, где необходимо учитывать, обрабатывать и демонстрировать территориально распределенную информацию. Пользователями ГИС-технологии могут быть как организации, чья деятельность целиком базируется на земле владельцы нефтегазовых предприятий, экологические службы, жилищно-коммунальное хозяйство, так и многочисленные коммерческие предприятия - банки, страховые, торговые и строительные фирмы, чья успешная работа во многом зависит от правильного и своевременного учета территориального фактора.
В основе любой ГИС лежит информация о каком-либо участке земной поверхности: континенте, стране, городе, улице.
БД организуется в виде набора слоев информации. Основной шрифт содержит географически привязанную карту местности (топооснова). На него накладываются другие слои, несущие информацию об объектах, находящихся на данной территории: коммуникации, в том числе линии электропередач, нефте- и газопроводы, водопроводы, промышленные объекты, земельные участки, почвы, коммунальное хозяйство, землепользование и др.
В процессе создания и наложения слоев друг на друга между ними устанавливаются необходимые связи, что позволяет выполнять пространственные операции с объектами посредством моделирования и интеллектуальной обработки данных.
Как правило, информация представляется графически в векторном виде, что позволяет уменьшить объем хранимой информации и упростить операции по визуализации. С графической информацией связана текстовая, табличная, расчетная информация, координатная привязка к карте местности, видеоизображения, аудиокомментарии, БД с описанием объектов и их характеристик.
Многие ГИС включают аналитические функции, которые позволяют моделировать процессы, основываясь на картографической информации.
Программное ядро ГИС можно условно разделить на две подсистемы: СУБД и управление графическим выводом изображения. В качестве СУБД используют SQL-серверы.
Рассмотрим типовую схему организации ГИС-технологии, в настоящее время сложился основной набор компонентов, составляющих ГИС. К ним относятся:
приобретение и предварительная подготовка данных;
ввод и размещение данных;
управление данными;
манипуляция данными и их анализ;
производство конечного продукта.
Приобретение и подготовка исходных данных; включает манипуляции с исходными данными карт - материалами на твердой или бумажной основе, данными дистанционного зондирования, результатами полевых испытаний, текстовыми (табличными) материалами, с архивными данными.
^ Ввод и размещение пространственной и непространственной составляющих данных включает конвертирование информации во внутренние форматы системы и обеспечение структурной и логической совместимости всего множества порождаемых данных.
^ Управление данными предполагает наличие средств оптимальной внутренней организации данных, обеспечивающих эффективный доступ к ним.
Функции манипуляции и анализа представлены средствами, предназначенными для содержательной обработки данных в целях обработки и реорганизации данных. С точки зрения пользователя, эти функции являются главными в ГИС-технологиях, потому что позволяют получать новую информацию, необходимую для управления, исследовательских целей, прогнозирования.
^ Производство конечного продукта включает вывод полученных результатов для конечных потребителей ГИС. Эти продукты могут представлять карты, статистические отчеты, различные графики, стандартные формы определенных документов.
Кроме этого, каждый картографический объект может иметь атрибутивную информацию, в которой содержится информация, которая не обязательно должна отображаться на карте (например, число жильцов какого-либо дома и их социальный статус).
Подавляющее большинство ГИС-систем различают геометрическую и атрибутивную компоненты баз данных ГИС. Их часто называют также пространственными (картографическими, геометрическими) и непространственными (табличными, реляционными) данными.
Картографичекая информация представляется точками, кривыми и площадными объектами.
Атрибутивная информация содержит текстовые, числовые, логические данные о картографических объектах. Большинство современных ГИС-инструментариев позволяют хранить информацию в составе БД, как правило, реляционных.
Атрибутивная информация хранится в виде отдельных табличных файлов, как правило, в форматах реляционных баз данных систем DBF, PARADOX, ORACLE, INGRESS. Такой способ характерен как для западных коммерческих продуктов, так и современных отечественных разработок.
- ^
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМАХ
Технологии распределенных вычислений (РВ)
Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы, чтобы реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных.
Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений .
В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать почти все классы их задач. Однако сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству, и это приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затратах. Нельзя не учитывать и тот факт, что доступ к ресурсам компьютеров был затруднен из-за существующей политики централизации вычислительных средств в одном месте.
Принцип централизованной обработки данных (рис. 5.1) не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя центральной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом.
I
Рис. 5.1 - Система централизованной обработки данных
Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных (рис. 5.2).
Рис. 5.2 - Система распределенной обработки данных
Распределенная обработка данных - обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.
В основе распределенных вычислений лежат две основные идеи:
много организационно и физически распределенных пользователей, одновременно работающих с общими данными - общей базой данных (пользователи с разными именами, которые могут располагаться на различных вычислительных установках, с различными полномочиями и задачами);
логически и физически распределенные данные, составляющие и образующие тем не менее, общую базу данных (отдельные таблицы, записи и даже поля могут располагаться на различных вычислительных установках или входить в различные локальные базы данных).
многомашинные вычислительные комплексы (МВК);
компьютерные (вычислительные) сети.
Многомашинные вычислительные комплексы могут быть:
локальными, при условии установки компьютеров в одном помещении, не требующих для взаимосвязи специального оборудования и каналов связи;
дистанционными, если некоторые компьютеры комплекса установлены на значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данных используются телефонные каналы связи.
Пример 2 . ЭВМ, осуществляющая сбор данных по некоторому региону, выполняет их предварительную обработку и передает для дальнейшего использования на центральную ЭВМ по телефонному каналу связи. Это дистанционный многомашинный комплекс.
Компьютерная (вычислительная) сеть - вычислительная система, включающая в себя несколько компьютеров, терминалов и других аппаратных средств, соединенных между собой линиями связи, обеспечивающими передачу данных
Терминал - устройство, предназначенное для взаимодействия пользователя с вычислительной системой или сетью ЭВМ. Состоит из устройства ввода (чаще всего это клавиатура) и одного или нескольких устройств вывода (дисплей, принтер и т.д.).
Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Так, например, в машиностроении производственный цикл предприятия, определяемый временем нахождения деталей, узлов и готовых изделий в цехах, составляет 1% всего времени от начала проектирования до выпуска готовой продукции, остальные 99% приходятся на опытно-конструкторскую, конструкторскую и технологическую подготовку производства. С другой стороны сложность решения задачи автоматизированного проектирования связана с многообразием и спецификой конкретных предметных областей.
Создание САПР-продуктов происходит в следующих направлениях :
· универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации;
· открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях);
· графический редактор и графическая среда приложений;
· открытая среда конструкторского проектирования;
· САПР для непрофессионалов (домашнего использования).
Наиболее полно возможности САПР-продукта на уровне универсального графического пакета можно проследить на примере AutoCAD 2000 - новой версии самого популярного в России чертежного пакета. Рассмотрим основные особенности новой разработки фирмы Autodesk :
· возможность работы с несколькими файлами чертежей в одном сеансе без потери производительности;
· контекстное всплывающее меню, включающее группу операций буферного обмена, повтора последней операции, отмены действий и возврата отмененного действия, вызова динамических интерактивных операций панорамирования и зуммирования и др.;
· наличие средств моделирования, позволяющих редактировать твердотельные объекты на уровне ребер и граней;
· возможность обращения к свойствам объектов;
· возможность выбора, группировки и фильтрации объектов по типам и свойствам;
· наличие технологии создания и редактирования блоков;
· возможность вставки в чертеж гиперссылок;
· включение DesignCenter - нового интерфейса технологии drag-and-drop для работы с блоками, внешними ссылками, файлами изображений и чертежей;
· управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на экране;
· возможность работы со слоями без вывода на печать;
· наглядная работа с размерами и размерными стилями;
· наличие средств управления видами и системами координат;
· наличие нескольких режимов визуализации от проволочного каркаса до закраски;
· наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании;
· возможность компоновки чертежей и вывода на печать;
· работа с внешними базами данных;
· наличие средств настройки с помощью редакторов Visual LISP и Visual Basic;
· совместимость версий (в форматах DWG AutoCAD R14, R13 и форматах DXF AutoCAD R14, R13, R12).
По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/3D (двух- и трехмерной геометрии) графическим пакетом средней ценовой категории.
Создание приложений связано со спецификой конкретной предметной области и решается эта задача на различных инструментальных платформах. Рассмотрим эту проблему применительно к САПР в радиоэлектронике. Радиоэлектроника является очень широкой научно-технической областью, поэтому остановимся только на проблеме проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
Основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования РЭА :
· решение всего комплекса задач проектирования РЭА: ввод структурной, функциональной и принципиальной схем; проведение расчетов; моделирование; конструирование аппаратуры; технологическая подготовка производства и изготовление;
· наличие полной библиотеки элементов и узлов, источников (генераторов) сигналов и шумов, с большим набором параметров и возможностью их легкой модификации;
· наличие справочной базы данных и ГОСТов;
· проведение необходимых расчетов (надежности, мощности, рабочих режимов и других параметров);
· возможность импорта и экспорта информации из других информационных систем;
· поддержка разнообразной периферии.
Процесс проектирования РЭА принято разбивать на этапы (системный, схемный, конструкторский, технологический, производственный), а саму проектируемую РЭА на уровни (система, подсистема или аппаратура, прибор, блок, ячейка или узел). Исходя из такого разбиения, представляется естественным требование, чтобы САПР поддерживали все этапы и уровни проектирования в полном объеме. К сожалению, на практике данный подход полностью не реализован. Ниже в табл. 6.5 представлены наиболее распространенные в России САПР и обозначены обеспечиваемые ими этапы проектирования .
Таблица 6.5
| № п/п | Система проектирова-ния | Этапы проектирования | |||||||
| Схемный | Конструкторский | ||||||||
| Устройство | Прибор | Блок | Ячейка | Устройство | Прибор | Блок | Ячейка | ||
| OrCAD | - | - | + | + | - | - | - | + | |
| OrCAD Capture | - | - | + | + | - | - | - | - | |
| P-CAD | - | - | + | + | - | - | - | + | |
| ACCEL EDA | - | - | + | + | - | - | - | + | |
| DesigneLab | - | - | + | + | - | - | - | + | |
| Симпатия | - | - | + | + | - | - | - | - | |
| MR-CAD | - | - | - | + | - | - | - | - | |
| TangoPRO | - | - | - | + | - | - | - | + | |
| CADdy | - | - | - | + | - | - | - | + | |
| SUSIE | - | - | - | + | - | - | - | - | |
| Pspice | - | - | - | + | - | - | - | - | |
| CircuitMaker | - | - | - | + | - | - | - | - | |
| Dynamo | - | - | + | + | - | - | - | - | |
| MicroCAP | - | - | - | + | - | - | - | - | |
| Electronics Workbench | - | - | - | + | __ | - | - | - | |
| HyperSignal Block Diagram | - | + | + | + | - | - | - | - | |
| System View | - | + | + | + | - | - | - | - | |
| AutoCAD | - | - | - | - | + | + | + | + | |
| T-FLEXCAD | - | - | - | - | + | + | + | + | |
| EUCLID | - | - | - | - | + | + | + | + |
· САПР уровня ячеек (Р - CAD, OrCAD, DesignLab, ACCEL EDA, CADdy), обеспечивающие ввод схемы, разводку и производство печатных плат;
· схемотехнические САПР (PSpice, MicroCAP, Electronics Workbench, SISIE, MR-CAD, Симпатия, CircuitMaker, Dynamo), обеспечивающие ввод схемы и ее моделирование;
· САПР объемных конструкций (AutoCAD, EUCLID, T-FLEX CAD и др.), обеспечивающие разработку и выпуск конструкторской документации.
В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование ландшафта, интерьера и др. Основные требования к системам подобного класса - приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера. В табл. 6.6 приведены характеристики таких САПР, представленных на рынке .
Таблицa 6.6
| № п/п | Система проектирования | Характеристики компьютера | Возможности |
| ExtraCAD 3 | Минимально допустимая конфигурация: процессор - 486/66, память - 8 Мб, ОС -DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор - Р90, память - 16 Мб, ОС - Windows 95, видеокарта 3D | Основные функции: дуги, сплайны, многоугольники, штриховка. Интерфейс - трудоемок. Документация - краткое описание | |
| TuiboCAD 4 | Минимально допустимая конфигурация: процессор - 486DX/2, память - 8 Мб, ОС -DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор - Р90, память - 16 Мб, ОС - Windows 95, видеокарта 3D | Основные функции: дуги, сплайны, многоугольники, штриховка, проволочные модели трехмерных объектов и их редеринг, импорт чертежей из двухмерных программ. Интерфейс - упорядочен, широкие возможности. Документация полная | |
| TotalCAD | Минимально допустимая конфигурация: процессор - 486/66, память - 8 Мб, ОС - DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор - Р90, память - 16 Мб, ОС - Windows 95, видеокарта 3D | Основные функции: является упрошенной версией TurboCAD, отсутствуют трехмерное моделирование, штриховка области, смешение сетки. Интерфейс - удобный, широкие возможности. Документация - электронная версия | |
| DesignCAD LT | Минимально допустимая конфигурация: процессор - 386, память - 8 Мб, ОС - DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор - Р90, память - 16 Мб, ОС - Windows 95, видеокарта 3D | Основные функции: двух- и трехмерное моделирование, сканирование чертежей, трассировка в векторный формат, экспорт в формате VRML. Интерфейс - широкие возможности, недостаточно удобен. Документация полная |
Наиболее перспективным в области автоматизированного проектирования является использование открытых сред, основной особенностью которых является автоматизация процесса проектирования: выбор структуры объекта проектирования; необходимые расчеты, включая геометрические и т.д. Примером реализации такого подхода является СПРУТ-технология, реализованная в виде графической оболочки со сменной проблемной ориентацией DiaCAD . На рис. 6.8 представлены возможности проблемной ориентации DiaCAD, а на рис. 6.9 возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования.
Рис. 6.8. Возможности проблемной ориентации DiaCAD
Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-технологии (рис. 6.10) и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивного черчения, так же как в известных средствах графического редактирования.
Рис. 6.9. Возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования
Рис. 6.10. СПРУТ-технология
Возможности DiaCAD определяются перечнем решаемых задач:
· оперативная разработка чертежей с соблюдением требований ГОСТов;
· создание и использование иерархических графических баз данных;
· интерактивная параметризация чертежа и его типовых фрагментов;
· интеллектуальное редактирование (редактирование чертежа путем изменения значений размеров);
· получение параметризированных программ без программирования.
Функционально DiaCAD можно разделить на две части: среда администратора графической базы данных и среда конструктора.
Среда администратора графической базы данных предназначена для работы с иерархическими графическими базами данных и позволяет решать следующие задачи:
· создание базы данных с произвольной иерархической структурой;
· оперативный просмотр чертежа;
· копирование данных из одного чертежа в другой;
· вывод чертежа на графопостроитель или печатающее устройство.
Среда конструктора позволяет создавать и редактировать чертежи и геометрические модели.
Принципиальной отличительной особенностью DiaCAD является возможность создания на ее основе с использованием единой интегрированной среды СПРУТ собственной САПР.
Контрольные вопросы
1. Какие информационные технологии используются в корпоративном управлении?
2. Какие экономико-математические модели используются в корпоративном управлении?
3. В чем идея виртуального бизнеса?
4. На каких принципах основана архитектура «клиент-сервер»?
5. На каких принципах основана архитектура Интранета?
6. Какие открытые стандарты используются в архитектуре Интранета?
7. Определите классы задач, решаемых с помощью корпоративных информационных систем.
8. Какие существуют типы корпоративных информационных систем?
9. Сформулируйте основные направления информатизации банковской деятельности.
10. Какие программные системы используются в информатизации финансовой деятельности?
11. Назовите принципы информатизации управления технологическими процессами.
12. Что представляет собой модульная архитектура контроллеров?
13. Определите основополагающие аспекты информатизации образования.
14. Определите факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов в образовательном процессе.
15. Сформулируйте отрицательные последствия использования информационных технологий в образовании.
16. Назовите дидактические требования при использовании компьютерных технологий в образовании.
17. Каковы отрицательные и положительные качества использования информационных технологий в образовании?
18. Каковы основные направления использования информационных технологий в образовании?
19. Перечислите типы компьютерных обучающих программ, используемых в учебном процессе.
20. Сформулируйте основные направлениях создания САПР-продуктов.
21. Каковы основные особенности AutoCAD 2000?
22. Укажите основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования радиоэлектронной аппаратуры.
23. Что понимают под открытой средой в САПР-технологиях?
24. В каких случаях используется система DiaCAD?