изменения внутренних параметров объекта (параметрическая оптимизация) или его структуры (структурная оптимизация).
4. Синтез. Генерация исходного варианта проектируемого объекта, включая его структуру (структурный синтез) и значение внутренних параметров (параметрический синтез).
Для решения основных типовых процедур наибольшее |
|
распространение получили системы автоматизированного проектирования |
|
С |
|
( АПР). труктура САПР состоит из подсистем. Подсистема САПР – это |
|
выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая |
|
выполнен е определенных проектных задач. Различают подсистемы |
|
проектирующ е |
обслуживающие. Проектирующие подсистемы |
выполняют непосредственно проектные процедуры. Примерами таких подсистем могут служ ть подсистемы геометрического трехмерного моделирован я механ ческих о ъектов и подготовки конструкторской
документац . |
О служивающие |
|
подсистемы |
обеспечивают |
|||||
обеспечен |
подсистем. |
Типичными |
|||||||
функцион рован е |
|
проектирующих |
|
||||||
обслуживающ ми |
подс стемами |
являются |
|
подсистемы управления |
|||||
проектнымиданными, подсистемы разработки и сопровождения |
|||||||||
программного |
|
|
я CASE (Computer Aided Software Engineering), |
||||||
|
|
САПР |
|
||||||
обучающ е подс стемы для освоения пользователями технологий, |
|||||||||
реализованных в САПР и др. [1]. |
|
|
|
|
|
|
|||
Каждая подсистема состоит из компонентов. Компонент – наименьший |
|||||||||
неделимый элемент |
|
, выполняющий определенную функцию в |
|||||||
подсистеме. (Например, |
программа, |
файл, |
|
математическая модель, |
|||||
|
|
|
|
Д |
|||||
алгоритм, инструкция и т.д.) Совокупность однотипных компонентов |
|||||||||
образует средство обеспечения |
. Основные виды обеспечения САПР |
||||||||
следующие: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Техническое обеспечение С ПР. (ТО С |
ПР) – совокупность связанных |
||||||||
и взаимодействующих |
технических |
средств (ЭВМ, |
периферийные |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
И |
||
устройства, сетевое оборудование, линии связи и др.) |
|
||||||||
Математическое обеспечение САПР. (МО САПР) – совокупность |
|||||||||
математических методов, моделей и алгоритмов, используемая для |
|||||||||
решения задач автоматизированного проектирования. |
|
||||||||
Программное обеспечение САПР. (ПО САПР) – совокупность программ, |
|||||||||
необходимая для функционирования САПР. |
|
|
|
||||||
Информационное |
обеспечение |
САПР. |
(ИО |
САПР) – |
совокупность |
||||
программно-технических средств, предназначенная для ввода, хранения, преобразования и вывода графической и текстовой информации.
Лингвистическое обеспечение САПР (ЛО САПР) – совокупность языков, используемая САПР для представления информации о проектируемых объектах, для обмена данными между техническими средствами, а также для осуществления диалога между проектировщиком и ЭВМ.
6
Методическое обеспечение САПР. (Мет САПР) – описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для решения Правовое обеспечение САПР. (ПрО САПР) – совокупность правовых
норм, регламентирующая правоотношения при |
функционировании |
|||
АПР |
и |
юридический статус результатов |
её использования |
|
(функционирования). |
|
|
||
С |
|
|
||
Основная цель создания САПР - это повышение эффективности труда |
||||
инженеров. Под этим понимается: |
|
|||
-сокращен е трудоёмкости проектирования и планирования; |
||||
-сокращен |
е сроков проектирования; |
|
||
-автоматоформлениязац документации; |
|
|||
-сокращен |
е себесто мости проектирования и изготовления, |
|||
- уменьшен е затрат на эксплуатацию; |
|
|||
-повышен е |
качества |
технико-экономического |
уровня результатов |
|
проектирован я; |
|
|
||
-сокращен |
е затрат на натурное моделирование и испытания. |
|||
Достижен е данных целей о еспечивается за счет: |
|
|||
-информац онной поддержки и автоматизации принятия решений; |
||||
-унификац |
|
проектных решений и процессов проектирования; |
||
-повторного использования проектных решений, данных и наработок; -стратегического проектирования; -замены натурных испытаний и макетирования математическим
моделированием; |
Д |
-повышения качества управления проектированием; |
|
В настоящеебАвремя используется несколько видов классификации |
|
САПР: |
|
1. По отраслевому назначению С ПР можно классифицировать |
|
следующим образом: |
И |
|
|
- машиностроительные САПР (MCAD mechanical computer-aided design) (разработка широчайшего спектра изделий: от создания аэрокосмических систем до проектирования кофеварок и кухонных комбайнов);
- EDA electronic design automation или ECAD electronic computer-aided design (САПР электронных устройств, проектирование печатных плат, радиоэлектронных средств);
- AEC CAD (architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (computer-aided architectural design) (САПР в области архитектуры и строительства, используется для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и пр).
7
2. По целевому назначению САПР можно классифицировать
следующим образом: |
|
|
|
|
- CAD |
(computer-aided design) (конструкторские САПР, для создания |
|||
конструкторской и технологической документации, проектирования и |
||||
создания чертежей ( например, программа AutoCAD и др.)). |
||||
-CAE |
(computer-aided |
engineering) |
(САПР |
функционального |
проектирования, для автоматизации инженерных расчетов, анализа и |
||||
С |
|
|
|
|
симуляции физических процессов, осуществляют динамическое |
||||
моделирование, проверку изделия). |
|
|
||
- CAM (computer-aided manufacturing) (технологические САПР, для |
||||
технолог ческой подготовки производства (АСТПП)). |
|
|||
-- системысистемыПМКс ;ун кальными архитектурами не только программного
3. Класс ф кац я САПР по масштабу:
- отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, (например, комплекс анализа прочности механических изделий в
соответств с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем);
(software), но техн ческого (hardware) обеспечений. |
|
|
||||
Мног е САПР совмещают в |
решение задач, |
|
относящихся к |
|||
разным |
аспектам |
проектирования |
CAD/CAM, |
CAD/CAE, |
||
|
себе |
|
|
|
||
CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными или |
||||||
интегрированными. |
О ласть применения |
|
очень велика. |
|||
Возможности САПР во многом определяются программным |
||||||
обеспечением, которое зачастую делят на уровни, опираясь на сложность |
||||||
системы и область ее возможностейСАПР.
Системы автоматизированного проектирования нижнего уровня в основном применяются при выпуске конструкторской документации,
обычно они не связаны друг с другом. А также САПР, которые |
|
обеспечивают выпуск комплектов конструкторской документации (КД). |
|
|
Д |
Применяются такие системы в создании проектов с различной степенью |
|
сложности в области строительства, архитектуры, геодезии, генплана, |
|
машиностроения и других. |
|
САПР среднего уровня обеспечивает моделирование в трехмерном |
|
пространстве, а также выпуск документации на проектируемые модели. |
|
|
И |
Область применения САПР этого уровня - машиностроение (трехмерное
проектирование), архитектура, геодезия и многое другое. Оно позволяет инженерам-конструкторам, которые работают в различных областях электроники, механики, архитектуры сильно повысить производительность контроля, документирования и проектирования изделий.
САПР верхнего уровня позволяет производить комплексное решение задач в моделировании объектов, выпуска конструкторской
8
документации, расчетов, помогает решить специфические прикладные задачи. Например, моделирование самолетов, испытание двигателей, ядерных реакторов.
С |
|
видов |
обеспечения |
современных |
систем |
||||||
реди |
всех |
|
|||||||||
автоматизированного |
проектирования |
особое |
место |
занимает |
|||||||
математ |
ческое |
обеспечение, которое отличается разнообразием |
|||||||||
используемых методов вычислительной математики, статистики, |
|||||||||||
математ ческого |
|
программирования, дискретной математики и |
|||||||||
искусственного |
нтеллекта, способных решать проектные процедуры |
||||||||||
синтеза |
анал за лю ой сложности. |
|
|
|
|
|
|||||
Математ ческ е модели, численные методы и соответствующие |
|||||||||||
алгоритмы, |
|
спользуемые |
в |
системах |
|
автоматизированного |
|||||
проектирован я, |
относятся к математическому обеспечению САПР. САЕ- |
||||||||||
системылимаш ностро тельных изделий призваны решать две следующие |
|||||||||||
основные задачи [1]: |
|
|
|
|
|
|
|
||||
• выполнен е |
нженерных расчетов |
с |
целью |
определения |
исходных |
||||||
параметров |
и |
данных для |
последующего |
математического моде- |
|||||||
лирования проектируемых о ъектов;
• математическое моделирование проектируемых объектов, инженерный |
|
анализ и оптимизация проектных решений при изменении параметров |
|
этих объектов. |
Д |
Процесс математическогобАмоделирования технических изделий и |
|
объектов в общем случае можно представить как последовательность |
|
следующих четырех основных этапов [1]:
1)получение на основе фундаментальных физических законов исходной И
математической модели объекта исследования в форме систем уравнений, математических выражений, зависимостей и т.п.; 2)выбор численных методов и алгоритмов решения уравнений математической модели; 3)выбор или разработка на выбранном алгоритмическом языке и
отладка программы, реализующей указанные методы и алгоритмы; 4)ввод исходных данных для выбранной или разработанной
программы-решателя исходных данных, получение и обработка результатов математического моделирования на ЭВМ.
В машиностроительных САЕ-системах используют математические модели объектов проектирования двух основных типов:
-модели объектов с сосредоточенными параметрами; -модели с распределенными параметрами.
9
Математическая модель, как правило, приближенно описывает исследуемый объект. Поэтому она должны соответствовать основным требованиям адекватности, точности и экономичности. Модель называют адекватной, если она отражает свойства объекта с заданной точностью. Под точностью понимают степень соответствия оценок одноименных свойств объекта и его модели. Экономичность модели определяется затратами машинного времени и памяти, требуемыми для реализации на ЭВМ.
Адекватность модели оценивают перечнем отражаемых свойств объекта и областью адекватности. Областью адекватности называется область в пространстве параметров объекта, в пределах которой погрешности
(точность) модели находятся в допустимых для пользователя пределах. |
||||||||||||||||||||||||||||||
Пусть, напр мер, P=(p1,p2,...,pn) - вектор рассматриваемых параметров |
||||||||||||||||||||||||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
предельно допустимые |
|||
модели объекта проект рования и ε1,ε2,…,εn |
||||||||||||||||||||||||||||||
значения |
относ тельной точности |
|
|
этих |
|
параметров. Тогда область |
||||||||||||||||||||||||
|
|
Ар представляет со ой множествоn множество всех тех |
||||||||||||||||||||||||||||
значений параметров p1,p2,...,pn |
|
|
для которых их относительная |
|||||||||||||||||||||||||||
адекватности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
погрешность не превышает предельно допустимой [1]. |
||||||||||||||||||||||||||||||
При |
модел рован |
|
|
о ъектов с сосредоточенными параметрами |
||||||||||||||||||||||||||
математическая модель представляет собой систему обыкновенных |
||||||||||||||||||||||||||||||
дифференциальных и (или) алге раических уравнений. Используют три |
||||||||||||||||||||||||||||||
следующие основные модели о ъектов с сосредоточенными параметрами |
||||||||||||||||||||||||||||||
[1]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Модель в форме задачи Коши (явная форма) определяет система |
||||||||||||||||||||||||||||||
обыкновенных дифференциальных уравнений (О |
У) вида |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
бА |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
f |
|
(x ,x |
|
|
,...,x |
|
|
,t), |
x (0) x0 |
, |
||||||||||||||||
|
|
x |
|
|
|
2 |
n |
|||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|||||||
|
|
|
|
f |
|
|
(x ,x |
|
|
,...,x |
|
|
,t), |
x |
|
(0) x |
0, |
|||||||||||||
|
|
x |
2 |
|
2 |
2 |
n |
2 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||||||||||
|
|
.... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
||||||||||||||||||
|
|
|
(t) f |
|
(x ,x |
|
,...,x |
|
,t), |
x |
|
(0) x0, |
||||||||||||||||||
|
|
x |
n |
n |
2 |
n |
n |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
||||||
где x1 ,x2 ,...,xn - фазовые переменные (они же переменные состояния), |
||||||||||||||||||||||||||||||
t [0,tK ] |
- |
время; x10 ,x20 ,...,xn0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
||||||||
|
- известные начальные условия; [0,tK ] - |
|||||||||||||||||||||||||||||
рассматриваемый интервал времени. В более лаконичной векторной форме система ОДУ записывается в виде:
X F(X,t), X(0) X 0 , t [0,tK ],
где X - (n 1)-вектор фазовых переменных с компонентами x1 ,x2 ,...,xn ; F(X, t) - вектор-функция той же размерности; Х0 - аналогичный вектор начальных условий.
10