Принципы построения комплексных систем автоматизированного проектирования

При создании и развитии САПР, их подсистем и компонентов принимаются следующие общесистемные принципы: включения, системного единства, адаптации, развития, комплектности, информационного единства, совместимости, инвариантности, стандартизации.

Использование этих принципов позволяет:

• выполнение при разработке САПР конкретного технического объекта требований к созданию и функционированию со стороны со стороны автоматизированной системы более высокого уровня (САПР изделия является составной частью САПР предприятия, отрасли);

• проектирование связей необходимого уровня между подсистемами на стадиях создания, эксплуатации и развития;

• эффективность функционирования в условиях внешней среды;

• адаптируемость САПР к сложной системе проектирования;

• возможность последующего развития системы дополнением её новыми компонентами, а также совершенствованием имеющихся компонентов при минимальных затратах;

• единство принимаемых решений как в целом для объекта САПР, так и для его составных элементов;

• единство терминов, условных обозначений, систем классификации и кодирования для всех подсистем, средств обеспечения и компонентов САПР;

• единство информационной базы;

• единство технической базы;

• единство используемых проблемно-ориентированных языков программирования;

• максимальная универсальность создаваемых систем, средств обеспечения и компонентов, то есть их инвариантность по отношению к техническим объектам САПР и их отраслевой специализации.

Принцип включения обеспечивает разработку САПР на основе требований, позволяющих включить эту САПР в САПР более высокого уровня.

Принцип системного единства состоит в том, что при создании, функционировании и развитии САПР связи между подсистемами должны обеспечивать целостность системы.

Согласно принципу развития САПР должна создавать и функционировать с учётом пополнения, совершенствования и обновления подсистем и компонентов.

Принцип комплексности обеспечивает связность проектирования элементов и всего объекта на всех стадиях, позволяет осуществлять согласовании и контроль характеризующих элементов и объекта в целом.

Принцип информационного единства состоит в использовании в подсистемах, компонентах и средствах обеспечения САПР условных единых обозначений, терминов символов, проблемно-ориентированных языков, символов, способов представления информации, соответствующих принятым нормативным документам.

Согласно принципу совместимости языки, символы, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами, средствами обеспечения и компонентами должны обеспечивать совместное функционирование подсистем и сохранять открытую структуру системы в целом.

Принцип стандартизации заключается в проведении унификации, типизации и стандартизации подсистем и компонентов, инвариантных к проектируемым объектам и отраслевой специфике, а также в установлении правил с целью упорядочения деятельности в области создания и развития САПР.

При разработке проектирующих подсистем и средств программного и математического обеспечения важно использовать также принципы блочно-модульного построения, итерации и иерархии составных частей и объекта в целом.

В общем машиностроении САПР рассматривают как систему, объединяющую средства и методы всех стадий проектирования и производства, что соответствует упомянутым ранее базовым подсистемам САПР ― CAD, CAE, CAM, PDM, PLM.

Системы компьютерной поддержки конструированияна базе подсистемы машинной графики (CAD - Computer Aided Design) решают задачи, в которых основной процедурой проектирования является создание геометрической модели, поскольку любые предметы описываются в первую очередь геометрическими параметрами.

Системы компьютерной поддержки производства(CAM - Сomputer Aided Manufacturing) осуществляют проектирование технологических процессов, синтеза программ для оборудования с ЧПУ, моделирование механической обработки и т.п. в соответствии с созданной геометрической моделью.

Системы компьютерной поддержки инженерного анализа(CAE - Computer Aided Engineering) позволяют анализировать, моделировать или оптимизировать механические, температурные, магнитные и иные физические характеристики разрабатываемых моделей, проводить симуляцию различных условий и нагрузок на детали.

Как правило, эти пакеты работают, используя метод конечных элементов, когда общая модель изделия делится на множество геометрических примитивов, например тетраэдров. Основными модулями программ анализа являются препроцессор, решатель и постпроцессор.

Исходные данные для препроцессора - геометрическая модель объекта - чаще всего получают из подсистемы конструирования (CAD). Основная функция препроцессора - представление исследуемой среды (детали) в сеточном виде, т.е. в виде множества конечных элементов.

Решатель - программа, которая преобразует модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и рассчитывает эту систему одним из методов разреженных матриц.

Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В машиностроительных САПР это форма - графическая. Конструктор может анализировать поля напряжений, температур, потенциалов и т.п. в виде цветных изображений, где цвет отдельных участков характеризует значения анализируемых параметров.

Системы управления инженерными данными(PDM - Product Data Management) обеспечивают хранение и управление проектно-конструкторской документацией разрабатываемых изделий, ведение изменений в документации, сохранение истории этих изменений и т. п.