1.2.1 Принципи побудови і функціонування сапр. Склад і структура сапр

Одним из важных компонентов современного производства является система автоматизированного проектирования (САПР). Компьютерная графика, будучи подсистемой САПР, розвязывает наиболее трудоемкую и важную задачу САПР: автоматизация разработки и выполнение конструкторской документации. Она обеспечивает создание, хранение и обработку моделей геометрических объектов, и их графическое изображение с помощью компьютера.

Система автоматизированного проектирования - это организационно-техническая система, осуществляющая автоматизированное проектирование объектов. Она состоит из комплекса средств проектирования, которые имеют связь с подразделениями (пользователями) проектной организации.Структура САПР представляет собой совокупность проектных подсистем и подсистем обслуживания. К проектировочных относят подсистемы, которые непосредственно выполняют проектные процедуры. Такими, например, является проектирование деталей и сборочных единиц; частей зданий и сооружений.Проектные процедуры завершаются выпуском текстовых и графических документов на различных носителях (бумажных листах, магнитных дисках, лентах и ​​т.п.). Подсистемы обслуживания предназначаются для поддерживания работоспособности способности проектировочных подсистем. Это, например, подсистемы графического исполнения объектов проектирования, документации, информационного поиска. Материально-техническую базу и инструментальную основу САПР составляет комплекс средств автоматизации проектирования, то есть взаимосвязанная совокупность всех видов обеспечения. Именно эти средства выполняют роль «собеседника» с пользователем (конструктором), и являются носителями качественно новой технологии проектирования.

Создание САПР базируется на разработке сложных математических моделей и алгоритмов, специализированных языков проектирования, достаточных баз данных. По современной классификации к главным компонентам обеспечения САПР относят:

- Математический - методы, математические модели, алгоритмы выполнения процесса проектирования;

- Лингвистический - языки проектирования, терминология;

- Технический - устройства вычислительной и организационной техники, средства бчислювальнои и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства и их сочетания;

- Информационный - базы и массивы данных на магнитных носителях с описанием стандартных проектных процедур и типовых проектных решений, комплектующих изделий, материалов, а также совокупность моделей, отражающих опыт проектирования;

- Методический - документы о составе, правил отбора и эксплуатации средств новой технологии проектирования;

- Организационный - положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, которые определяют состав проектной организации и ее подразделений, их функции, связи между ними.

Структура программного обеспечения САПР :

Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для автоматизированного проектирования. Физически в состав програмного обеспечения входят:

– документы с текстами программ;

– программы, записанные на машинных носителях информации;

– эксплуатационные документы.

Программное обеспечение конкретной САПР включает в себя программы и документацию для всех типов ЭВМ, используемых в данной САПР.

Составляющие программного обеспечения САПР, а также требования к его разработке и документированию установленны государственными стандартами.

ПО САПР подразделяется на общесистемное и специализированное.

Общесистемное ПО содержит набор программных средств, предназначенных для повышения эффективности использования вычислительных комплексов САПР и производительности труда персонала, обслуживающего эти комплексы. В функции общесистемного ПО относятся:

1. управления процессом вычислений;

2. ввод, вывод и частично обработка информации;

3. диалоговый взаимосвязь с пользователем в процессе проектирования;

4. решение загальматематичних задач;

5.хранение, поиск, сортировку, модификация данных, необходимых при проектировании, защита их целостности и защиту от несанкционированного доступа;

6. контроль и диагностика работы вычислительного комплекса.

Три первые и последняя из указанных функций реализуются в современных вычислительных комплексах на базе операционных систем (ОС), т.е. комплекса программ, управляющих ходом выполнения рабочих программ и использованием всех ресурсов вычислительного комплекса (ВК).

Для решения загальматематичних задач в состав общесистемного ПО включают соответствующие библиотеки стандартных программ. Для хранения и использования различных данных создаются специальные системы управления базами данных (СУБД).

Специализированное ПО включает в себя приложения и пакеты прикладных программ (ППП), основной функцией которых является получение проектных решений.

Конкретный состав общесистемного ПО зависит от состава технических средств вычислительного комплекса САПР и устанавливаемых режимов обработки информации на этом комплексе.

Операционные системы включают в себя программы двух групп:

• обрабатывающие программы, составляющие подсистему подготовки программ пользователя (внешнее программное обеспечение);

• управляющие программы, образующие группу выполнение программ пользователя (внутреннее программное обеспечение).

Рисунок 1.2.1.1 – Структура общесистемного программного обеспечения САПР

К отделочным программ относятся трансляторы с алгоритмических языков, библиотеки стандартных программ и системные обслуживающие программы.

Группа управляющих программ включает в себя программы управления задачами, задачами и данными.

Программа управления задачами (супервизор, диспетчер, монитор, резидентная программа) находится в оперативной памяти и выполняет все необходимые диспетчерские функции - переключение с выполнения одной программы на другую, распределения ресурсов времени и оперативной памяти между программами.Супервизор реализует мультипрограммный режим работы ЭВМ или режим разделения времени.

Программы управления задачами выполняют интерпретацию директив языка управления заданиями: ввод, трансляция, загрузка в память ЭВМ, решения, вывод информации.

Программы управления данными обеспечивают поиск, хранение, загрузка в оперативную память и обработку файлов.

Прикладное программное обеспечение представляют пакеты прикладных программ (ППП) для выполнения различных проектных процедур.Они разрабатываются на основе единого внутреннего представления графической и текстовой информации, единой входного языка, строятся по модульному принципу и ориентированные на использование непрограммистов-проектировщиком.

Различают несколько типов ППП зависимости от состава пакета. Пакеты прикладных программ простой структуры характеризуются наличием только обрабатывающей части - набора функциональных программ (модулей), каждая из которых предназначена для выполнения только одной проектной процедуры.Объединение нужных модулей осуществляется средствами операционной системы ЭВМ.

Пакеты прикладных программ сложной структуры и программных систем появились в результате развития прикладного программного обеспечения.В первые из них есть собственная управляющая часть - монитор, во вторых, кроме того, - речевой процессор с проблемно-ориентированным входном языке. Программные системы вместе с соответствующим лингвистическим и информационным обеспечением называют программно-методическими комплексами САПР.

Управляющая часть программы имеет иерархическую организацию, и в общем случае в ней можно выделить различные уровни: уровень операционных систем вычислительной сети, операционных систем отдельных ЭВМ, мониторных систем САПР и мониторов отдельных ППП.

Основные функции управляющей части: связь с пользователем в режиме диалога, планирования вычислительного процесса, распределение вычислительных ресурсов, динамическое распределение памяти и других.

Специализированное ПО САПР создается на основе организации и возможностей общесистемного программного обеспечения.В целом состав и структура ПО определяются составом и структурой САПР и ее подсистем.

С развитием и совершенствованием вычислительной техники (ВТ) все большее значение приобретает такой компонент общесистемного программного обеспечения, как операционная система.Возможности, предоставляемые современными вычислительными комплексами, в большей степени определяются их операционных систем (ОС), чем техническими устройствами.

Операционные системы организуют одновременное решение различных задач на ВТ, динамическое распределение каналов передачи данных и внешних устройств между задачами, планирования потоков заданий и последовательности их решения с учетом установленных приоритетов,динамическое распределение памяти вычислительного комплекса,обеспечивают работу в различных режимах (с фиксированным и переменным числом задач в интерактивном режиме).

Операционные системы постоянно совершенствуются, развиваются, создаются новые ОС для новых поколений или семейств ВТ.

Системное программное обеспечение включает программы, осуществляющие управление, контроль и планирование вычислительного процесса, распределение ресурсов, ввод / вывод данных и другие операции в подсистемах САПР. Его подразделяют на две части.Первая часть - общесистемное ПО, представленное операционных систем. Они используются в САПР. Другая часть - базовое программное обеспечение, включающее программы обслуживания подсистем САПР (мониторные системы, СУБД, графические и текстовые редакторы).

К программному обеспечению предъявляются следующие требования:

• экономичность (эффективность по быстродействию и затратам памяти);

• удобство использования, применения простых проблемно-ориентированных языков;

• наличие средств диагностики ошибок пользователя;

• надежность и правильность получения результатов проектирования;

• универсальность в отношении тех или иных ограничений решаемых задач;

• открытость (адаптируемость) по внесению изменений в процессе эксплуатации программ;

• сопровождаемость, характеризующая работоспособность программ при внесении изменений в них;

• мобильность при перестройке программ с ЭВМ одного типа на ЭВМ другого типа.

Программы целесообразно разрабатывать на основе принципов модульности и иерархичности. Операционная система является основным компонентом системного программного обеспечения САПР.

Принципы модульности и иерархичности позволяют организовать коллективную параллельную разработку различных частей программы, создавать открытые программные системы, облегчающие их комплексная наладка и информационное согласование.

Выделяют системный уровень разработки прикладного программного обеспечения, уровень приложений и уровень подпрограмм (модулей).

Связи между отдельными программными модулями могут быть реализованы по управлению, информации, размещению и влияния.

Связи модулей по управлению могут быть двух типов: последовательные связи между модулями без возврата в предыдущий модуль и иерархические связи с подчиненностью модулей различных уровней.

Связи модулей по информации проявляются в передаче числовых массивов в несколько модулей пакета. Этот аспект взаимодействия модулей затрагивает проблемы построения информационного обеспечения САПР.

Связи модулей по размещению указывают группы модулей, одновременно размещаемых в оперативной памяти на разных этапах проектирования.

Связи модулей по воздействию отражают такие воздействия одних программ на другие, которые приводят к изменению самих программ, например, влияние языковых процессов на рабочие программы.Внутри рабочих программ связи модулей по воздействию пытаются исключить.

К настоящему времени разработано большое количество пакетов прикладных программ САПР электрических и электронных средств. В качестве примеров можно привести Дисп, САМРИС-2, Спарсит, АРОПС, КРОС. Из зарубежных систем можно отметить пакеты Micro CAP, PSPICE, P-CAD, SPADE.

Значительное число этих пакетов ориентировано на автоматизацию проектирования печатных плат, цифровых и аналоговых интегральных схем, операционных усилителей, низкочастотных радиотехнических устройств.

Однако в настоящее время существует недостаточно пакетов программ проектирования радиочастотных, в том числе мощных устройств, радиоэлектронных средств СВЧ, пакетов, посвященных комплексной построении и интеграции радиочастотных средств, включающих в себя как усилители, так и пассивные радиочастотные устройства,до антенн и СВЧ-устройств.

Развитие программного обеспечения САПР требует все более значительных затрат высококвалифицированного труда. Стоимость многих промышленных САПР составляет миллионы долларов. Поэтому актуальной становится разработка САПР второго порядка, или САПР Сапров.