САПР

САПР является инструментом высококвалифицированного инженера-

проектировщика, поэтому тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе

проектирования — один из важнейших принципов построения и эксплуатации

САПР.

Основным блоком в схеме процесса автоматизированного проектирования

(рис. 1) является блок проектных решений. В зависимости от полноты

формализации наших знаний в конкретной предметной области проектное решение

может быть выполнено автоматически или в интерактивном режиме. На основе

входных данных и ограничений (независимые параметры проектирования) блок

изменяет варьируемые параметры (факторы решения) до получения приемле-

Ограничения

Получение проектных решений

Входные Варьируемые Проектные

Проектные

данные параметры процедуры

решения

Оценка результатов проектирования

Выходная документация

Рис. 1. Схема процесса автоматизированного проектирования

мых проектных решений (зависимых переменных).

Результаты проектирования должны быть представлены в виде, удобном для

восприятия человеком, и содержать информацию, на основе которой инженер мог

бы вынести суждение о результатах проектирования.

Если проектное решение утверждается, то оформляется требуемая выходная

документация; если необходима корректировка проекта, инженер, уточняя

варьируемые параметры, в интерактивном режиме добивается нужных

результатов; когда же проектно-конструкторский процесс не приводит к

намеченной цели, необходимо уточнить входные данные и ограничения.

Рассмотрение даже такой упрощенной схемы процесса проектирования

позволяет уточнить разделение функции между инженером и ЭВМ в САПР.

Получение вариантов проектных решений и их представление в виде, удобном

для восприятия человеком, может быть возложено на ЭВМ в той мере, в какой

это позволит сделать математическое обеспечение проектных процедур. Но даже

при автоматическом получении вариантов проектных решений за инженером

остаются важнейшие функции — ввод исходных данных для проектирования,

окончательная оценка и утверждение проектных решении. В интерактивном же

режиме проектирования инженер непосредственно участвует в ходе решения

задач, воздействуя на выбор факторов решения и уточняя независимые

переменные. Получение выходной документации в соответствии с существующими

требованиями является операцией рутинной и должно выполняться

автоматически.

На основании изложенного модель программного обеспечения

автоматизированной проектной процедуры можно представить схемой, показанной

на рис. 2.

Формирование

Задание

входных данных

варьируемых

параметров

Корректировка Список

Список

входных данных входных

варьируемых Распечатка

данных

параметров варьируемых

Распечатка

параметров

входных данных Расчетный

модуль

Подготовка

Формирование Список

Проектные данных для

ограничений ограничений

решения оценки решений

Корректировка

Визуализация

ограничений

проектных

решений

Распечатка

ограничений

Документирование

проектных

решений

Рис. 2. Модель программного обеспечения проектной процедуры в САПР

Обобщенная модель программного обеспечения проектной процедуры в САПР

имеет ряд составляющих и списки данных. В общем, виде каждая составляющая

должна реализоваться своим программным модулем.

Назначение модуля формирования входных данных состоит в создании списка

этих данных для проектирования и его контроля при вводе в систему.

Структура и формат списка входных данных зависят от содержания проектной

процедуры (расчетного модуля). Необходимо предусмотреть существование

нескольких версий списка входных данных, которые с заданными именами

хранятся на участках магнитного диска. Структура списка данных определяется

разработчиком САПР, а формируется он либо в диалоговом режиме

пользователем, либо генерируется автоматически предыдущими проектными

процедурами.

Программный модуль корректировки входных данных предусматривает

редактирование (удаление, вставку и т. п.) списка, потребность в котором

возникает из-за ошибок пользователя при вводе данных, обнаруживаемых при

контроле, а также при необходимости их уточнения в результате анализа и

оценки проектных решений.

Для обеспечения тщательного контроля в САПР должны быть предусмотрены

программные средства для визуализации списков данных. В общем случае

необходимо иметь возможность получения нескольких видов распечатки списка

данных: двоичный, десятичный, символьный, табличный и по записям. Для

реализации различных требований пользователя распечатка может выводиться на

экран дисплея или на АЦПУ. Все эти операции выполняет модуль распечатки

входных данных.

Программные модули формирования, корректировки и распечатки ограничении

на процесс проектирования функционируют аналогично описанным. Структура и

формат ограничений зависят от проектного модуля, но они существенно меньше

подвержены изменениям, чем структура и формат исходных данных. Однако

необходимо предусматривать существование нескольких версий этих списков

(например, общих требований к техническим средствам со стороны различных

заказчиков).

Создание и контроль списка варьируемых параметров осуществляются

программными модулями их задания и распечатки.

Расчетный модуль программного обеспечения процесса проектирования

предназначен для автоматического выполнения ЭВМ всех тех операций проектной

процедуры, которые удалось полностью формализовать.

Получаемые варианты проектных решений обрабатываются программным модулем

подготовки данных для оценки решений и передаются модулю визуализации.

Анализируя результаты проектно-конструкторского процесса, инженер

должен иметь возможность просмотра выходных данных на АЦПУ, дисплее и

графопостроителе, например, в виде таблиц, схем и чертежей.

Допустимо существование нескольких версий проектных решений, которые

хранятся на магнитном диске и могут быть представлены в требуемом виде с

помощью программного модуля документирования проектных решений.

Связь между различными программными модулями проектной процедуры и

взаимодействие данной проектной процедуры с другими происходит через общую

память.

Это позволяет осуществлять интерактивный автоматизированный процесс

проектирования с сохранением множества различных версий, как входных

данных, так и проектных решений. Для выполнения требования принципа

рациональной связи САПР с окружающей средой при проектировании программного

обеспечения следует стремиться к тому, чтобы список входных данных был

результатом предыдущих проектных процедур или модулей. Это достигается при

разработке информационного обеспечения САПР.

6. СПЕЦИФИКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР

В комплекс средств автоматизированного проектирования входит

информационное обеспечение, которое представляет собой совокупность

документов, описывающих стандартные проектные процедуры, типовые проектные

решения, типовые элементы и комплектующие изделия, материалы и другие

данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью

указанных документов. Главной целью создания информационного обеспечения

САПР является разработка информационной системы, позволяющей правильно и

быстро решать проектные задачи. Это может быть достигнуто своевременной

выдачей источнику запроса полной и достоверной информации для выполнения

определенной части проектно-конструкторского процесса.

Основные требования к информационному обеспечению САПР следующие:

1. Наличие необходимой информации для обеспечения как автоматизированных,

так и ручных процессов проектирования.

2. Возможность хранения и поиска информации, представляющей результат

ручных и автоматизированных процессов проектирования.

3. Достаточный объем хранилищ информации. Структура системы должна

допускать возможность наращивания емкости памяти вместе с ростом объема

информации, подлежащей хранению. Одновременно необходимо обеспечить

компактность хранимой информации и минимальное изнашивание носителей

информации.

4. Достаточное быстродействие системы информационного обеспечения.

5. Возможность быстрого внесения изменений и корректировки информации,

доведения этих изменений до потребителя, а также получение твердой копии

документа.

При создании информационного обеспечения САПР основная проблема

заключается в преобразовании информации, необходимой для выполнения

проектно-конструкторских работ над определенным классом объектов, в форму,

приемлемую и наиболее рациональную для машинной обработки, и выводе

информации на ЭВМ в виде, удобном для восприятия человеком.

Множество данных, которые потенциально могут использоваться при

функционировании САПР или служить запоминаемым результатом ее работы,

образуют информационную базу данных (БД) системы. Типовыми группами данных

информационного обеспечения автоматизированного проектирования являются

классификаторы и таблицы соответствия для них, научно-техническая и

расчетно-проектная (оперативная) информация.

Информационная база

Информационная система

Интерфейс

Проектные модули

(программы)

Пользователи САПР

(конструкторы)

Рис. 3 Схема информационного обеспечения САПР

Информационное обеспечение САПР можно представить в виде схемы (рис. 3),

из которой видно, какое место занимает база данных, и каково взаимодействие

информационной системы с проектными модулями. Это взаимодействие

осуществляется через специально организуемый интерфейс, который защищает

проектные программные модули от влияния специфики программной реализации

информационной системы, поддерживая тем самым независимость проектных

операций от вида представления информации в базе данных, В функции этого

интерфейса входит также согласование и сопряжение информационной системы и

проектных модулей по форматам записей (информационный аспект), по колам и

обозначениям данных (содержательный аспект), и по программным средствам,

языкам программирования и т. п. (программный аспект).

Сложность разработки базы данных обусловлена тем, что формирование ее

структуры возможно только после разработки алгоритмов проектирования.

Степень разработки алгоритмов должна быть доведена до машинной реализации,

так как структура базы данных должна учитывать специфику процесса

автоматизированного проектирования. Но для разработки пакета прикладных

программ (ППП) необходимы сведения о структуре базы данных. Следовательно,

информационное обеспечение и специальное программное обеспечение САПР

должны создаваться параллельно.

Информация, используемая при проектировании, может быть разделена на

статическую и динамическую (рис. 4).

Администратор

базы данных

База данных

Статическая информация Динамическая

информация

Справочные Данные Промежуточные

Результаты

данные Т3

данные проектирования

ППП1 ППП2 ……… ПППi …………

ПППn

ПРОЕКТИРОВЩИК

Рис. 4. Схема информационных потоков в САПР

Статическая информация характеризуется сравнительно редкими изменениями.

К этой информации следует отнести данные ТЗ на проектирование и справочные

данные, имеющие большой объем. Формирование, загрузка и корректировка

справочных данных осуществляется исключительно администратором базы данных,

т. е. системным программистом, формирующим базу данных. Администратор базы

данных поддерживает непосредственный контакт со службой нормализации и

стандартизации проектной организации. Объем данных ТЗ на проектируемый

объект значительно меньше объема справочных данных, но круг лиц, имеющих

право вносить изменения в ТЗ, должен быть еще более ограничен, чем круг

лиц, имеющих право корректировать справочные данные.

Динамическая информация состоит из данных, накапливаемых для выполнения

определенных операции проектирования (промежуточные данные), и данных,

представляющих собой результат проектирования при выполнении данных

операций (на рис. 72 проектные операции показаны в виде прямоугольников,

обозначенных ППП1, ППП2, ... , ПППi, ... , ПППn,). Промежуточные данные

постоянно меняются при функционировании САПР. Вносить изменения в варианты

проектных решений имеет право только конструктор-исполнитель и его

руководитель.

Информация, используемая при проектировании, по виду ее представления

может быть подразделена на документальную, иконографическую и

фактографическую. Документальная информация — это метаинформация. Она

представляет собой поисковый образ документа, находящегося в базе данных.

При необходимости может быть выдана совокупность документов,

удовлетворяющих поисковому образу. В САПР информация такого вида широко

используется для нахождения сведений об аналогах объекта проектирования, о

патентах и авторских свидетельствах, методике проектирования и расчетов,

результатах испытания и т. п.

Информация, которая содержится в изображениях документов (чертежи,

фотографии и т. д.), в идентичной форме представления называется

иконографической. Для ее хранения используют специальные носители

(микрофиши, рулонные микрофильмы, магнитные ленты видеозаписей и т. д.). В

современных САПР этот вид информации служит для хранения больших объемов

графической информации, поиск которой может осуществляться с помощью

сопровождающей ее документальной информации.

Основу базы данных САПР составляет фактографическая информация. Она

представляет собой числовые и буквенные справочные данные о материалах,

ценах, комплектующих изделиях, о спроектированных в САПР объектах и т. п.

Сюда же относятся данные, необходимые для выполнения расчетов:

коэффициенты, таблицы, аппроксимированные графические зависимости и т. д.

В настоящее время различают два вида автоматизированных информационных

систем САПР — банки данных и информационно-поисковые системы (ИПС). Эти

системы различаются видом хранимой и обрабатываемой информации и

информационным языком, с помощью которого осуществляется описание данных и

манипуляции с ними. Эти различия накладывают определенные ограничения на

организацию информации в системе (структуры данных, форматы, связи, доступ

и т. д.) и на программную реализацию.

Функционирование информационной системы обеспечивается программно-

техническими средствами (машинная организация) и средствами внемашинной

организации.

Программно-технические средства информационных систем — это, как

правило, специальные ППП, которые обеспечивают накопление (ввод, изменения,

модификацию), хранение и поиск информации.

К средствам внемашинной организации данных в информационных системах

относятся:

система классификации и кодирования информации;

система ведения информационных массивов (входные формы и таблицы,

оперативные документы на изменение информации и т. д.);

методические инструментальные материалы для "системного персонала (службы

администрации).

Проектирование, организацию функционирования и развитие информационной

системы обеспечивает системный персонал.

В информационно-поисковых системах САПР хранится и обрабатывается, как

правило, документальная информация. Информационный язык в ИПС — это

ограниченный (нормированный) естественный язык, с помощью которого

описывают содержание документальных источников информации (статей, книг,

стандартов и т. д.) в виде набора понятий, отражающих основное содержание

документов.

В информационно-поисковых системах ППП не имеет специального названия, и

говорят о ППП для ИПС.

Единицей хранения информации в ИПС является описание конкретного

документа. Прообразами накапливаемых в системе описаний документов служат

некоторые внешние первичные документы, содержащие информацию, используемую

в процессе автоматизированного проектирования. Такими первичными

документами могут быть отчеты по научным и конструкторским работам,

патенты, справочники, статьи, каталоги и т. д.

С точки зрения пользователя, каждое описание документа представляет

собой краткую библиографию источника информации (автор, заглавие, название

источника, год выпуска, издательство, аннотация или реферат).

Для обеспечения взаимодействия пользователей и ИПС служит нормативный

(фиксированный) словарь понятий, с помощью которого можно описывать

содержание, как документов, так и запросов. Такой словарь называется

тезаурусом. Тезаурус является моделью системы понятий предметной области.

Поэтому документ, записанный в память ЭВМ, кроме библиографии, имеет

поисковые признаки или поисковый образ, который составляется по

определенным правилам с помощью понятий тезауруса. Запросы к системе

формулируются также с помощью тезауруса по определенным правилам.

Совокупность правил перевода с естественного языка на язык системы, и

тезаурус образуют информационно-поисковый язык системы.

Совокупность документов в памяти ЭВМ образует последовательный массив

(файл). Поиск информации в системе осуществляется путем сравнения понятий

поискового образа документа и понятий запроса. При их полном или частичном

совпадении (в зависимости от критерия выдачи) документ считается

релевантным, т. е. соответствующим запросу.

Но при такой последовательной организации информации поиск и сравнение

со всеми поисковыми образами заняли бы много времени. Для более эффективной

организации информации в систему вводят инверсный (поисковый) массив, в

котором каждому понятию тезауруса поставлен в соответствие набор номеров

документов, в которых это понятие встречается.

К функциям ППП для ИПС относятся:

. ведение и использование информационно-поискового языка;

. ввод, накопление и изменение информации;

. поддержка инверсного массива;

. поиск и выдача информации по запросам.

ИПС описанного выше типа называются документальными ИПС.

Существует ИПС фактографического типа. Они отличаются тем, что в них

хранение и поиск осуществляется не по набору понятий, а по набору признаков

каких-либо объектов, т. е. кроме тезауруса в системе предусмотрен еще и

специальный классификатор признаков объектов. ИПС фактографического типа

более близки по своей организации к банкам данных.

Наиболее высокой формой организации информационного обеспечения больших

САПР являются банки данных. Они представляют собой проблемно-

ориентированные информационно-справочные системы, которые обеспечивают ввод

необходимой информации, автономное от конкретных задач ведение и сохранение

информационных массивов, и выдачу необходимой информации по запросу

пользователя или программы.

В банках данных используется информация фактографического вида.

Информационный язык — совокупность двух языков: языка описания структуры

данных и языка манипулирования данными. Пакетом прикладных программ этих

информационных систем является система управления базами данных (СУБД),

которая обеспечивает работу с информационной базой, организованной в виде

структуры данных. По этой заранее сформированной структуре (модели) данных

производится их описание, хранение и поиск.

В СУБД описание структуры информации принято называть схемой. В

зависимости от уровня представления информации различают следующие типы

схем:

. концептуальный (общее представление об информационной базе предметной

области);

. внешний (представление нн4юрмации со стороны пользователей или задач;

при большом числе задач их представления могут пересекаться); внешних

схем бывает несколько;

. внутренний (представление информации в базе данных, т. е. на

физических носителях — магнитных дисках).

Среди всех перечисленных уровней представления информации концептуальный

уровень занимает особое место. Он связывает внешний уровень с внутренним и

обеспечивает их относительную независимость, т. е. возможность изменения

внешней схемы при неизменной внутренней и наоборот. Роль концептуального

уровня состоит, прежде всего, в том, что на нем отображается та часть общей

информационной базы, которая должна быть представлена в виде базы данных.

Концептуальный уровень обеспечивает независимость СУБД от конкретного вида

ЭВМ. Формализованное описание информационной базы на концептуальном уровне,

как правило, осуществляется в терминах конкретной СУБД.

Но на начальном этапе проектирования информационной базы еще неизвестно,

какая СУБД удовлетворяет требованиям создаваемого банка данных. Поэтому

вводится дополнительный уровень, на котором можно было бы задать описание

предметной области, не касаясь вопросов реализации, т. е. использования

конкретной СУБД. Его называют информационно-логическим (инфологическим).

Общая схема отображения уровней информации представлена на рис. 5.

В рамках конкретной СУБД

Информационное Информационная Концептуальная Внутренняя

пространство модель модель

модель

Внешняя Внешняя

модель 1 модель 2 .

. . . . .

Рис. 5 Схема отображения уровней информации при

проектировании банков данных

Информационно-логическая модель определяет информационные потребности

проектируемой системы и характеристики информационной базы.

СУБД выполняет следующие основные функции:

. определение баз данных (т. е. описание концептуального, внешнего и

внутреннего уровней схем);

. запись данных в базу;

. организацию хранения данных (изменение, дополнение, реорганизация

данных);

. представление доступа к данным (поиск и выдача данных).

Дополнительные функции (диалог, многопользовательский режим и т. д.)

могут быть реализованы в виде пакетов программ окружения СУБД.

Для определения данных и доступа к ним в СУБД имеются языковые средства

(специальные языки). Так, определение данных (описание концептуальной,

внутренней и внешней структур) обеспечивается с помощью языка определения

данных. Функции доступа к данным реализуются с помощью языка

манипулирования данными и языка запросов.

По типу поддерживаемых структур различают следующие виды СУБД:

иерархический, сетевой и реляционный.

-----------------------

[pic]

Страницы: 1, 2