Лекция: Информационные технологии автоматизированного проектирования
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.