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 [25]:

• • 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 [41]:

• • 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 DesignCenter — 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 DXF AutoCAD R14, R13, R12).

По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/3D (двухи 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 [13]:

• • 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. Ниже в табл. 6.5 представлены наиболее распространенные в России САПР и обозначены обеспечиваемые ими этапы проектирования [13].

Таблица 6.5.

Приведенные в табл. 6.5 САПР условно подразделяются на три группы:

• • САПР уровня ячеек (Р — CAD, OrCAD, DesignLab, ACCEL EDA, CADdy), обеспечивающие ввод схемы, разводку и производство печатных плат;
• • схемотехнические САПР (PSpice, MicroCAP, Electronics Workbench, SISIE, MR-CAD, Симпатия, CircuitMaker, Dynamo), обеспечивающие ввод схемы и ее моделирование;
• • САПР объемных конструкций (AutoCAD, EUCLID, T-FLEX CAD и др.), обеспечивающие разработку и выпуск конструкторской документации.

В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование ландшафта, интерьера и пр. Основные требования к системам подобного класса — приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера. В табл. 6.6 приведены характеристики таких САПР, представленных на рынке 16].

Таблица 6.6.

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.

Рис. 6.8. Возможности проблемной ориентации DiaCAD.

графической оболочки со сменной проблемной ориентацией DiaCAD [25]. На рис. 6.8 представлены возможности проблемной ориентации DiaCAD, а на рис. 6.9 возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования.

Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-технологии (рис. 6.10) и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивно;

Рис. 6.9. Возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования.

Рис. 6.10. СПРУТ-технология.

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.