Тема: Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР).

Практические занятия

По дисциплине «САПР»

Практическое занятие №1

Тема: Назначение, термины и определения, классификация САПР.

Практическое занятие №2

Тема: Системный подход к проектированию.

Практическое занятие №3

Тема: Сбор и анализ данных о внешних связях организации на стадии пред проектных исследований.

Практическое занятие №4

Тема: Структура технического обеспечения САПР.

Практическое занятие №5

Тема: Вычислительные системы и периферийные устройства в САПР.

Практическое занятие №6

Тема: Функции и проектные процедуры, реализуемые в программном обеспечении САПР

Практическое занятие №7

Тема: Информационное обеспечение САПР

Практическое занятие № 8

Тема: Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР).

Практическое занятие №1
Тема: Назначение, термины и определения, классификация САПР.
Цели и задачи:Изучить основные термины и определения САПР, методы и признаки классификации САПР.
После занятия студент должен:

1. Знать:Основные понятия САПР.
2. Уметь:По классификационной группе определить основные характеристики САПР.
3. Для выполнения лабораторной работы необходимо:
   1. Проработать теоретический материал по теме: «Принципы создания САПР».
   [1] стр. 7-13
   Понятия, которые необходимо рассмотреть на занятии:
   Основные термины и определения.
   
   Основные термины и определения в области автоматизированного проектирования установлены ГОСТ 22487—77. Они обязательны для применения во всех видах документации, научно-технической, учебной и справочной литературе.
   
   При проектировании различают, например, следующие объекты: ма­териалы, предметы, процессы, системы (механические, электрические, организационные и др.).

Под созданием объекта понимают:
- если объектом является материал или предмет — его изготовление и придание заданных свойств и характеристик, включая заданное взаимодействие его с внешней средой;
- если объектом является процесс — его выполнение в соответствии с заданным алгоритмом процесса;
- если объектом является организационная система — ее размещение во времени и пространстве и придание ей заданных свойств и характери­стик, включая заданное функционирование в соответствии с заданным алгоритмом функционирования.

Под описанием объекта понимают:
- если объектом является материал, предмет или система — описание заданных свойств и (или) характеристик объекта, включая описание вза­имодействия между его частями и взаимодействие объекта с внешней средой и описание его функционирования;
- если объектом является процесс — описание результата процесса и заданных характеристик его выполнения во времени и пространстве.
В промежуточные описания объектов могут быть включены также мате­матические и физические модели.
В преобразование описаний могут быть включены эквивалентные преобразования и преобразования, связанные с вводом новых сведений (параметров, характеристик и т. п.).
Под некорректностью описания понимают противоречивое и (или) недостаточно полное описание объекта, алгоритма его функциони­рования или алгоритма процесса, ведущее к невозможности создания объекта.
Неавтоматизированное проектирование—проектирование, при ко­тором все преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функ­ционирования или алгоритма процесса, а также представление описа­ний на различных языках осу-ществляет человек.
Автоматизированное проектирование — проектирование, при кото­ром от-дельные преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представления описаний на различных языках осуществляется взаимодействием чело­века и ЭВМ.
К техническим устройствам, позволяющим осуществлять автомати­зацию проектирования, могут относиться ЭВМ, их периферийные устрой­ства и другие технические устройства. Автоматизированное проектирование обычно осуществляют в режиме диалога человека с машиной на основе применения специальных языков общения человека с машиной.
Автоматическое проектирование — проектирование, при котором все преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функциониро­вания или алгоритма процесса, а также представление описаний на раз­личных языках осуществляются без участия человека.
При автоматическом проектировании пуск соответствующего обо­рудования и ввод в ЭВМ первичного описания объекта осуществляет че­ловек.
В зависимости от области проектирования различают, например, следующие виды объектов проектирования: машиностроительные, хи­мические и т. п. В зависимости от видов объектов проектирования раз­личают, например, следующие виды проектирования: машиностроитель­ное, строительное, химическое, энергетическое и т. п. Объект проектиро­вания может быть создан заново и на основе существующих объектов, например такой объект как город создают совершенствованием существу­ющего объекта-города. С точки зрения проектирования заданный город является новым, не существующим в действительности.
Проектное решение — промежуточное или конечное описание объек­та проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования.
Типовое проектное решение—существующее проектное решение, ис­пользуе-мое при проектировании.
Результат проектирования — проектное решение (совокупность про­ектных решений), удовлетворяющее заданным требованиям, необходимое для создания объекта проектирования. В заданные требования должны быть включены требо-вания к форме представления проектного решения.
Алгоритм проектирования — совокупность предписаний, необходи­мых для выполнения проектирования. Под выполнением проектирова­ния понимается нахождение результата проектирования. Алгоритм про­ектирования может быть общим (для определенного класса объектов) и специальным (для одного объекта).
Язык проектирования — язык, предназначенный для представления и пре-образования описаний при проектировании.
Входной язык проектирования (допускается применение термина «Входной язык») — язык проектирования, предназначенный для пред­ставления задания на проектирование.

Базовый язык, проектирования (допускается применение термина «Ба­зовый язык») - язык проектирования, предназначенный для представ­ления дополнительных сведений к первичному описанию объекта проек­тирования, проектных решений, описаний проектных процедур (в том числе процедур информационного обмена) и их последовательности.
Выходной язык проектирования (допускается применение термина «Выходной язык») — язык проектирования, предназначенный для пред­ставления какого-либо проектного решения, включая результат проекти­рования в форме, удовлетворяющей требованиям его дальнейшего при­менения. Выходной язык должен, например, удовлетворять требованиям, установленным в стандартах ЕСКД, ЕСТД, или требованиям к машинным носителям для автоматизированного изготовления объектов проекти­рования и т. п.
Проектный документ — документ, выполненный по заданной форме, в котором представлено какое-либо проектное решение, полученное при проектировании.
Проект — совокупность проектных документов в соответствии с ус­тановлен-ным перечнем, в которых представлен результат проектирования.
Проектная операция — действие или формализованная совокупность действий, составляющих часть проектной процедуры, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур. Проектными опера­циями являются, например, вы-числение, черчение, составление таблиц с данными, ввод и вывод данных и т. п.
Проектная процедура — формализованная совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением. Проектными процедурами являются, например, прогнозирование, оптимизация, про­верка реальности реализации, контроль, корректировка, моделирование и т. п.
Унифицированная проектная процедура (допускается применение тер­мина «Унифицированная процедура») — проектная процедура, алгоритм которой остается неизменным для различных объектов проектирования или различных стадий проектирования одного и того же объекта.
Техническое обеспечение автоматизированного (автоматического) про­ектирования - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих тех­нических средств, предназначенных для выполнения автоматизирован­ного (автоматического) проектирования.
Математическое обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования — совокупность математических методов, математиче­ских моделей и алгоритмов проектирования, необходимых для выполне­ния автоматизированного (автоматического) проектирования, представлен­ных в заданной форме.
Программное обеспечение автоматизированного (автоматического) про­ектирования — совокупность машинных программ, необходимых для вы­полнения автоматизированного (автоматического) - проектирования, пред­ставленных в заданной форме.
Пакет прикладных программ проектирования (допускается приме­нение термина «Пакет прикладных программ») — совокупность машин­ных программ, необходимых для выполнения какой-либо проектной про­цедуры, представленных в заданной форме.
Информационное обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования - совокупность сведений, необходимых для выполне­ния автоматизированного (автоматического) проектирования, представлен­ных в заданной форме. В информационное обеспечение автоматизиро­ванного проектирования включают, например, нормативно-справочные документы, задание государственных планов, прогнозы технического раз­вития, типовые проектные решения, системы классификации и кодиро­вания технико-экономической информации, различные системы докумен­тации (ЕСКД, ЕСТД и т. п.). Кроме того, в информационное обеспечение входят различные фонды: нормативный, плановый, прогнозный, фонд типовых решений, фонд алгоритмов и программ.
Лингвистическое обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования — совокупность языков проектирования, включающая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для выполнения автоматизированного (автоматического) проектирования, представленных в заданной форме.
Методическое обеспечение автоматизированного (автоматического) про­ектирования — совокупность документов, устанавливающих состав и пра­вила отбора и эксплуатации средств обеспечения автоматизированного (автоматического) проектирования, необходимых для выполнения авто­матизированного проектирования. Под отбором средств обеспечения ав­томатизированного проектирования понимают выбор необходимой сово­купности средств для выполнения проектирования заданного объекта или класса объектов из имеющейся совокупности средств обеспечения.
Организационное обеспечение автоматизированного (автоматического) проектирования — совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними, их функ­ции, а также форму представления результата проектирования и по­рядок рассмотрения проектных документов, необходимых для выполне­ния автоматизированного (автоматического) проектирования.
Комплекс средств автоматизации проектирования — совокупность различных видов обеспечения автоматизированного (автоматического) про­ектирования, необходимых для выполнения автоматизированного (авто­матического) проектирования.
Операционная система автоматизированного (автоматического) проектирования (допускается применение термина «Операционная си­стема проектирования») — часть программного обеспечения автоматизи­рованного (автоматического) проектирования, предназначенная для уп­равления проектированием.
Система автоматизированного проектирования (САПР) — комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимы­ми подразделениями проектной организации или коллективом специа­листов (пользователем системы), выполняющий автоматизированное про­ектирование.
Система автоматического проектирования — комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подраз­делениями проектной организации или коллективом специалистов (поль­зователем системы), выполняющий автоматическое проектирование.
Интегрированная система автоматизированного (автоматического) проектирования — система автоматизированного (автоматического) проек­тирования, имеющая альтернативное программное обеспечение и опера­ционную систему автоматизированного (автоматического) проектирова­ния, позволяющую выбирать совокупность машинных программ приме­нительно к заданному объекту проектирования или классу объектов проектирования.
Классификация САПР.

Вначальный период создания САПР должны быть разработаны еди­ный метод и признаки классификации, основные классификационные группировки и правила обозначения САПР, Классификацию и обозначения САПР, используемых в различных отраслях промышленности, устанавливает ГОСТ 23501. 108—85. При разработке этого ГОСТа использован фасетный метод классификации объектов, при котором классификационные признаки (т. е. объект классификации) характеризуются с разных сторон.
По каждому признаку установлены классификационные группы, их характеристики и коды.
1.1. Классификационные группировки САПР по типу объекта проектирования

1.2. Классификационные группировки САПР по разновидности объекта проектирования

1.3. Классификационные группировки САПР по сложности объекта проектирования

1.4. Классификационные группировки САПР по уровню автоматизации проектирования

1.5. Классификационные группировки САПР по комплексности автоматизации проектирования
1.6. Классификационные группировки САПР по характеру выпускаемых
проектных документов

1.7. Классификационные группировки САПР по количеству выпускаемых проектных документов

1.8. Классификационные группировки САПР по числу уровней в структуре
технического обеспечения

Классификация группы САПР

Индивидуальное задание:

По приведенной группе САПР определите ее основные характеристики

Контрольные вопросы по материалу практического занятия №1:

1. Какой ГОСТ устанавливает основные термины и определения САПР?
2. В чем отличие ручного, автоматизированного и автоматического проектирования?
3. Дайте определения понятиям:

а) Проектное решение.
б) Результат проектирования
в) Алгоритм проектирования
г) Язык проектирования
д) Проект

е) Проектная процедура
ж) Проектная операция
з) Техническое обеспечение
и) Программное обеспечение
к) Математическое обеспечение
л) Информационное обеспечение
м) Лингвистическое обеспечение
н) Методическое обеспечение
о) Организационное обеспечение.

4. Какой ГОСТ устанавливает классификацию и обозначения САПР.

Литература:

1. Скурихин В.И. Справочник по САПР К., «Тєхніка», 1988-375с.
2. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М., Изда-тельство МГТУ им. Баумана, 2002-334с.

Практическое занятие №2
Тема: Системный подход к проектированию.

Цели и задачи:Усвоить понятия инженерного проектирования. Изучить принципы системного подхода. Ознакомится с основными понятиями систе­мотехники.
После занятия студент должен:

1. Знать:Что такое проектирование. Основные идеи и принципы про­екти-рования сложных технических систем.
2. Уметь:Определять на примере двигателя внутреннего сгоранияиерархическую структуру, внутренние, внешние и выходные пара­метры сложных технических систем.

Для выполнения лабораторной работы необходимо:

1. Проработать теоретический материал по теме: «Системный подход к проектированию».

[1] стр. 12-17
Понятия, которые необходимо рассмотреть на занятии:

Проектирование технического объекта - создание, преобразование и представления в принятой форме образа этого еще не существующего объ­екта.
Проектирование включает в себя разработку технического задания (ТЗ), отражающего характеристики проектируемого объекта, и реализа­цию ТЗ в виде проектной документации.
Основные идеи и принципы проектирования выражены в системном подходе. Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимо­действия.
Системный подход включает в себя выявление структуры системы, ти­пизацию связей, определение атрибутов, анализ влияния внешней среды.
Теория систем - дисциплина, в которой конкретизируются положе­ния системного подхода.
В технике дисциплину, в которой исследуются сложные технические системы, их проектирование называют системотехникой.
Структурный, блочно-иерархический, объектно-ориентированный под­ходы являются компонентами системотехники.
При структурном подходе требуется синтезировать варианты системы из блоков и оценить варианты при их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристик компонентов.
Блочно-иерархический подход к проектированию использует идеи деком­позиции сложных описаний объектов и соответственно средств их создания на иерархические уровни и аспекты, вводится понятие стиля проектирования (восходящий и нисходящий), устанавливает связь между параметрами соседних иерархических уровней.
Объектно-ориентированный подход к проектированию используется при разработке информационных систем и ПО. Он вносит в модели прило­жений большую структурную определенность, распределяя представленные в при­ложении данные и процедуры между классами объектов.
Система—множество элементов, находящихся в отношениях и свя­зях между собой.
Элемент - такая часть системы, представление о которой нецелесооб­разно подвергать при проектировании дальнейшему членению.
Сложная система - система, характеризуемая большим числом эле­ментов и, что наиболее важно, большим числом взаимосвязей элементов. Слож­ность системы определяется также видом взаимосвязей элементов, свой­ства­ми целенаправленности, целостности, членимости, иерархичности, много­аспектности.
Надсистема - система, по отношению к которой рассматриваемая система является подсистемой.
Структура — отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей; понятие структуры отличается от понятия самой системы также тем, что при описании структуры принимают во внимание лишь типы элементов и связей без конкретизации значений их параметров.
Параметр - величина, выражающая свойство или системы, или ее части, или влияющей на систему среды.
Фазовая переменная — величина, характеризующая энергетическое или информационное наполнение элемента или подсистемы.
Состояние—совокупность значений фазовых переменных, зафикси­рованных в одной временной точке процесса функционирования.
Поведение (динамика) системы - изменение состояния системы в процессе функционирования.
К характеристикам сложных систем, как сказано выше, часто относят следующие понятия.
Целенаправленность — свойство искусственной системы, выражаю­щее назначение системы. Это свойство необходимо для оценки эффектив­ности вариантов системы.
Целостность - свойство системы, характеризующее взаимосвязан­ность элементов и наличие зависимости выходных параметров от парамет­ров элементов, при этом большинство выходных параметров не является простым повторением или суммой параметров элементов.
Иерархичность — свойство сложной системы, выражающее возмож­ность и целесообразность ее иерархического описания, т. е. представления в виде нескольких уровней, между компонентами которых имеются отношения целое - часть.
Составными частями системотехники являются следующие основные разделы:
- иерархическая структура систем, организация их проектирования;
- анализ и моделирование систем;
- синтез и оптимизация систем.

Моделирование имеет две четко различимые задачи: 1 — создание моделей сложных систем (в англоязычном написании - modeling); 2 -анализ свойств систем на основе исследования их моделей (simulation).

Синтез также подразделяют на две задачи: 1 - синтез структуры про­ектируемых систем (структурный синтез); 2 - выбор численных значений параметров элементов систем (параметрический синтез). Эти задачи отно­сятся к области принятия проектных решений.
Пример:определения иерархической структуру, внутренних, внешних и
выходных параметров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Для двигателя внутреннего сгорания подсистемами являются:
- коленчатый вал,
- механизм газораспределения,
- поршневая группа,
- системы смазывания и охлаждения.

Внутренние параметры:
- число цилиндров,
- объем камеры сгорания.
Выходные параметры:
- мощность двигателя,
- КПД,
- расход топлива.
Внешние параметры:
- характеристика топлива,
- температура воздуха,
- нагрузка на выходном валу.
Индивидуальное задание:
1. Определите иерархической структуру, внутренние, внешние и выходные параметры компьютера.
Контрольные вопросы по материалу практического занятия №2:

1. Дайте определение понятия «Проектирование».
2. Что такое техническое задание (ТЗ)?
3. В чем отличие ручного, автоматизированного и автоматического про­ектирования?
4. В чем состоит общий принцип системного подхода?
5. Что является предметом изучения теории систем?
6. В чем суть структурного подхода?
7. В чем суть блочно-иерархического подхода?
8. В чем суть объектно-ориентированного подхода?
9. Дайте определения понятиям:

а) Система
б) Элемент
в) Сложная система
г) Подсистема
д) Надсистема
е) Структура
ж) Параметр
з) Фазовая переменная
и) Состояние
к) Поведение
л) Система без последствий
м) Целенаправленность
н) Целостность
о) Иерархичность.
10.Перечислите составные части системотехники.
11.Назовите задачи моделирования.
12.Назовите задачи синтеза.
Литература:

1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М., Изда­тельство МГТУ им. Баумана, 2002 .

2. Ли Кунву Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб, Питер, 2004.
3. Грувер М., Зиммерс Э., САПР и автоматизация производства. М., Мир, 1987.