СОДЕРЖАНИЕ

В.К.Сырчин

САПР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Учебно-методические разработки
для самостоятельной работы студентов
по дисциплине «САПР Оборудования»

Лекционный материал

Москва 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................................... 4

Необходимость создания САПР технологического оборудования................................ 4

История развития САПР............................................................................................................ 9

Современные технологии автоматизации производства................................................. 11

САПР в электронной промышленности............................................................................... 13

Раздел первый Методическое обеспечение САПР........................ 17

Глава 1 Основы методики проектирования................................................................. 17

1.1. Становление науки о проектировании...................................................................... 17

1.2. Понятия и задачи методологии проектирования.................................................... 18

1.3. Процедурная модель проектирования...................................................................... 24

1.4. Системный подход к проектированию оборудования.......................................... 29

1.5. Классификация проектируемых объектов и их параметров................................ 32

1.6. Классификация типовых задач проектирования.................................................... 38

1.7. Задачи структурного синтеза и анализа и методы их решения в САПР........... 40

1.8. Типовая функциональная схема процесса проектирования................................ 45

Глава 2 Формирование процедур на этапе разработки технического задания 53

2.1. Определение потребности в проектировании......................................................... 53

2.2. Оценка перспективности выбранного направления разработки......................... 56

2.3. Выбор основных целей проектирования.................................................................. 63

2.4. Определение основных признаков проектируемого объекта............................. 65

2.5. Алгоритм составления концептуального описания............................................... 68

2.6. Составление ТЗ с помощью ЭВМ.............................................................................. 70

Глава 3 Формализация процедур на этапе разработки технического предложения 74

3.1. Организация поиска технических решений............................................................. 74

3.2 Частично формализованные эвристические методы............................................ 77

3.3. Поиск технических решений с помощью ЭВМ...................................................... 82

Раздел второй ОРГАНИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ САПР...... 90

Глава 4 Методика проектирования САПР.................................................................... 90

4.1. Принципы системного подхода к созданию САПР................................................ 90

4.2. Состав САПР................................................................................................................... 91

4.3. Проектирование САПР................................................................................................. 95

Глава 5 Лингвистическое обеспечение.......................................................................... 98

5.1. Классификация языков................................................................................................. 98

5.2. Процедурно-ориентированные языки программирования................................ 103

5.3. Языки машинной графики......................................................................................... 108

Глава 6 Информационное обеспечение....................................................................... 111

6.1. Информационная структура процесса проектирования..................................... 111

6.2. Основы построения информационно-вычислительных систем........................ 113

6.3. Банк и базы данных САПР......................................................................................... 115

6.4. Модели данных............................................................................................................ 117

6.5. Структура информационного взаимодействия в САПР...................................... 120

Глава 7 Технические средства САПР............................................................................ 123

7.1 Состав технических средств.................................................................................... 123

7.2 Конфигурации комплексов технических средств САПР................................... 127

7.3 Локальные вычислительные сети........................................................................... 131

7.4 Специализированные ЭВМ для САПР................................................................... 134

7.5 Автоматизированное рабочее место (АРМ)......................................................... 136

7.6 Оценка качества технического обеспечения САПР........................................... 140

Глава 8 Общее программное обеспечение.................................................................. 142

8.1 Состав и принципы разработки программного обеспечения........................... 142

8.2 Операционные системы............................................................................................ 146

Глава 9 Специальное программное обеспечение..................................................... 151

9.1 Структура СПО........................................................................................................... 151

9.2 Мониторная система и работа СПО....................................................................... 154

9.3 Принципы построения программ и типизация средств САПР......................... 158

9.4 Организация программного обеспечения САПР................................................ 160

9.5 Методика проектирования в САПР........................................................................ 163

Глава 10 Программное геометрическое обеспечение............................................. 167

10.1 Структура программного обеспечения................................................................. 167

10.2 Состав программного обеспечения....................................................................... 169

10.3 Комплексы программ моделирования геометрических объектов.................. 172

Введение

Дисциплина «САПР оборудования» состоит из двух основных частей:

─ Методическое обеспечение САПР, в которой рассматриваются основы методики проектирования технических систем, а также вопросы формализации проектных процедур на различных этапах процесса проектирования.

─ Организация разработки и внедрения САПР, где изучаются принципы создания САПР и рассматриваются основные компоненты и виды обеспечения систем автоматизированного проектирования.

Практическая часть данной дисциплины включает изучение примеров реализации конкретных формализованных процедур при создании различных технических объектов (определение перспективности разработки, нахождение основных целей проектирования, поиск технических решений и т.п.).

Курс САПР базируется на ранее изученных дисциплинах, в частности, разделах математики и физики, основах программирования и вычислительной технике, информатике, компьютерной графике, а также спецдисциплинах, в рамках которых изучаются процессы и оборудование производства изделий электронной техники.

Необходимость создания САПР технологического оборудования

Характерной чертой развития современной техники, особенно машиностроения, является глубокое качественное изменение продукции этой отрасли. Создание современных технических систем, к которым относится технологическое оборудование электронной и микросистемной техники, представляет собой сложный процесс, требующий привлечения многих отраслей человеческих знаний, начиная от материаловедения и кончая теорией управления и социально-экономическими вопросами. Поэтому к выполнению проектов необходимо привлекать большое количество специалистов различного профиля.

Усложнение технических систем приводит к постоянному увеличению объемов и росту сложности проектных и конструкторских работ, связанных как с созданием самого изделия, так и с технической подготовкой его производства. Прямым следствием этого является увеличение сроков разработки новой техники, а значит, и снижение темпов технического прогресса, обновления оборудования. В то же время быстрое моральное старение оборудования требует сокращения сроков проектирования и изготовления. Без разрешения этого противоречия невозможно обеспечить современные темпы технического прогресса.

Исследования показывают, что на протяжении ХХ века имели место следующие устойчивые тенденции:

- время создания новых образцов техники от идеи или технического задания (ТЗ) до серийного производства сокращалось в 2 раза через каждые 25 лет;

- число вновь разрабатываемых технических объектов удваивалось через каждые 10 лет;

- сложность изделий по числу деталей, узлов, агрегатов удваивалась через 15 лет;

- объем научно-технической информации, которую нужно проработать при создании новых образцов, удваивалась через 8 лет.

Если суммировать объем проектно-конструкторских работ, то через каждые 10 лет он возрастал на порядок. Решить эту проблему путем увеличения численности разработчиков нереально, следовательно, ТРЕБУЕТСЯ РЕЗКОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА ПРОЕКТИРОВЩИКОВ. В этих условиях особое значение приобретает проблема комплексной автоматизации процессов разработки и создания систем на основе математических методов и средств вычислительной техники.

Особенно остро эта проблема стоит в микроэлектронике (МЭ). Бурное развитие технологии микроэлектронного производства вызывает быстрое моральное старение технологического оборудования (ТО). Это требует создания на базе ЭВМ методов и алгоритмов “ускоренного” проектирования. В данных условиях нерациональное решение ряда вопросов при проектировании ТО МЭ, особенно линий и комплектов оборудования (приближенный расчет структуры, интуитивное обоснование выходных параметров, несовершенная организация контроля и управления), приводит к дополнительным капитальным вложениям в процессе их эксплуатации.

Для определения задач автоматизации проектно-конструкторских работ интересно проанализировать процентное соотношение различных проектных процедур в машиностроении.

Таблица В.1 - Анализ затрат времени на разработку проекта.

Из табл.В.1 видно, что более трети времени проектировщик затрачивает на косвенные работы (38 %), причем еще треть занимает вычерчивание, также относящееся в основном к “рутинным” работам. Творческие элементы проектных работ составляют только 15 %.

Анализ распределения отдельных видов работ на этапе конструирования (табл.В.2) показывает, что большая доля работ также приходится на “рутинные” операции, одной из которых является деталировка. Поэтому первым направлением рационализации процесса проектирования было стремление автоматизировать “рутинные” операции с помощью средств вычислительной техники, а затем приступили к комплексной автоматизации процессов разработки технических систем.

Широкая автоматизация проектно-конструкторских работ стала возможной в результате разработки современных электронно-вычислительных комплексов, специальных графических устройств ввода-вывода, средств моделирования и программирования. Все это, естественно, требует перестройки технологии и организации проектирования, т.е. создания новых методик проектирования, а также систем, позволяющих осуществлять автоматизированное проектирование.

Автоматизированная система проектирования (АСП) – это человеко-машинная система проектирования, главными элементами которой являются, с одной стороны, проектировщик (коллектив проектировщиков), а с другой, - система автоматизации проектирования (САПР).

Таблица В.2 - Анализ затрат времени на конструирование.