Автоматизоване проектування комп’ютерних систем (стр. 2 из 5)

Готова абстрактна модель розбивається на кінцеві елементи, що утворюють аналітичну модель. Програмні засоби, що дозволяють конструювати абстрактну модель і розбивати її на кінцеві елементи, називаються препроцесорами (preprocessors). Програмні засоби, що забезпечують візуалізацію, називаються постпроцесорами (postprocessors).

5. Апаратне та програмне забезпечення САПР

Для реалізації комп’ютерно-орієнтованого підходу до проектування і виробництва потрібно спеціальне апаратне і програмне забезпечення.

Ключовим аспектом являється інтерактивне управління формою, тому апаратне і програмне забезпечення для інтерактивного маніпулювання формами відноситься до числу основних компонентів, що складають системи CAD/CAM/CAE. Графічні пристрої і периферійні пристрої вводу-виводу разом з звичайним обчислювальним модулем складають апаратне забезпечення систем CAD/CAM/CAE (рис. 1).

Рис. 1. Компоненти систем CAD/CAM/CAE

Апаратне забезпечення

Графічний пристрій складається з дисплейного процесора, пристрою відображення, або дисплейного пристрою (монітор), і одного або декількох пристроїв вводу. Дисплей (монітор) представляє собою екран, на який виводиться графічне зображення, однак вивід конкретного зображення на екран виконується дисплейним процесором.

Векторні графічні пристрої

Векторні графічні пристрої складаються з дисплейного процесора, дисплейного буфера пам’яті і електронно-променевої трубки (рис. 2.).

Рис. 2 Компоненти векторного графічного пристрою

Дисплейний процесор зчитує дисплейний файл (display list), який представляє собою послідовність кодів, що передаються додатком, які відповідають графічним командам. Дисплейний файл зберігається в розділі пам’яті, який називається дисплейним буфером (display buffer). Дисплейний процесор здійснює також завантаження дисплейного файлу в дисплейний буфер. Після цього дисплейний процесор формує необхідні напруги на вертикальних і горизонтальних парах пластин.

Растрові графічні пристрої

Принцип функціонування растрових графічних пристроїв можна описати наступним чином.

Дисплейний процесор приймає графічні команди від додатку, перетворює їх в точкове зображення, або растр, після чого зберігає растр в розділі пам’яті, який називається буфером кадру (frame buffet) (рис. 3).

Растрові графічні пристрої повинні зберігати в своїй пам’яті зображення у вигляді растру, на відміну від векторних, які зберігають лише дисплейні файли. Тому вимоги до пам’яті в цих двох видів пристроїв відрізняються як і методи оновлювання зображення на екрані. Час оновлення залишається постійним незалежно від складності зображення. Буфер кадру в растрових пристроях вимагає більшої пам’яті, ніж дисплейний буфер в векторних графічних пристроях.

Рис. 3. Компоненти растрового графічного пристрою

Програмні компоненти

Будь-яка програма, що використовується життєвому циклі продукту для скорочення часу і вартості розробки продукту, а також для підвищення його якості, може бути віднесена до класу CAD/САМ/САЕ.

Програми CAD дозволяють конструктору створювати форми і маніпулювати ними на моніторі в інтерактивному режимі, зберігаючи результати в базі даних. Однак в принципі будь-яка програма, що полегшує процес розробки, може бути названа програмою CAD.

Будь-яка програма, що використовується в процесі виробництва продукту, вважається засобом САМ. Таким чином, до САМ відносяться програми для планування, управління і контролю виробничих операцій через прямий або непрямий комп’ютерний інтерфейс з виробничими ресурсами.

Програми САЕ використовуються для аналізу геометрії конструкції і дозволяють розробнику моделювати і вивчати поведінку продукту для покращення і оптимізації проекту. Типовим прикладом являється програма для розрахунку напруг, деформації або теплопередачі в деталі методом кінцевих елементів.

6. Конфігурація апаратних засобів САПР.

Графічні пристрої рідко використовуються поодинці. Частіше всього вони об’єднуються в кластер того або іншого роду, який розрахований на обслуговування множини користувачів. Існують три типи основних варіантів конфігурації такого кластера.

Перша конфігурація складається з мейнфрейму (mainframe) і множини графічних пристроїв (рис.1).

Рис. 1. Мейнфрейм с графічними приладами

Графічні пристрої підключаються до мейнфрейму. До нього також підключаються і пристрої виводу, такі як принтери і плоттери. Цей підхід до цих пір використовується виробниками автомобілів і кораблів, у яких є великі бази даних, які обробляються централізовано. Хоча є деякі недоліки. Він потребує великих початкових вкладень в апаратне і програмне забезпечення, а також обслуговування системи, що експлуатується коштує недешево. Обслуговування мейнфрейму завжди включає в себе розширення системної пам’яті і жорсткого диску, що для мейнфрейму обходиться значно дорожче, ніж для невеликих комп’ютерів. Крім того, оновлення операційної системи також є непростою задачею. Програми CAD/CAM/CAE потребують частої заміни в зв’язку з виходом нових, більш потужних версій і альтернатив.

Друга конфігурація складається з автоматизованих робочих місць проектувальника (робочих станцій — workstations), об’єднаних в мережу (рис. 2).

Рис. 2. Робочі станції, об’єднані в мережу

До тієї ж мережі підключаються пристрої виводу — плоттери і принтери. Робоча станція — це графічний пристрій з власними обчислювальними ресурсами. Продуктивність робочих станцій збільшується вдвічі кожен рік при збереженні їх ціни. Даний підхід володіє ще й іншими перевагами. Користувач може працювати з будь-якої станції мережі, вибираючи її у відповідності зі своєю задачею, причому системні ресурси не будуть залежати від задач інших користувачів. Ще одна перевага — це відсутність необхідності в крупних первинних вкладеннях. Кількість робочих станцій і програмних пакетів може збільшуватися поступово, по мірі зростання потреб в ресурсах CAD/CAM/CAE.

Третя конфігурація аналогічна другій за винятком того, що замість робочих станцій використовуються персональні комп’ютери з операційними системами Windows 98 та ХР. Конфігурації на базі персональних комп’ютерів популярні в невеликих компаніях, особливо якщо продукти, що випускаються складаються з невеликої кількості деталей обмеженої складності, а також в компаніях, що використовують системи CAD/CAM/CAE головним чином для побудови креслень.

7. Блочно-ієрархічний підхід до проектування складних комп’ютерних систем

Проектування технічного об'єкта зв'язане із створення, перетворенням і представленням у прийнятій формі образу цього об'єкта. Образ об'єкта чи його складових частин може створюватися в уяві людини в результаті творчого процесу чи генеруватися по деяких алгоритмах у процесі взаємодії людини й ЕОМ. У будь–якому випадку проектування починається при наявності завдання на проектування, що відбиває потреби суспільства в одержанні деякого технічного виробу. Завдання представляється у виді тих чи інших документів і є вихідним (первинним) описом об'єкта. Результатом проектування, як правило, служить повний комплект документації, що містить достатні даны для виготовлення об'єкта в заданих умовах. Ця документація являє собою остаточний опис об'єкта.

Проектована система розчленовується на ієрархічні рівні. На вищому рівні використовується найменш деталізоване представлення, що відбиває тільки загальні риси й особливості проектованої системи. На наступних рівнях ступінь детальності розгляду зростає; при цьому система розглядається не в цілому, а окремими блоками.

При блочно–ієрархічному підході до проектування складна задача великої розмірності розбивається на послідовно розв'язувані групи задач малої розмірності, причому усередині груп різні задачі можуть вирішуватися паралельно. На кожнім рівні існують свої представлення про систему й елементи. Те, що на більш високому i–му рівні називалося елементом, на наступному (i–1)–му рівні стає системою. Часто елементи самого нижчого з рівнів називають базовими чи елементами компонентами.

При проектуванні складних систем іноді приходиться оперувати описами, у яких одночасно представлені два ієрархічних рівні, у цьому випадку застосовують терміни система, підсистема й елементи.

На нижчому рівні проектуються принципові схеми, елементами яких є ЛЕ – логічні елементи. На наступному рівні проектуються функціональні схеми, для яких базовими елементами є ФВ – функціональні вузли. Далі створюються структурні схеми з функціональних пристроїв (ФПР), які складають функціональний комплекс (ФК).

Таким чином, ієрархічні рівні являють собою рівні опису об'єктів, які розрізняються ступенем детального відображення властивостей об'єкта. Інакше їх називають горизонтальними рівнями чи рівнями абстрагування. Сукупність описів деякого рівня разом з постановками задач і методів одержання цих описів називають ієрархічним рівнем проектування.

На горизонтальних рівнях існують групи задач, зв'язані з проектуванням схем, конструкцій, технології. Ці групи задач разом з використовуваними для їхнього рішення моделями, методами, формами документації називаються аспектами проектування (іноді аспекти проектування називають вертикальними рівнями проектування).