Компоненти САПР (стр. 2 из 3)

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

Ключовими програмними компонентами являються пакети, що маніпулюють формами або аналізують їх під управлінням користувача в двох або в трьох вимірах, одночасно оновлюючи базу даних.

2. 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. Дисплейний процесор отримує сигнали, якими кодуються графічні команди, генеруючи електронні пучки і направляють їх в потрібне місце монітору, чим відтворює необхідне зображення.

В склад графічних пристроїв входять одно або декілька пристроїв вводу. Крім клавіатури до них відносяться миша, спейсбол (відрізняється від трекболу ступенем вільності, у трекболу їх всього два, а у спейсболу - шість) і цифровий планшет з пером і роликом. Ці пристрої вводу необхідні для інтерактивного маніпулювання формами.

Будь-який графічний пристрій підключається до пристроїв виводу, наприклад, до плоттеру або принтеру. Ці пристрої можуть вивести будь-яке зображення на папір.

2.1 Векторні графічні пристрої

Векторні графічні пристрої, які з’явилися в середині 60-х рр. XX ст., складаються з дисплейного процесора, дисплейного буфера пам’яті і електроно-лучевою трубкою (рис. 2.).

Рис. 2. Компоненти векторного графічного пристрою

Основні принципи їх функціонування можна описати наступним чином.

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, що відхиляються таким чином, що електрон, який вилітає з катоду, потрапляє в необхідне місце внутрішньої поверхні передньої стінки електронно-променевої трубки (рис. 3).

Рис. 3. Поперечний розріз електронно-променевої трубки

Недоліком векторного графічного пристрою є те, що виникає ефект мерехтіння картинки, при його постійному перемальовуванні на екранні (обновлення картинки). Також недоліком є висока вартість пристроїв векторної графіки. Перевагою є те, що зображення можна відтворити з заданою точністю, що забезпечує будь-яке бажане розширення.

2.2 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. 4).

Рис. 4. Компоненти растрового графічного пристрою

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. Растрове зображення в буфері кадру може містити відомості про колір, якщо кожній точці (пікселю) будуть відповідати не один біт, а декілька.

2.3 Конфігурація апаратних засобів

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.5).

Рис. 5. Мейнфрейм с графічними приладами

Графічні пристрої підключаються до мейнфрейму. До нього також підключаються і пристрої виводу, такі як принтери і плоттери. Так як така конфігурація може розглядатися як натуральне розширення існуючих обчислювальних середовищ, вона з готовністю приймається більшістю крупних компаній, у яких вже були метафрейми. 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, а також із-за помилок при первинному виборі програмного забезпечення. Програми CAD/CAM/CAE для мейнфреймів набагато дорожче, ніж аналогічні програми для менших комп’ютерів. Ще одним суттєвим недостатком централізованих обчислень є нестабільність часу відгуку (отклика) системи. В конфігурації з мейнфреймом додатки користувачів, які відносяться до різних графічних пристроїв, конкурують один з одним за обчислювальні ресурси мейнфрейму. Тому час відгуку (отклика) для любого конкретного графічного пристрою залежить від того, які задачі були запущені з іншого пристрою. Іноді час відгуку може бути досить великим для інтерактивної роботи з графікою, особливо коли інші користувачі вирішують складні обчислювальні задачі.

Друга конфігурація складається з автоматизованих робочих місць проектувальника (робочих станцій — workstations), об’єднаних в мережу (рис. 6).

Рис. 6. 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. Це дуже вигідно, тому що вартість обладнання постійно падає.

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.

2.4Програмні 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. Наприклад спеціалізований додаток, що призначений для автоматизації проектування конкретної деталі або механізму, також вважається додатком 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 заводу. Прикладом може бути програма, яка формує план процесу виробництва деталі, або програма, яка пише програму для ЧПУ (числового програмного управління), моделює рух і контролює роботу станка в процесі обробки зовнішніх поверхонь деталі.