Программное обеспечение САПР (ПО САПР) представляет собой сложную программную систему, включающую в себя десятки и сотни компонентов. ПО САПР — это совокупность программ на машинных носителях с необходимой программной документацией, предназначенной для выполнения автоматизированного проектирования.
Создание ПО САПР — трудная научно-техническая задача, для решения которой требуются большие материальные затраты. Известны САПР, ПО которых насчитывает до 500 тыс. операторов языка программирования. Разработка такого ПО требует сотен и тысяч человеко-лет, причем требования к квалификации разработчиков таких систем очень высоки. Например, в разработке САПР морских судов, оцениваемой в 600 человеко-лет, принимало участие 15 организаций. Стоимость современных САПР определяется главным образом стоимостью ПО, которое в несколько раз превышает стоимость технического обеспечения.
Средняя производительность труда программистов в организациях, занимающихся промышленной разработкой ПО, составляет 1000-2000 операторов в год. В США цена одного оператора программы колеблется в зависимости от степени сложности ПО от 15 до 700 $; по данным на 1985 г. один час работы программиста стоит в 5 раз дороже одного часа работы ЭВМ быстродействием 300 тыс. операций/с. Приведенные данные касаются ПО, представляющего собой законченный программный продукт, поставляемый как промышленное изделие. В отличие от программ индивидуального пользования, предназначенных только для обслуживания их разработчика, программный продукт:
ОАПТП. Лекция 2
1) имеет универсальное назначение, ориентирован на применение многими пользователями и в ряде организаций;
2) предназначен для работы в комплексе с другими компонентами программного обеспечения;
3) имеет специальные средства модификации и расширения;
4) всесторонне отлажен;
5) описан в тщательно составленной документации.
Стоимость программного продукта приблизительно в 8-10 раз выше стоимости программы индивидуального назначения и с увеличением его сложности растет по квадратичному закону.
Для оценки сложности ПО используются два основных показателя:
1) количество операторов;
2) количество и типы взаимосвязей компонентов ПО между собой.
Этот показатель более важный, так как именно он определяет эффективность декомпозиции исходной задачи декомпозиции ПО в целом на ряд вложенных подзадач разработки его компонентов. Поэтому, в частности, трудоемкость разработки управляющих программ выше (приблизительно в 4 раза) трудоемкости разработки прикладных программ.
Пользователи САПР. Пользователь (user) – лицо, пользующееся услугами вычислительной техники для получения информации или решения различных задач.
В САПР можно выделить, по крайней мере, три квалификационные категории пользователей.
Разработчики САПР – специалисты в области применения ЭВМ, способные разрабатывать базовые методы, средства и оснащение САПР, общесистемное ПО, инструментальные и технологические средства проектирования, осуществлять генерацию и настройку САПР на условия конкретного применения.
Лекция «Виды обеспечения САПР»
Прикладные программисты имеют высокую квалификацию, знают методологию проектирования, алгоритмы прикладной области и могут разрабатывать специализированное ПО.
Проектировщики – специалисты в области проектирования, хорошо освоившие возможности САПР для выполнения автоматизированного проектирования.
Проектировщики могут относиться к так называемой категории «пользователь-непрограммист», т.е. к числу специалистов, которые не являются профессионалами в области вычислительной техники, но нуждаются в прямом доступе (без посредников) к ресурсам ЭВМ.
7.2. Состав программного обеспечения САПР
Программное обеспечение подразделяют на базовое, общесистемное и специализированное.
Базовое ПО не является предметом разработки при создании ПО САПР.
Общесистемное ПО является инвариантным к объектам проектирования.
Специализированное ПО функционирует в операционной среде, которая состоит из общесистемного и базового ПО. Основной функцией специализированного ПО САПР является получение проектных решений.
Состав и структура ПО САПР определяются как составом и структурой подсистем САПР, так и САПР в целом.
4.3. Функциональное назначение программного обеспечения САПР
По функциональному назначению ПО САПР можно разделить на ряд программных комплексов (ПК), представляющих собой совокупность программных, информационных, методических, математических и лингвистических компонент, предназначенных для выполнения заданных функций. Можно выделить следующие программные комплексы: проектирующие, обслуживающие и инструментальные.
Инструментальные Проектирующие Обслуживающие
Рис. 4.1. Состав программных комплексов САПР
Проектирующие ПК предназначены для получения законченного проектного решения и в свою очередь делятся на проблемно-ориентированные и объектно-ориентированные. Проблемно-ориентированные ПК выполняют унифицированные проектные процедуры, не зависимые от объекта проектирования. Объектно-ориентированные ПК используются для проектирования объектов определенного класса. Проектирующие ПК входят в состав специализированного ПО.
Обслуживающие ПК предназначены для поддержания работоспособности проектирующих ПК и входят в состав общесистемного ПО.
Инструментальные ПК представляют собой технологические средства, предназначенные для разработки, развития и модернизации ПО САПР.
4.4. Основные принципы проектирования ПО САПР
Проектирование ПО САПР осуществляется на основе принципов системного единства, развития, совместимости и стандартизации.
Принцип системного единства. При создании, функционировании и развитии ПО САПР связи между компонентами должны обеспечивать ее целостность.
Принцип развития. ПО САПР должно создаваться и функционировать с учетом пополнения, совершенствования и обновления ее компонент.
Принцип совместимости. Языки, символы, коды, информация и связи между компонентами должны обеспечивать их совместное функционирование и сохранять открытую структуру системы в целом.
Принцип стандартизации. При проектировании ПО САПР необходимо унифицировать, типизировать и стандартизовать ПО, инвариантное к проектируемым объектам.
Одной и проблем, возникающих при проектировании ПО САПР, является создание единого информационно совместимого между собой программного комплекса, предназначенного для выполнения автоматизированного проектирования.
4.5. Стадии разработки ПО
В соответствии с ГОСТ устанавливаются следующие стадии разработки: техническое задание, эскизный, технический проекты, рабочая документация, внедрение.
Техническое задание (ТЗ). На стадии технического задания выполняются следующие виды работ: постановка задачи; сбор исходных материалов; выбор и обоснование критериев эффективности и качества разрабатываемой программы; обоснование целесообразности применения ранее разработанных программ, принципиальной возможности решения поставленной задачи; предварительный выбор методов решения задач; определение требований к техническим средствам; требований и целей разработки программ; стадий, этапов и сроков разработки программы и документации на нее; разработка технико-экономического обоснования разработки программы; согласование и утверждение ТЗ.
При разработке программного изделия предъявляются требования к функциям, которые должны обеспечиваться изделием; временным и объемным характеристикам программ; к совместимости с другими программами; надежности и достоверности; к методам и средствам настройки на конкретные условия эксплуатации; к удобству использования и сопровождения.
Эскизный проект. На стадии эскизного проектирования выполняются следующие виды работ:
внешнее проектирование программного изделия;
уточнение методов решения задачи;
предварительное проектирование внутренних структур данных;
разработка общего алгоритма решения задачи, укрупненной структурной схемы программного изделия, пояснительной записки.
Внешнее проектирование программного изделия представляет собой процесс описания ожидаемого поведения системы с точки зрения пользователя. Цель данного процесса – проектирование внешнего взаимодействия пользователя с программным изделием.
Технический проект. Этапы технического проектирования: проектирование архитектуры программного изделия; структур данных; модульной структуры изделия; модулей; разработка пояснительной записки.
На этапе проектирования архитектуры программное изделие разбивают на составные части; определяют функции каждой компоненты, способы взаимодействия между ними; разрабатывают схемы управления потоками данных.
На этапе проектирования структур данных определяют способы представления, хранения и преобразования входных, выходных и внутренних данных.
На этапе проектирования модульной структуры осуществляется разбиение компонент программного изделия на модули, определение их функции и способов взаимодействия.
На этапе проектирования модулей составляется описание всех модулей программного изделия, которое включает в себя: имя модуля; функции, выполняемые модулем; описание входных и выходных параметров, диапазонов допустимых значений и т.п.; функциональной взаимосвязи между входными и выходными параметрами; событий, внешних по отношению к модулю (печать сообщений, работа с файлами и т.п.); форму обращения к модулю; список модулей, вызывающих данный, и модулей, которые вызывает данный модуль; описание алгоритма модуля.
Рабочая документация. На данной стадии выполняются следующие виды работ: кодирование, тестирование и отладка программ; разработка программных документов в соответствии с ЕСПД; проведение различных видов приемо-сдаточных испытаний; корректировка программ и документации по результатам испытаний.
Стадия внедрения. На стадии внедрения осуществляется подготовка и передача программ и программной документации для сопровождения.
4.6. Общая характеристика методов проектирования программного
Источник: studopedia.su
Программное обеспечение сапр (по)
ПО занимает особое место в САПР, т.к. в программе реализуются методы автоматизированного проектирования.
Сложность ПО объясняет большие затраты средств на его разработку – до 90% от общей суммы, выделяемой на создание САПР.
Состав ПО.
ПО САПР представляет собой совокупность программ на машинных носителях с необходимой программой документацией, предназначенной для выполнения автоматизированного проектирования.
ПО вообще подразделяют на базовое, общесистемное и специализированное.
Технические средства САПР работают в среде этих видов ПО.
Рис. Взаимодействие ПО САПР
Базовое и общесистемное ПО образует операционную среду, т.е. операционную систему в которой функционирует специализированное ПО.
БПО + ОСПО = ОС
Функция специализированного ПО – получение проектных решений.
Операционные системы включают в себя программы двух групп:
Программы управления заданиями выполняются с помощью языка управления заданиями. Например, с помощью этого языка можно задать машине последовательность действий:
- ввод;
- трансляция;
- загрузка в память машины;
- решение;
- вывод информации;
Программы управления данными обеспечивают поиск, хранение, загрузку в ОП обработку файлов.
Обрабатывающие программы – это трансляторы с алгоритмическими языками, библиотеками стандартных программ и системным обслуживанием сервисных программ.
Программа пользователя на алгоритмическом языке – это исходный модуль.
В результате трансляции получают программу, которая называется объектным модулем.
Различные объектные модули собираются в единую программу с помощью обслуживающей программы, которую называют редактором связей или просто редактором.
Результат редактирования – это программа называемая загрузочным модулем.
Программа-загрузчик выполняет редактирование и загрузку программ в ПО.
Примеры других обрабатывающих программ: программа отладчик – для отладки программ, т.е. для обеспечения и ускорения поиска допущенных ошибок.
Классификация ПО САПР по функциональному значению.
По функциональному значению ПО САПР можно разделить на ряд программных комплексов или подсистем.
Можно выделить следующие виды подсистем по САПР: проектирующие, обслуживающие и инструментальные.
Рис. Классификация ПО САПР по функциональному назначению.
Проектирующие и/с предназначены для получения законченного проектного решения и делятся на проблемно- и объектно-ориентированные.
Проблемно-ориентированные и/c выполняют унифицированные проектные процедуры, не зависимые от объекта проектирования.
Объектно-ориентированные и/с используются для проектирования объектов определенного класса.
Проектирующие и/с входят в состав специализированного ПО.
Обслуживающие и/с предназначены для поддержания работоспособности проектирующих и/с и входят в состав общесистемного ПО.
Инструментальные и/с – представляют собой технологические средства предназначенные для разработки, развития и модернизации ПО САПР.
В состав инструментальных средств, которые используют в процессе работы САПР входят:
- системы управления базами данных (СУБД) и файлами;
- средства для работы с общими структурами данных в ОП;
- языковые процессоры для обеспечения взаимодействия с пользователями (диалоговая и/с ПО);
- средства машинной графики ;
Основные принципы проектирования ПО САПР.
- Принцип системного единства означает, что при ПО САПР связи между и/с должны обеспечивать ее целостность.
- Принцип развития – ПО САПР должно создаваться и функционировать с учетом пополнения, совершенствования и обновления и/с
- Принцип совместимости – языки, символы, коды, информация и связи между и/с должны обеспечивать их совместное функционирование и сохранить открытую структуру системы в целом.
- Принцип стандартизации. При разработке ПО САПР необходимо унифицировать и стандартизировать ПО, инвариантное с проектируемым объектом.
Общие требования, предъявляемые к ПО САПР в соответствии с общими принципами создания САПР.
- Адаптируемость – приспосабливаемость ПО к функционированию в различных условиях. Это связано с изменением самих объектов проектирования.
- Гибкость – возможность легко вводить изменения, дополнения, направления в ПО при сохранении всей системной организации.
- Компактность – потребление минимальных ресурсов ЭВМ (памяти, времени центр. процессора ЭВМ)
- Мобильность – способность функционирования ПО САПР на различных техн. средствах.
- Надежность – обеспечение – получения достоверных результатов проектирования.
- Реактивность – обеспечение быстрого решения задачи при ориентации на пользователя, не являющегося специалистом в области ВТ и программирования.
- Эволюционируемость — пополнение САПР новыми программами, расширяющими возможности системы.
Модульный принцип построения программ.
Специализированное ПО – это сложный комплекс программ, насчитывающий десятки сотни тысяч операторов алгоритм. языков.
Для успешного создания такого сложного комплекса его разделяют на модули в определенной мере самостоятельные программные компоненты.
Преимущества модульного принципа.
- Степень автономности модулей должна обеспечивать их разработку независимо друг от друга.
Тогда программирование модулей по сформированному ТЗ выполняют параллельно во времени несколько программистов.
Однако модули не должны быть слишком мелкими, т.к. излишнее дробление, т.е. усложнение структуры, приведет к увеличению числа межмодульных связей.
- Модульное построение спец. ПО делят четкой и легче уяснимой его структуру. Это уменьшает число допускаемых при программировании ошибок и упрощает отладку программ.
- Модульное построение спец. ПО делает его более гибким, универсальным и легко адаптируемых к уменьшающимся условиям применения САПР по сравнению с немодульным.
В различных маршрутах проектирования имеет место большое количество близких по содержанию операций, которые могут быть реализованы по типовым программам.
Поэтому при модульном построении спец. ПО создают ограниченное число как типовых, так и нетиповых модулей.
Любой новый заранее непредусмотренный маршрут удается реализовать на основе уже имеющихся модулей или вообще без разработки.
Модульная структура спец. ПО обладает свойством иерархичности. Это означает, что любую совокупность модулей целесообразно считать отдельным модулем. Для этого указания совокупность должна иметь признаки самостоятельной программы или входить как составная часть в несколько сочетаний модулей, реализующих маршруты проектирования.
Источник: studfile.net
Структура программного обеспечения САПР
Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для автоматизированного проектирования. Физически в состав ПО входят:
— документы с текстами программ;
— программы, записанные на машинных носителях информации;
ПО конкретной САПР включает в себя программы и документацию для всех типов ЭВМ, используемых в данной САПР. Составляющие программного обеспечения САПР, а также требования к его разработке и документированию установлены государственными стандартами. ПО САПР подразделяется на общесистемное и специализированное (прикладное).
Общесистемное ПО предназначено для организации функционирования технических средств, т.е. для планирования и управления вычислительным процессом, распределения имеющихся ресурсов. Общесистемное ПО представлено различными операционными системами, содержит набор программных средств, которые предназначены для повышения эффективности использования вычислительных комплексов САПР и производи-тельности труда персонала, обслуживающего эти комплексы. В состав общесистемного ПО включают библиотеки стандартных программ. Для хранения и использования различных данных создаются специальные системы управления базами данных (СУБД).
К функциям общесистемного ПО относятся: управление процессом вычислений; ввод, вывод и частично обработка информации; диалоговая взаимосвязь с пользователем в процессе проектирования; решение общематематических задач; хранение, поиск, сортировка, модификация данных, необходимых при проектировании, защита их целостности и защита от несанкционированного доступа; контроль и диагностика работы вычислительного комплекса.
В специальном ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур.
Специализированное ПО включает в себя прикладные программы и пакеты прикладных программ (ППП), основной функцией которых является получение проектных решений.
Конкретный состав общесистемного ПО зависит от состава технических средств вычислительного комплекса САПР и устанавливаемых режимов обработки информации на этом комплексе.
Структура программного обеспечения САПР. Особенности:
1. Программное обеспечение должно позволять сетевую работу в рамках САПР. Программное обеспечение чаще всего имеет не один пакет прикладных программ, а состоит из очень большого количества пакетов прикладных программ.
2. Программное обеспечение САПР чрезвычайно дорогое. Чаще САПР разрабатывают для группы предприятий. САПР должна легко подстраиваться под конкретного пользователя.
3. При приобретении ПО иностранного производства следует обратить внимание на его адаптацию к национальным стандартам.
4. Программное обеспечение должно предоставлять современные средства и методы интерактивного обучения.
5. ПО должно иметь возможность точного импортирования (экспортирования) данных. Для выполнения этого в состав ПО должны входить встроенные трансляторы данных разных форматов.
Трансляторы данных в нейтральном формате — это универсальный формат данных, наиболее распространенный и часто используемый во всем мире.
Прямые трансляторы позволяют выполнять полную передачу данных о геометрии изделия, потому что используют оригинальный формат базы данных конкретной CAD/CAM-системы.
В общем случае базовая CAD-система должна бесплатно включать набор трансляторов для основных наиболее распространенных форматов обмена данными, типа IGES, VDA, DXF.
Аппаратное обеспечение САПР
САПР — это не только комплекс программных средств, в которые предприятия делают основные вложения, но и солидная аппаратная база, требующая соответствующего материального обеспечения и на несколько лет определяющая стратегию развития САПР как программного комплекса предприятия.
Внедрение САПР необходимо осуществлять как внедрение программно-аппаратного комплекса, обладающего требуемой функциональностью. На рынке САПР каждый год появляются новинки, которые увеличивают функциональность прикладного ПО; революционные прорывы происходят с периодичностью в 3-4 года. Промежуток между заявлением производителя ПО о новой функциональности и началом квалифицированной работы пользователя с нею может составлять до 12 месяцев. Этот же временной интервал характерен и для оптимизации аппаратных ресурсов под вновь приобретаемое ПО.
Вывод: если аппаратный комплекс оптимизировать под существующую функциональность прикладного ПО, а также дать ему некоторый запас прочности, то моральное устаревание комплекса удастся отодвинуть на несколько лет. Попробуем сформулировать основные принципы жизнеспособности аппаратного комплекса:
– дифференциация рабочих мест для плоского и трехмерного проектирования;
– выделение компьютера или группы компьютеров для реализации функций серверов приложений, данных пользователей, различных групповых сервисов;
– организация централизованного резервного копирования информации серверов (обязательно) и отдельных рабочих мест (по степени важности информации);
– выделение устройства вывода для индивидуального доступа каждого пользователя;
– предварительный расчет нагрузки на ЛВС (локальную вычислительную сеть) и оптимизация трафика;
– формирование топологии ЛВС таким образом, чтобы ее надежность была максимальна и не зависела от воздействия внешних факторов;
– выделение места для репликации технической документации (до формата А0+) с целью оптимизации нагрузки на устройства вывода информации на бумажные носители;
– наличие минимального аппарата администрирования комплекса (инженеров IT).
Пользователю доступны практически все типы вычислительных систем, но вопрос о том, какую архитектуру системы выбрать (RISC или CISC), почти всегда однозначно решается в пользу CISC, а если говорить конкретнее — Intel-систем. Преимущества Intel-систем:
— распространенность программного обеспечения;
— существующий уровень образования конечного пользователя;
— несанкционированное использование коммерческих версий программных продуктов;
— отработанная технология ремонта и хорошая ремонтопригодность таких систем.
При этом пользователь забывает о том, что такие системы были созданы «для всего» (принцип all-in-one – все в одном). Универсальная системная архитектура позволяет приложениям выполняться как одинаково хорошо, одинаково средне, так и одинаково плохо.
Преимущества RISC-системы, как правило с UNIX ОС:
— система ориентирована на высокопроизводительные вычисления;
— программное обеспечение имеет отработанные алгоритмы, причем именно на основе этих алгоритмов строится программное обеспечение для Intel-систем;
— система имеет высокую надежность, что практически сводит к минимуму выход техники из строя;
— прикладное программное обеспечение ориентировано на возможности именно этой, конкретной системы;
— все имеющиеся программы на этой вычислительной системе выполняются одинаково хорошо.
Отказ от принципа all-in-one – (все в одном): если расшифровать данное направление развития вычислительного комплекса, то это может выглядеть следующим образом:
— применение процессоров нижнего класса в компьютерах на рабочих местах, предназначенных для 2D-проектирования;
— четкое и однозначное формирование комплекса программного обеспечения как для 2D-, так и для 3D-рабочих мест;
— применение накопителя на жестких дисках минимально возможной емкости в соответствии с требованиями программного комплекса;
— применение RDRAM или DDR RAM в станциях, предназначенных для вычислений в режиме реального времени или визуализации сложных объектов;
— применение графических ускорителей 2D на рабочих местах для двухмерного проектирования;
— применение графических ускорителей с аппаратной реализацией OPEN GL v1.1 (новый стандарт v1.2) для рабочих мест, предназначенных для 3D-визуализации;
— если в вашей системе используются программные продукты Autodesk, то желательно применение Heidi-совместимой графической подсистемы.
Вопрос о рабочем месте для обработки двухмерной информации является принципиально важным. Таких компьютеров в системе может быть до нескольких сотен, а стоимость рабочего места существенно влияет на стоимость всего программно-аппаратного комплекса. В то же время удешевление рабочего места не следует проводить в ущерб его функциональности.Определяющей особенностью рабочего места CAD 2D является оптимизация системы для работы с двухмерной графикой. В качестве видеоконтроллера может быть использована любая современная графическая карта с 19-дюймовым монитором с разрешением 1024×768 или 1280×1024 точек разверткой не менее 75 Гц. Данные режимы работы мониторов наиболее удобны для операторов с точки зрения эргономики и психомоторики и являются оптимальными для приложений CAD 2D.
Ввод информации в САПР
Наиболее распространенный вариант — это ввод информации с бумажных носителей. Сам по себе этот процесс достаточно трудоемкий и, возможно, бывает отягощен плохим качеством бумажных носителей: неравномерность тона бумаги, темные пятна, «размытые» линии. В этом случае применяется профессиональный сканер.
Профессиональные сканеры обеспечивают точностные параметры ввода изображения и позволяют конечному пользователю осуществлять первичную цифровую фильтрацию изображений, блок управления сканером может на основе алгоритмов цифровой обработки информации убирать единичные растровые элементы и создавать равномерные закрытые полигоны. Специальные алгоритмы позволяют восстанавливать целостность линий и в некоторых случаях увеличивать их толщину, что необходимо для последующей обработки информации. При этом скорость ввода информации не теряется. Критичными точностными параметрами сканеров являются линейность и относительная погрешность ввода изображения. В этом случае профессиональные сканеры однозначно предпочтительнее устройств SOHO (Small Office Home Application).
Ввод информации с дизайнерских набросков и эскизов также возможен сканированием бумажных носителей или пленок. Для выполнения эскизов или набросков могут использоваться графические планшеты (дигитайзеры). Посредством стандартного программного обеспечения, поставляемого с планшетами, стала возможна интеграция этих устройств с САПР (например AutoCAD). Наиболее удобный инструмент для ввода этой информации — перо дигитайзера, имеющее вид «обычной» шариковой ручки. В отдельных случаях ввод информации может осуществляться в растровом режиме.
Все профессиональные сканеры легко и удобно интегрируются в архивы электронных документов; это одно из основных отличий профессионального оборудования от бытового.
Также возможны другие варианты ввода информации:
с клавиатуры или манипулятора «мышь», импорт данных из файлов.
Последний этап — получение твердой копии объекта. Этот этап техпроцесса заключается в выводе информации на плоттер. Механизм вывода может быть различен, но наиболее эффективным будет организация сервера печати и механизма очередей.
Механизм очередей помогает упростить удаленное администрирование сервера печати и справиться с повышенным расходом бумажных носителей, связанным с ошибочным выводом на печать. В проектных организациях, имеющих большой объем печатных работ, при использовании механизма очередей печати целесообразно применять плоттеры с непрерывной подачей чернил. Это связано с тем, что объем танков с чернилами значительно превышает объем картриджей; кроме того, существует возможность пополнения запаса чернил в процессе работы устройства.
Источник: infopedia.su