1.2. Лингвистическое обеспечение. Информационное обеспечение САПР. Технические средства САПР

 

   В результате изучения темы  обучающийся должен

   иметь представление: об лингвистическом и информационном обеспечении САПР; о современных САПР для обеспечения потребностей материалообрабатывающего производства;

   знать: понятия: лингвистическое обеспечение, информационное обеспечение; требования к техническим средствам САПР.

 

   Лингвистическое обеспечение – совокупность языков, используемых в процессе разработки и эксплуатации САПР.

   Под «языком» понимается любое средство общения, любая система символов и знаков для представления и обмена информацией.

   Лингвистическое обеспечение образуется следующими языками:

  • программирования;

  • управления;

  • проектирования.

   Языки программирования необходимы для создания программного обеспечения при разработке САПР. В принципе языки программирования относят и к программному обеспечению САПР. Здесь мы их подробно рассматривать не будем, информация о них приведена в специальной литературе. Напомним лишь, что к наиболее распространенным языкам программирования относятся Pascal, Fortran, Basic, Си (различных версий). В настоящее время на их базе разработаны и повсеместно используются среды программирования такие, как, соответственно, Delphi, Visual Fortran, Visual Basic, Visual Си (также различных версий).

   Языки управления служат для управления ЭВМ, периферийными устройствами. Это операционная система Windows, драйверы принтеров и т.д. Эти языки также относят и к программному обеспечению САПР. Они в требуемом в данном курсе объеме были описаны ранее.

   Языки проектирования ориентированы на пользователей – проектировщиков и предназначены для эксплуатации САПР, в том числе и САПР технологических процессов (САПР ТП). На них мы и остановимся более подробно. Эта группа языков делится на:

  • входные;

  • внутренние;

  • выходные.

   Входные языки являются средством взаимодействия конечного пользователя с САПР, например, в ходе подготовки и ввода исходных данных или формирования проблемы.

   Внутренние языки обычно скрыты от рядового пользователя и служат для представления информации, передаваемой между различными подсистемами САПР и ЭВМ.

   Выходные языки обеспечивают оформление результатов проектирования в текстовом или графическом виде.

   Такое деление языков проектирования можно назвать классическим. В различных САПР ТП они могут применяться с различной степенью развернутости и в различном исполнении. В одних САПР ТП, реализующих, например, принцип синтеза технологических процессов, информация о детали для автоматического проектирования варианта ТП вводится единовременно. В других подобных системах применяется диалоговое проектирование (диалоговый синтез) ТП, и в них информация о детали вводится постепенно по ходу проектирования технологического процесса.

   Так или иначе место языков проектирования на различных этапах переработки информации в САПР ТП (один из вариантов) показано на рис. 1.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2 – Преобразование информации в САПР

  

   Языки проектирования, построенные на базе классификации

   Эти языки применяются для укрупненного описания детали с целью поиска в базе данных ее аналога и типового (группового) технологического процесса. Эти языки разного исполнения, но построены, как правило, на базе известных классификаторов:

  1. «Общесоюзного классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП)»;

  2. «Технологического классификатора деталей машиностроения и приборостроения».

   Процесс кодирования сведений о детали заключается в присвоении ей цифрового кода по ОКП и дополнения его кодами основных технологических признаков. Схема (структура) конструкторско - технологического кода детали показана в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 –  Схема конструкторско - технологического кода детали

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Позиции с1 по 14 представляют собой конструкторский код детали, с 15 по 28 – технологический код детали.        Позиции с 5 по 14 – код конструктивных признаков детали,

с 15 по 20 – основной технологический код, с 21 по 28 – дополнительный технологический код.

   Конструктивное кодирование основано на разбиении всего множества деталей сначала на классы (тела вращения, корпусные детали и т.д.), затем каждого класса - на подклассы (для тел вращения – осей, валов и т.д.) и т.д. и присвоении каждому классу, подклассу и т.д. цифрового кода (номера).

   Фрагмент технологического кодификатора показан ниже в табл. 1.2 и 1.3.

Таблица 1.2 – Кодификатор размерной характеристики (фрагмент)

 

 

 

 

 

 

   Кроме определения конструкторско – технологического кода в некоторых языках дополнительно запрашивается другая информация о детали. Она бывает необходимой для автоматического назначения оборудования, нормирования технологического процесса и т.д.

 

Языки для диалогового проектирования технологических процессов

 

   Исполнения таких языков разные. Это зависит от их разработки конкретными авторами или группами разработчиков. Кратко рассмотрим такой язык, применяемый для диалогового проектирования технологических процессов в рамках САПР ТП «ТехноПро»

(автор – Лихачев Андрей Андреевич, распространяется АО «Топ системы»).

   Сразу следует отметить, что данная САПР ТП построена на основе СУБД Microsoft Access и поэтому многие сценарии работы естественным образом повторяют действия по работе с данной средой.

   При проектировании технологического процесса в системе «ТехноПро» технолог общается с ЭВМ на языке, максимально приближенном к его предметной области. Он оперирует со знакомыми ему понятиями: деталь, операция, переход, карта, эскиз и т.д. Сведения о детали можно вводить с клавиатуры или считывать с введенного заранее в системе T-FLEX электронного чертежа – см. рис. 1.3.

 

 

Рисунок 1.3 – Ввод общих сведений о детали в САПР ТП «ТехноПро»

 

   Форма для ввода информации, представленная на рисунке содержит привычные для Access и для Windows кнопки, поля, закладки и др. элементы.

   На рис. 1.4 и 1.5 показаны формы для заполнения содержания операций и переходов соответственно. Маршрут операций и переходов представлены в виде «дерева», что упрощает формирование технологического процесса.      Порядок следования операций или переходов можно изменять нажатием кнопок со стрелками вверх или вниз, при этом номера операций или переходов пересчитываются автоматически.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4 – Заполнение содержания операции в САПР ТП «ТехноПро»

 

 

 

 

 

Рисунок 1.5 – Заполнение содержания перехода в САПР ТП «ТехноПро»

 

Выходные языки

 

   Выходные языки, напомним, предназначены для оформления результатов проектирования. В САПР ТП результатом проектирования являются технологические карты: маршрутная, маршрутно – операционная, операционная, эскизов и др. документы. Поэтому любая современная САПР ТП формирует эти документы и предоставляет пользователю возможность при необходимости их скорректировать и распечатать.

   В частности в САПР ТП «ТехноПро» выходные документы формируются в среде текстового редактора Microsoft Word, в который передаются выходные данные из системы – рис. 1.6.

 

 

Рисунок 1.6 – Пример сформированной карты технологического процесса

 

   Такой подход представляется весьма удобным как с точки зрения разработчиков САПР ТП, так и ее пользователей.  Разработчикам не нужно создавать собственный текстовый редактор, что непросто, трудоемко, да и бессмысленно. Пользователи же (представляется, что большинство из них) владеют хотя бы основными навыками работы в современном и самом распространенном текстовом редакторе Microsoft Word и им не нужно затрачивать время на освоения другого текстового редактора.

 

Информационное обеспечение САПР

 

   Информационное обеспечение (ИО) САПР - это документы, содержащие описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов.

   Для выполнения процедур автоматизированного проектирования требуется определенное ИО - совокупность исходных данных, подлежащих обработке. Эти исходные данные характеризуют связи между САПР и внешней средой, между различными уровнями и этапами проектирования в самой САПР, отражают накопленный опыт предприятий. Данные могут поступать в САПР извне или быть результатом выполнения некоторых предшествующих операций и процедур. Исходные данные (информация), используемые в САПР, условно можно разделить на переменную, условно-постоянную и производную информацию. К переменной относится геометрическая и технологическая информация о конкретной детали или проектируемом объекте. Эта информация вводится в ОЗУ каждый раз при проектировании нового технологического процесса на конкретную деталь.

    Условно-постоянная информация (данные), состоящая из справочной и методической информации, включает сведения об имеющихся на предприятии нормализованных узлах и деталях, оборудовании, оснастке, нормализованном режущем инструменте и т. п. Эти данные являются достаточно стабильными и постоянно хранятся во внешней памяти ЭВМ.

   Производная информация формируется на различных этапах процесса проектирования и применительно к САПР ТП содержит сведения о маршруте обработки заготовки, технологических операциях и переходах и др.

   Вся эта информация может быть представлена на естественных языках, языках программирования, входных и выходных языках подсистем САПР или на некотором внутреннем языке и составляет базу данных (БД). Т. е. база данных - структуированная совокупность данных. Наименьшая единица описания данных называется элементом описания. Далее следуют-сегмент-запись-файл-БД.

   Данные из БД могут использовать как непосредственно люди, так и прикладные программы. Все функции по связи БД с пользователями выполняет программное обеспечение, называемое системой управления базой данных (СУБД), состоящее из языковых и программных средств, предназначенных для создания БД прикладными программами, а также непосредственно пользователями-непрограммистами.

   Совокупность БД и СУБД, а также технические, языковые и организационные средства, предназначенные для централизованного накопления и коллективного многоаспектного использования данных, называются банком данных (БНД).

   К банкам данных предъявляют следующие основные требования:

   - полнота информации. Подразумевается, что в БНД должны иметься сведения, определяемые нормативными документами и результатами ранее выполненных проектных процедур;

   - достоверность информации. Данные в БНД должны быть корректными. Все изменения должны вноситься своевременно и согласованно во все взаимосвязанные части БД;

   - неизбыточность информации (сокращение избыточности). Означает нецелесообразность хранения одних и тех же сведений в разных формах представления в различных частях (массивах) БД и на различных физических носителях информации;

   - малое время доступа к данным;

   - минимизация затрат памяти. Это требование обеспечивается, если устранена избыточность информации;

   - защита данных от несанкционированного доступа (разграничение доступа). Особенно строгие ограничения имеют место в отношении операций обновления данных многопользовательского характера;

   - обеспечение независимости представления данных в прикладных программах от типов запоминающего устройства и способов их физической организации.

    Различают два уровня представления данных в БД: логический и физический.

   На логическом уровне данные представляются в виде, удобном для использования в прикладных программах или непосредственно проектировщиками. То есть такое представление БД отражает состав и связи между элементами сведений без указаний о размещении информации в конкретных запоминающих устройствах.

 Физический уровень представления данных отражает способ хранения и структуру данных с учётом их расположения на носителях информации в запоминающих устройствах ЭВМ,

  Важнейшим понятием БНД является модель данных - формализованное описание, отражающее состав и типы данных, а также взаимосвязи между ними. Модели данных классифицируются по ряду признаков.

  В зависимости от объёма описываемой информации на логическом уровне различают внешнюю и внутреннюю модели данных,

   Внешняя модель данных описывает структуру информации, относящейся к некоторой конкретной процедуре или к группе родственных проектных процедур.

   Внутренняя (логическая) модель данных объединяет все подсхемы БД.

   По способам отражения связей между данными на логическом уровне различают модели - иерархическую, сетевую и реляционную.

    Модель называют сетевой, если данные и их связи имеют структуру графа.

    Если структура отражаемых связей представлена в виде дерева, то модель называют иерархической.

    Представление данных в форме таблиц соответствует реляционной модели данных.

   Задание модели данных в БД осуществляется на специальном языке описания данных (ЯОД). ЯОД представляет собой совокупность директив, построенных в соответствии с выбранной моделью данных.

   Прикладные программы, использующие БНД, записываются на некотором алгоритмическом языке (ФОРТРАН, ПЛ/1 и др. ) называемом включающим языком. Для обеспечения взаимодействия с БНД эти программы должны быть введены оператором обращения к СУБД. Совокупность операторов обращения к СУБД из прикладных программ составляет язык манипулирования данными (ЯМД). Основные операции с данными, выполняемые средствами ЯМД следующие:

   - поиск информации по заданным поисковым признакам в БД;

   - включение в БД новых записей;

   - удаление из БД лишних или ненужных в дальнейшем записей;

   - изменение значений элементов данных в записях.

   БНД - сложная информационно-программная система, функционирование которой невозможно выполнить в автоматическом режиме. Контроль за ее состоянием и управлением режимами осуществляется человеком или группой лиц, называемых администратором БНД.

     Взаимосвязь БД с прикладными программами представлена на рисунке 1.7.

   Совокупность моделей данных и операций, определенных над ними, называется подходом. В соответствии с моделями данных различают реляционный, сетевой и иерархические подходы.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.7 – Взаимосвязь БД с прикладными программами:

 

    ППА, ППб – прикладные программы пользователей а и б; РОа , РОб – рабочие области пользователей а и б; ВШа,   ВШб – внешние модели данных; ВН – внутренняя логическая модель данных; СБ – системный буфер

настоящее время наибольшее распространение получили иерархические и сетевые СУБД. Однако реляционные  СУБД, несмотря на трудность их программной реализации, позволяют более удобно для пользователя описать структуру данных и манипулирование ими.

   Тип организаций СУБД определяется также степенью структурированности записей в составе БД. Сильно структурированная запись - запись, построенная в соответствии с фиксированным, заранее определенным форматом всех элементов описания. Фактографические СУБД-СУБД, предназначенные для хранения сильно структурированных записей. СУБД со слабоструктурированной записью называются документальными или информационно-поисковыми системами (ИПС).

     Базы данных бывают также сосредоточенные, если они сконцентрированы в одном узле, или распределенными в противном случае.

  Если информационное обслуживание с помощью БД относится ко всей САПР, то БД является общей (интегрированной или центральной), если к отдельной проектирующей подсистеме САПР, то БД -локальная.

 

Технические средства САПР

 

 Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования, называется техническим обеспечением САПР.

   Технические средства совместно с общими системным программным обеспечением являются инструментальной базой САПР. Они образуют физическую среду, в которой реализуются другие виды обеспечения САПР (математическое, лингвистическое, информационное и пр.).

    Технические средства в САПР решают задачи:

    - ввода исходных данных описания объекта проектирования;

    - отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;

    - преобразования информации (изменения формы представления данных, перекодировки, трансляции, выполнения арифметических и логических операций, изменения структуры данных и т. п. );

    - хранения различной информации;

    - отображения итоговых и промежуточных результатов решения;

    - оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.

  Для решения этих задач технические средства (ТС) САПР должны содержать процессоры, оперативную память (ОП), внешние запоминающие устройства (ВЗУ), устройства ввода-вывода информации (УВВИ), технические средства машинной графики, устройства оперативного общения человека с ЭВМ, устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами. При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в составе ТС должны быть включены устройства, приобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками, технологическими комплексами, автоматами. Номенклатура ТС, входящих в комплекс технических средств (КТС) САПР следующая:

  1 ЭВМ (центральные процессоры, специализированные процессоры, оперативная память, процессоры ввода-вывода, устройства сопряжения интерфейсов)

   2 Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, накопители на гибких магнитных дисках, накопители на магнитной ленте)

 3 Устройства ввода-вывода информации (устройства ввода-вывода с перфокарт, устройства ввода-вывода с перфолент, печатающие устройства, устройства вывода на микрофиши, растровые печатающие устройства)

 4 Устройства оперативной связи с ЭВМ (алфавитно-цифровые дисплеи, устройства речевого ввода-вывода, устройства управления курсором, графические дисплеи)

 5 Устройства машинной графики (устройства кодирования графической информации, графопостроители, графические дисплеи, устройства управления курсором, растровые печатающие устройства)

   6 Устройства подготовки данных

   7 Устройства связи с технологическим оборудованием

  8 Технические средства теледоступа и сетей ЭВМ (мультиплексоры передачи данных, аппаратура передачи данных, сетевые контролеры, связные процессоры, каналы связи).

  Перечисленные задачи ТС решают совместно с общесистемным программным обеспечением. Под общесистемным программным обеспечением подразумеваются операционные системы (ОС) ЭВМ. Совокупность технических средств ЭВМ и ее программного обеспечения называют вычислительной системой (ВС).

 Характеристики конкретной САПР в значительной степени определяются составом КТС и общесистемного программного обеспечения, которые должны обеспечивать:

  - производительность ЭВМ, достаточную для решения всех проектных задач;

возможность оперативного взаимодействия проектировщика с ЭВМ в процессе проектирования;

  - простоту освоения, эксплуатации и обслуживания КТС;

  - открытость КТС для реконфигурации и дальнейшего развития;

  - широкое использование входной и выходной графической информации о проектируемом объекте;

  - информационную связь между различными уровнями проектирования.

 

Контрольные вопросы

 

   1. Какими языками образуется лингвистическое обеспечение САПР?

   2. Для чего служат языки программирования?

   3. Предназначение языков управления?

   4. Перечислите основные языки проектирования?

   5. Для чего служат входные языки в САПР?

   6. Назначение внутренних языков САПР?

   7. Что обеспечивают входные языки?

   8. Что входит в информационное обеспечение САПР? 

   9. Объясните взаимосвязь БД с прикладными программами?

  10. Перечислите и объясните назначение технических средств САПР.

2.1.jpg
табл.1.1.jpg
табл.1.2.jpg
2.2.jpg
2.3.jpg
2.4.jpg
2.5.jpg
2.6.jpg