Методи побудови теоретичних функціональних моделей:

Для одержання теоретичних розподілених математичних моделей ви-користовуються фундаментальні фізичні закони: закони збереження маси,

енергії, кількості руху. Потім до них доповнюються граничні умови і ММ -

готова.

В основі одержання зосереджених моделей лежать також відомі зако-ни, принципи та гіпотези, які мають менш загальний характер: основний закон динаміки поступального та обертового руху, принцип складання швидкостей, закон Гука, гіпотеза плоских перерізів і т. інше.

Методи побудови експериментальних функціональних моделей

Для одержання статичних моделей використовується математичний апарат теорії планування експерименту, при якому ММ одержані у вигляді алгебраїчного рівняння виду Y = F (Q) - функція відкликання.

Для одержання динамічних моделей використовується метод індентифікації.

3.4 Критерій оцінки якості функціонування

Критерій оцінки якості функціонування - це кількісна міра якості об’єкту, що проектується і по суті своїй є математичним (формальним) еквіва-лентом мети проектування. Критерій якості функціонування ще називають функціоналом якості.

В залежності від мети проектування, як правило, необхідно найти або максимальне або мінімальне значення функціонала (критерія) якості. Рідше зустрічаються задачі, коли необхідно визначити його максимальне або мінімальне значення.

Проектування ніколи не ведеться “взагалі”, а переслідує деякі конкретні цілі і головна із них- це одержати нейкраще, оптимальне рішення. Як це оцінити? Краще, - оптимальне.

Функціонал якості дозволяє при виборі проектного рішення надавати перевагу тому чи іншому варіанту, тобто він є критерієм ефективності рі-шень, що приймаються. Розрізняють векторний і скалярний критерії ефективності.

Векторний критерій ефективності формулюється тоді, коли ставиться задача одержання декількох найкращих характеристик об’єкту проектування. В цьому випадку критерій якості функціонування є вектором

І = (І₁, І₂, ... , І_р), а його складові І_j, J=1, p, які називаються частковими критеріями, приставляють у функціоналі якості кожну таку характеристику.

Скалярний критерій ефективності - це такий критерій, який складає-

ється із одного (часткового) критерія.

В залежності від задач проетування, частковий критерій I_j та скалярний І можуть бути або функціоналом або функціями.

Цільовий функціонал формулюється коли числове значення критерію І визначається заданням набору функцій U (t) = (U₁(t), U₂(t), ... U_s(t)), який називається керуючим та визначеним на деякому часовому інтервалі

змінної t. Критерії такого типу, як правило, формуються при проектуванні керованих динамічних систем, ММ котрих або розподілені, або зосереджені. В якості незалежної змінної t можуть виступати або просторові координати або інші фізичні змінні.

4. Морфологічний опис об’єктів і процедур

4.1. Топологічні моделі - відображають склад та взаємозв’язок елементів елементів проектування. Їх частіше всього використовують для опису об’єктів, що складаються з великої кількості окремих елементів при розв’яз-ку таких задач конструкторського проектування, як задачі компоновки, тра-сування з’єднань та прив’язки конструктивних елементів.

Топологічні моделі можуть мати форму графів, таблиць, списків, мат-риць, а для маніпулювання на ЕОМ з такою моделлю, вона представляється у вигляді спеціальних матриць: сумістності та інцидентності.

4.2. Геометричні моделі - це сукупність відомостей, які однозначно визначають форму геометричного об’єкту. Геометричні моделі можуть бути представлені сукупністю рівнянь ліній та поверхонь, алгебраїчними співвідношеннями, графами, списками, таблицями, описами на спеціальних графіч-них мовах.

5. Методи та алгоритми проектних операцій і процедур

5.1 Методи та алгоритми аналізу

Методи та алгоритми аналізу (як одноваріантного, так і багатоваріант- ного) призначені для визначення якостей та чередування працездатності об’єктів проектування.

По суті своїй, в задачу цих методів та алгоритмів входить розв’язок деякої функціональної ММ відносно вектора вихідних параметрів Y при ві-домих обмеженнях на зовнішні та внутрішні параметри, як на просторово- часові координати.

Методи аналізу залежать від введення конкретної ММ, яка описує об’єкт проектування і залежать від процедур аналізу. Оскільки в нашій практиці використовуються, в основному, розподілені та зосереджені математичні моделі, а також ММ у вигляді трансцендентних та алгебраїчних рівнянь, той застосувуються відповідні методи аналізу :

- методи розв’язку диференціальних рівнянь в часткових похідних;

- методи розв’язку звичайних диференціальних рівнянь;

- методи розв’язку трансцендентних рівнянь;

- методи розв’язку систем лінійних алгебраїчних рівнянь.

5.2. Методи та алгоритми параметричного синтезу

Задачею параметричного синтезу є визначення найкращих (оптималь-них) значень внутрішніх (керованих) параметрів для вибраної структури об’єкту з врахуванням всіх вимог ТЗ на об’єкт, що проектується (умов праце-здатності, обмежень конструкторського та технологічного характеру і т. інше).

Звідси, методи і алгоритми параметричного синтезу повинні забезпечу-вати досягнення цієї задачі.

На даний час є велика кількість докладно розроблених методів параметричного синтезу. Конкретний вибір того чи іншого метода залежить від конкретної постановки задачі параметричного синтезу (таких задач в складі процедури параметричного синтезу може бути декілька) та від виду кретерія якості.

Більшість задач параметричного синтезу зводиться до задач оптимізації, які в найбільш загальному формулюються слідуючим чином: при заданих значеннях зовнішніх параметрів q знайти такі значення внутрішніх (керованих) параметрів X_i, з області допустимих значень, при яких знайдуться шля-хом аналізу ММ вихідні параметри Y_j , що задовільняють умовам працездатності, а критерій (функціонал) якості досягне екстремального значення.

У випадку, якщо критерій якості має вид цільової функції, що частіше всього зустрічається в задачах оптимізації, а отже - параметричного синтеза. Задача оптимізації зводиться до задачі математичного програмування:

extr F(x) ( 4. 9.)

x x_Д,

тобто, необхідно знайти екстремум цільової функції F(x) в межах допустимої області X_Д зміни керованих параметрів X. Область X_Д може задаватись сукупністю обмежень типу нерівності та рівності.

В залежності від виду цільової функції F та обмежень на керовані пара-метри розрізняють:

- задачу безумовної оптимізації, коли відсутні обмеження на X (екстре- мум знаходиться в межах необмеженого простору);

- задачу умовної оптимізації;

- задачу лінійного програмування;

- задачу нелінійного програмування;

- задачу випуклого програмування (задачі квадратичного та геометрич-ного програмування).

5.3. Методи та алгоритми структурного синтезу

Задача структурного синтезу полягає у виборі принципу дії технічного об’єкту і у визначенні оптимальної структури об’єкту для реалізації заданої функції.

На відміну від розглянутих вище процедур аналізу і параметричного синтезу, процедура структурного синтезу найбільш тяжко піддається формалізації.

В той же час, подальше підвищення ступеню автоматизації проектування залежить, в перщу чергу, від успіхів в розробці ММ та алгоритмів.

5. Тема : Програмне забезпечення САПР.

План

1. Загальна характеристика ПЗ САПР, його основні функції.

2. Склад і структура ПЗ САПР. Вимоги до ПЗ САПР.

3. Спеціалізоване ПЗ САПР, його призначення і структура.

(2 години).

1. Загальна характеристика програмного забезпечення САПР, його основні функції

Програмне забезпечення займає особливе місце в САПР, так як в програмах реалізуються методи та алгоритми автоматизованого проектування. ПЗ САПР відноситься до складних програмних систем. На розробку ПЗ САПР витрачається до 90 % коштів, які виділяються на створення САПР.

Програмне забезпечення САПР являє собою сукупність програм на машинних носіях з необхідною програмною документацією, яка призначена для виконання автоматизованого проектування (ГОСТ 23501.4- 79).

Все програмне забезпечення САПР поділяється на базове, загальносистемне та спеціалізоване.

А. Базове ПЗ поставлється разом із засобами обчислювальної техніки (ЗОТ) і не є об’єктом розробки при створенні ПЗ САПР, тому в подальшому розглядатись не буде.

Б. Загальносистемне ПЗ є інваріантним до об’єктів проектування.

Основними функціями загальносистемного ПЗ САПР є: управління процесом розрахунків; введення, виведення та обробка інструкцій користувачів; діалоговий взаємозв’язок з користувачем в процесі проектування; зберігання, пошук, аналіз, модифікація даних, захист їх цілостності; розв’язок загальносистемних задач; контроль і діагностика в процесі розв’язку задач проектування.

До складу загальносистемного ПЗ входять: моніторна діалогова система; системи управління базами даних (СУБД) та інформаційно-пошукова; геометричні та графічні процесори; засоби формування графічної та текстової інформації; засоби для виконання загальнотехнічних розрахунків.

В. Спеціалізоване ПЗ функціонує в операційному середовищі, яке складається з базового і загальносистемного ПЗ. Його метою є реалізація алгоритмів автоматизованого проектування і одержання проектних рішень.

До складу спеціалізованого ПЗ входять: пакети прикладних програм

(ППП), які реалізують ці функції (розрахунки, аналіз, синтез і т.д.).

Взаємодію спеціалізованного, загальносистемного і базового ПЗ з технічними засобами САПР можно виразити наступною схемою:

Інструментальні ПК являють собою технологічні засоби, які призначені для, розвитку та модернізації ПЗ САПР.

Проектуючі ПК - призначені для одержання закінченого проектного рішення і входять в склад проектуючих підсистем САПР (як складові частини відповідних програмно- методичних комплексів (ПМК).

Базове ПЗ

Загальносистемне П Спеціалізоване ПЗ

Рис.5.1.

.

2. Склад і структура ПЗ САПР

Програмне забезпечення САПР, так як і сама САПР підрозділяється:

Рис 5.2.

Проектуючі ПК підрозділяються на:

- проблемно-орієнтовані проектуючі ПК- виконують уніфіковані проектні процедури, які не залежать від об’єкту проектування (параметричний та структурний аналіз та синтез);

- об’єктно- орієнтовані- використовуються для проектування об’єктів визначеного класу.

Проектуючі ПК входять в склад спеціалізованого програмного забезпечення (ПЗ).

Обслуговуючі ПК - призначені для підтримання працездатності проектуючих ПК та входять в склад обслуговуючих підсистем САПР. Обслуговуючі ПК відносяться до загальносистемного ПЗ САПР.

В якості основного варіанту розглянемо структуру ПЗ однорівневої САПР на базі АРМу:

Структура ПЗ однорівневої САПР на базі АРМу