Рассмотрим пример кодового обозначения САПР ТП механической обработки для гибких производственных систем: 2. Механообработки ТВ.1.3.3.5.3.1.

Символы кода расшифровываются так: 2 - САПР проектирует ТП из­ делии машиностроения; механообработки ТВ - разновидность объекта - технологические процессы механической обработки деталей типа тела вра­ щения; 1 - число составных частей объекта (технологических операции) до 102; 3 - доля автоматизированных проектных процедур более 50%; 3 - система автоматизирует все этапы проектирования; 5 - система выпускает документы на двух типах носителей; 3 - число выпускаемых документов в пересчете на формат А4 свыше 106; 1 - система одноуровневая - использует ПЭВМ со штатным набором периферийных устройств.

7.4. Интеграция САПР

Конструирование изделия, функциональный анализ, разработка чер­ тежной документации, проектирование ТП и управляющих программ для станков с ЧПУ - все эти задачи решаются с применением целого ряда авто­ матизированных систем. Однако в условиях жестких требований к срокам технической подготовки производства и повышению качества изделий необ­ ходимо объединение этих систем в единую интегрированную систему. При полной интеграции такая система предназначена для автоматизированного решения задач функционального, конструкторского, технологического про­ ектирования и производства. Рассмотрим компоненты интегрированной сис­ темы.

Система автоматизированного проектирования изделий (САПР И). или CAD (Computer Aided Design - проектирование с помощью компьютера), выполняет: объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерный анализ, оценку проектных решений, получение чертежей. Иногда исследова­ тельскую САПР изделий выделяют в самостоятельную автоматизированную систему научных исследований (АСНИ). АСНИ, или САН (Computer Aided Engineering - проработка, инженерный анализ с помощью компьютера), мо­ делирует функционирование объекта, исследует его поведение, т.е. автома­ тизирует функциональное проектирование.

АСТПП, или САРР (Computer Automated Process Planning - компью­ терно-автоматизированное планирование технологического процесса), как уже отмечалось, выполняет разработку ТП, СТО, управляющих программ, нормирование. Разработанная технологическая документация (маршрутные, операционные карты) доводится дб рабочих мест. Более конкретное описа­ ние обработки на оборудовании с ЧПУ - в виде кадров УП - вводится в сис­ тему автоматизированного управления производственным оборудованием (АСУПР). или САМ (Computer Aided Manufacturing - производство с помо­ щью компьютера).

Связь систем осуществляется через локальную вычислительную сеть (ЛВС), или LAN (Local Area Network - сеть локальной области).

Стратегическая концепция создания CIM охватывает процессы проек­ тирования, изготовления и сбыта продукции. Проектирование должно начи­ наться с вопросов изучения конъюнктуры рынка и кончаться вопросами дос­ тавки продукции потребителю. Перечисленные системы составляют CIM при условии управления и координации их работы общей автоматизированной системой управления (АСУ) производством, или PPS (Production Planning System - система планирования производства).

Система управления производством делится на четыре уровня: 1 - заводской (уровень предприятия - АСУП);

И- межцеховой; III - цеховой;

IV - уровень производственного оборудования, транспортных систем - АСУПР

I - на уровне предприятия осуществляется:

-управление коммерческой деятельностью, включая маркетинг, управление сбытом и материально-техническим снабжением;

-управление экономической деятельностью, включая бухгалтерский учет и расчет технико-экономических показателей (ТЭН);

-управление технической подготовкой производства;

-управление социальным развитием.

II - на межцеювом уровне осуществляется управление производст­ вом, включая производственно-диспетчерское управление, производствен­ ную кооперацию и управление качеством, а также вспомогательным произ­ водством, включая инструментальное хозяйство, ремонтные службы, транс­ портный цех, энергохозяйство и др.

III - на цеховом уровне осуществляется внутрицеховое управление

как в основном, так и во вспомогательном производствах.

IV - на нижнем уровне осуществляется управление комплексами оборудования различного вида и степени автоматизации - механообрабаты­ вающими, сборочными, трансиортно-складскими.

Для организации единого информационного пространства, приема информации от различных систем и поддерживания механизма ведения вер­ сий документов используются PDM-системы (PDM - Product Data Manage­ ment - система управления данными об изделии). Наличие обшей базы дан­ ных об изделии позволяет организовать процесс параллельного проектирова­ ния, при котором каждый последующий этап может быть начат еще до того, как закончен предыдущий. Это существенно сокращает сроки проектирова­ ния.

7.5.1. Классификация технических средств

Техническое обеспечение - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для автоматизи­ рованного проектирования.

Технические (аппаратные) средства - средства, используемые для об­ работки информации, т.е. все механическое, электрическое и электронное оборудование, используемое в вычислительной технике. С помощью техни­ ческих средств обеспечивается ввод исходной информации и отображение результатов, хранение информации и доступ к базам данных и знаний, пере­ дача информации на расстояние, диалоговый режим работы, рациональное распределение ресурсов ЭВМ между коллективом пользователей.

Технические средства (устройства) подразделяются на шесть групп в зависимости от выполняемых функций:

1)устройства ввода информации;

2)устройства программной обработки информации;

3)устройства отображения;

4)устройства передачи данных;

5)устройства ведения архива;

6)устройства вывода информации.

Устройства ввода информации в ЭВМ включают в себя клавиатуру, сканер, дигитайзер и другие устройства ввода.

Клавиатура является основным устройством ввода и похожа на кла­ виатуру пишущей машинки. Она содержит клавиши букв русского и латин­ ского алфавитов. На клавиатуре могут размещаться от 70 до 101 клавиш. Многие клавиши имеют двойное или тройное значение, их переключение осуществляется с помощью специальных клавиш. В состав клавиатуры включается набор функциональных клавиш, которые формируют управляю­ щие команды.

Сканер преобразовывает бумажный вариант печатного текста или графического изображения в электронный. «Прочитанный» текст или «про­ смотренный» рисунок дешифруется (распознается) специальной программой и превращается в файл. Результат работы сканера зависит от качества ориги­ нала (четкость рисунка, символов, стабильность размеров символов, насы­ щенность цвета). Поэтому считывание с оригинала блеклого цвета дает файл с большим числом нераспознанных или ошибочных символов. Их придется корректировать вручную, обычными средствами редактирования файлов. Системы распознавания рукописного текста в настоящее время существуют только в экспериментальных экземплярах.

Дигитайзер - кодирующий планшет для ввода графических данных (чертежей, схем, рисунков), состоящий из плоской панели и чувствительного элемента визира со встроенной лупой и кнопками.

Устройства программной обработки информации осуществляют прием информации с устройств ввода или каналов связи, обработку инфор­ мации по заложенной программе, накопление, выдачу информации на уст­ ройства отображения, вывода и в каналы связи. Эти функции выполняет цен­ тральный процессор ЭВМ, который включает в себя арифметико-логическое, управляющее и оперативное запоминающее устройства.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет преобразова­ ния данных, предписанные командами программ: арифметические действия над числами, преобразования кодов, сравнение слов и др.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная па­ мять, предназначено для размещения программ, а также для временного хра­ нения каких-то частей входных данных и промежуточных результатов. Сле­ дует подчеркнуть, что оперативная память хранит данные лишь при постоян­ ном электропитании, т.е. она энергозависима. Данные в этой памяти стира­ ются после выключения или перегрузки компьютера.

Управляющее устройство (УУ) осуществляет координацию работы всех устройств. В определенной последовательности оно извлекает из ОЗУ команду за командой. Каждая команда декодируется; если требуется, из ука­ занных в ней ячеек ОЗУ передаются в АЛУ (или наоборот) элементы данных; АЛУ настраивается на выполнение действия, предписанного командой (в этом действии могут участвовать и устройства ввода-вывода); дается коман­ да на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не сложится одна из следующих ситуаций:

-исчерпаны входные данные;

-с одного из входных устройств поступила команда на прекращение

работы;

-выключено питание ЭВМ.

Устройства отображения используются для визуального контроля процессов и управления вычислительной системой. К устройствам отобра­ жения относится дисплей (display - показывать, выставлять). Дисплей, ис­ пользуемый для контроля, корректировки и управления, называется монито­ ром.

Дисплеи бывают цветные и монохромные (одноцветные), алфавитноцифровые, графические, аналоговые (для вывода результатов решения задач в виде визуально наблюдаемых кривых) и др.

Для преобразования данных, подлежащих отображению на экране монитора, в видеосигнал служит видеоадаптер (другие названия - видеопла­ та, видеокарта). Видеоадаптер размещен в системном блоке и имеет два ре­ жима работы - текстовый и графический.

В текстовом режиме экран разбивается на 25 строк по 80 позиций в каждой строке. В каждую позицию может быть выведен символ или знак. В графическом режиме изображение формируется совокупностью точек разно­ го цвета и интенсивности.

Модемы передают информацию со скоростями от 300 до 28 800 бод (1 бод = 1 бит в секунду) и выше.

Устройства ведения архива предназначены для записи, хранения и воспроизведения проектных решений, баз данных, программ и представлены внешними запоминающими устройствами (ВЗУ). ВЗУ составляют внешнюю память ЭВМ; в отличие от оперативной памяти внешняя память сохраняется и при отключении питания. Основные показатели ВЗУ - емкость, среднее время доступа к информации, скорость передачи данных в ОЗУ.

По способу доступа к информации ВЗУ делятся на два класса: с пря­ мым доступом - накопители на магнитных дисках, на оптических дисках; с последовательным доступом - накопители на магнитной ленте.

Накопитель - это совокупность носителя информации и устройства записи / чтения информации (дисковода). Носители информации на дисках могут быть трех видов: жесткий несъемный диск (винчестер HDD); сменный гибкий диск (дискета FDD); лазерный компакт-диск (CD-ROM). Компактдиск (CD) предназначен только для воспроизведения информации и не по­ зволяет что-то записывать. Существуют пишущие накопители и специальные компакт-диски к ним стандарта CD-RW (Rewritable - перезаписываемый компакт-диск).

Устройства вывода информации обеспечивают вывод результатов проектирования на печатающее устройство (принтер), графопостроитель (плоттер), устройство микрофильмирования.

Принтеры - это ТС, обеспечивающее формирование изображения, пе­ ремещение бумаги, подачу красителя. По способу нанесения красящих точек их делят на три вида: матричные, струйные, лазерные.

Печатающая головка матричного принтера представляет собой обой­ му, несущую тонкие металлические стержни, расположенные перпендику­ лярно к бумаге. Головка движется вдоль строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это обеспечивает формирование на бумаге символов.

В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями спе­ циальных чернил, выбрасываемых на бумагу через миниатюрные сопла.

Скорость печати у струйных и матричных принтеров от 10 до 60 се­ кунд на страницу.

В лазерных принтерах используется принцип ксерографии: изображе­ ние сперва формируется на специальном барабане в виде совокупности элек­ трических зарядов. К заряженным точкам поверхности барабана прилипает краситель, и изображение становится видимым. Затем оно оттиском перено­ сится на бумагу и закрепляется кратковременным прогревом. Отличие от ксерокопировального аппарата состоит в том, что рельеф на барабане фор­ мируется с помощью лазера, луч которого модулируется по командам из компьютера. Скорость печати - от 5 до 15 секунд на страницу при выводе текстов, для большого рисунка может потребоваться несколько минут.

Плоттеры выпускаются двух типов - рулонные и планшетные. В ру­ лонных плоттерах бумажный лист перемещается транспортирующим вали­ ком в вертикальном направлении, а пишущий узел - в шризонтальном. В планшетных плоттерах лист бумаги фиксируется на столе, а пишущий узел (одно или несколько разноцветных перьев) перемещается в двух направлени­ ях - по осям X и Y.

Технические средства подразделяются также на центральные и внеш­ ние (периферийные).

Центральные ТС - это устройства, выполняющие основные машин­ ные функции: центральный процессор с устройством управления, ОЗУ и АЛУ; каналы связи. У персональных ЭВМ центральные ТС находятся в сис­ темном блоке.

К периферийным устройствам относятся монитор, клавиатура, прин­ тер, плоттер, сканер и др. Эти устройства подключаются к компьютеру и ра­ ботают под его управлением.

Эффективное функционирование САПР зависит от обоснованного выбора ЭВМ из широкой номенклатуры, предлагаемой фирмами-произво- дителями, и всего комплекса технических средств (КТС). Для ориентации в этих вопросах необходимо представлять основные характеристики и воз­ можности различных классов ЭВМ.

7.5.2.Основные характеристики и классы ЭВМ

Вкачестве технико-эксплуатационных характеристик ЭВМ рассмат­ риваются следующие: производительность (или быстродействие) процессора

иЭВМ в целом; разрядность, емкость ОЗУ и емкость винчестера; набор ко­ манд, которые ЭВМ способна понимать и выполнять; пропускная способ­ ность каналов ввода-вывода; номенклатура устройств, которые можно при­ соединить одновременно; надежность работы.

Производительность - это быстродействие, скорость работы ЭВМ, скорость вычислений, т.е. количество операций, выполняемых в единицу времени. Быстродействие определяют как среднее количество элементарных операций (сложение, сдвиг и др.), выполняемых в одну секунду (например, 20000 оп/с). Оно зависит от элементной базы (транзисторов, диодов, резисто­ ров), на которой создана ЭВМ; от архитектуры машины (совокупности уст­ ройств ЭВМ и связей между ними); от времени, которое затрачивается на ввод-вывод данных, обмен данными между различными видами памяти, на организацию многопрограммного режима и т.д. В связи с этим точная оценка быстродействия ЭВМ затруднительна. Для оценки производительности при­ меняется также единица измерения - флоп, определяемая количеством опе­ раций сложения чисел с плавающей точкой в секунд}'. 1Мфлоп = 1 млн. оп/с.

В отличие от чисел с фиксированной точкой (естественной формой задания числа) числа с плавающей точкой задаются в полулогарифмической

форме, где в формате числа указывается положение точки значением порядка перед значащими битами числа (перед мантиссой):

— V-

знак числа порядок мантисса

11а производительность ЭВМ влияет характеристика процессора - тактовая частота, указывающая, сколько элементарных операций (тактов) выполняет процессор в одну секунду. Единицей измерения частоты является мегагерц: 1 МГц - 1 000 000 Гц. Например, 133 МГц, 400 МГц.

Надо отметить, что тактовая частота служит относительным показате­ лем быстродействия, поскольку схемные различия процессоров приводят к тому, что в некоторых из них за один такт (время выполнения элементарной внутренней операции процессора) выполняется работа, на которую другие расходуют несколько тактов.

Разрядность показывает, сколько двоичных разрядов, составляющих максимальную длину слова, может храниться в регистре (блоке памяти мало­ го объема), передаваться за один такт и восприниматься процессором как единое целое (4,8,16,32,64 разряда).

Емкость ОЗУ и винчестера определяется максимально возможным ко­ личеством кодов информации и команд определенной разрядности, которые могут храниться в устройстве. Емкость измеряется в байтах (единицах, рав­ ных 8 минимальным единицам количества информации - битам), килобайтах (1 Кбайт = 1024 байт), мегабайтах (1 Мб = 1024 Кб), гигабайтах (1 Гб = 1024 Мб), террабайтах (1 Тб = 1024 Гб).

Классификация ЭВМ в зависимости от функциональных возможно­ стей представлена в табл. 7.1. Необходимо отметить, что классификация ЭВМ условна, так как границы между группами размыты и очень подвижны во времени: развитие этой отрасли науки и техники так стремительно, что например, сегодняшняя мнкроЭВМ не уступает мини-ЭВМ пятилетней дав­ ности. Класс персональных (мнкроЭВМ) сам складывается из разнообразных видов машин и рассматривается ниже.

Рис. 7.4. Структурная схема ПЭВМ с периферийными устройствами

Постоянная память —энергонезависимая, в отличие от оперативной, используется для хранения системных программ, в частности базовой про­ граммы ввода-вывода (BIOS - Basic Input and Output System).

Интерфейсы - это средства взаимодействия и сопряжения устройств компьютера.

НМЛ - накопитель на магнитной ленте. АЛУ - арифметико-логическое устройство. УУ - устройство управления.

Для расширения функциональных возможностей ПЭВМ можно под­ ключить дополнительные периферийные устройства, в частности: принтеры, накопители на магнитной ленте (стриммеры), различные манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, световое перо), устройства оптического считыва­ ния изображений (сканеры), плоттеры и др.

Эти устройства подсоединяются к системному блоку с помощью ка­ белей через специальные гнезда (разъемы), которые размещаются обычно на задней стенке системного блока.

В некоторых моделях ПЭВМ в системный блок вставляются дополни­ тельные устройства, например модем для обмена информацией с другими ЭВМ через телефонную связь, стриммер для хранения больших массивов информации, устройства на компакт-дисках (CD-ROM).

7.5.4. Организация технического обеспечения

Коллективный характер процесса проектирования обусловливает не­ обходимость взаимодействия участников этого процесса, которое должно поддерживаться программно-аппаратными средствами САПР. Эти средства объединяют отдельные программно-технические комплексы в систему пунк­ тов генерации, хранения, обработки информации, между которыми осущест­ вляются требуемые обмены данными. Такие системы называют вычисли­ тельными сетями. Следовательно, развитые САПР в части технического обеспечения представляют собой вычислительные сети.

Функциональные возможности сети определяются услугами, которые она предоставляет пользователю. Для реализации услуг сети и доступа поль­ зователя к услуге разрабатывается программное обеспечение. В настоящее время получили распространение два типа объединения ЭВМ:

1. Файловый сервер. Программное обеспечение (ПО) ориентировано на предоставление многим пользователям ресурсов главного компьютера се­ ти, называемого файловым сервером. Сервер - это ЭВМ, выполняющая функции обслуживания. Файловым он называется потому, что основным его ресурсом являются файлы. Это могут быть файлы, содержащие программные модули или данные. Файловый сервер - самый общий тип сервера. Очевид­ но, емкость дисков у файлового сервера больше, чем у обычного компьюте­ ра. В сети могут быть несколько файловых серверов. Можно назвать и дру­ гие ресурсы файлового сервера, предоставляемые в совместное использова­