Московский государственный университет печати



         

Автоматизация проектирования систем и средств управления

Учебное пособие



Автоматизация проектирования систем и средств управления
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление

Введение

Часть 1. Общие сведения о САПР

1.

Сведения о проектировании технических объектов

1.1.

Общие сведения

1.2.

Задачи конструкторского проектирования

1.3.

Схема процесса проектирования

1.4.

Формализация проектных задач и возможности применения ЭВМ для их решения

1.5.

Классификация параметров проектируемых объектов

2.

Математическое обеспечение автоматизации проектирования

2.1.

Математическое обеспечение САПР

2.2.

Требования к математическому обеспечению

2.3.

Математическое моделирование объектов и устройств автоматизации в САПР

2.3.1.

Требования к математическим моделям

2.3.2.

Классификация математических моделей

2.3.3.

Математические модели на микро-, макро- и метауровнях

2.3.4.

Методика получения математических моделей элементов и устройств автоматизации

2.4.

Моделирование технических объектов на метауровне

2.5.

Постановка задачи автоматического формирования математических моделей систем на макроуровне

2.5.1.

Требования к методам в САПР, обусловленные особенностями математических моделей

3.

Виды обеспечения систем автоматизированного проектирования

3.1.

Составные части САПР

3.2.

Подсистемы САПР

3.3.

Принципы построения САПР

4.

Техническое обеспечение САПР

4.1.

Основные требования к техническим средствам САПР

4.2.

Организация комплекса технических средств

4.3.

Состав комплекса технических средств ЭВМ

4.4.

Периферийные устройства САПР

4.4.1.

Аппаратура связи в системах телеобработки

4.4.2.

Передача факсимильного изображения

4.4.3.

Классификация модемов

4.5.

Устройство современных модемов

4.6.

Устройство цифрового модема

4.7.

Модемы в цифровых сетях

4.8.

Сканеры и их классификация

4.9.

Устройства вывода информации в САПР (принтеры)

4.9.1.

Матричные принтеры

4.9.2.

Лазерные принтеры

4.9.3.

Цветные лазерные принтеры

4.9.4.

Струйные принтеры

4.9.5.

Цветная печать

4.10.

Плоттеры

4.10.1.

Перьевые плоттеры (ПП, PEN PLOTTER)

4.10.2.

Струйные плоттеры

4.10.3.

Электростатические плоттеры

4.10.4.

Плоттеры прямого вывода изображения

4.10.5.

Плоттеры на основе термопередачи

4.10.6.

Лазерные (светодиодные) плоттеры

Часть 2. САПР электромеханических датчиков угла

5.

Структура САПР электромеханических датчиков угла (САПР ЭМДУ)

6.

Математические модели ЭМДУ

6.1.

Обобщенная модель неявнополюсных электромашинных датчиков угла без учета магнитных свойств материала магнитопровода

6.1.1.

Обобщенная модель для расчета погрешностей электромашинных датчиков угла

6.1.2.

Уравнение воздушного зазора неявнополюсной электрической машины с малой асимметрией магнитопровода

6.1.3.

Расчет относительных изменений магнитных проводимостей с учетом всех видов асимметрии в неявнополюсной машине

6.2.

Обобщенная модель электромашинных датчиков угла с учетом магнитных свойств материала магнитопровода

6.2.1.

Идеализированная машина-модель с учетом конечной проницаемости магнитопровода

6.2.2.

Основные положения обобщенного подхода к проектированию нелинейных электромашинных устройств с насыщенным магнитопроводом

6.2.3.

Магнитное состояние постоянного магнита в электромагнитной системе

7.

Модель выбора технологических допусков ЭМДУ

8.

Цифровое моделирование погрешностей фазовых преобразователей перемещений с ЭМДУ

9.

Программное обеспечение САПР ЭМДУ

9.1.

Подсистема «Выбор ЭМДУ»

9.2.

Подсистема «Анализ погрешностей ЭМДУ»

9.3.

Подсистема «Анализ погрешностей фазовращателей с ЭМДУ»

Список литературы

Указатели
22  предметный указатель
43  указатель иллюстраций

4.
Техническое обеспечение САПР

4.1.
Основные требования к техническим средствам САПР

К техническому обеспечению САПР предъявляются следующие требования:

  • удобство использования инженерами-проектировщиками, возможность оперативного взаимодействия инженеров с ЭВМ;

  • достаточная производительность и объем оперативной памяти ЭВМ для решения задач всех этапов проектирования за приемлемое время;

  • возможность одновременной работы с техническими средствами необходимого числа пользователей для эффективной деятельности всего коллектива разработчиков;

  • открытость комплекса технических средств для расширения и модернизации системы по мере совершенствования и развития техники;

  • высокая надежность, приемлемая стоимость и т.д.

Удовлетворение перечисленных требований возможно только в условиях организации технического обеспечения в виде специализированной ВС, допускающей функционирование в нескольких режимах. Такое техническое обеспечение называют комплексом технических средств САПР (комплексом ТС) ссылка на источники литературы.

4.2.
Организация комплекса технических средств

Автоматизированные рабочие места проектировщиков

Традиционная форма использования ЭВМ, сконцентрированных в вычислительном центре и работающих только в пакетном режиме, не годится для современных САПР. ЭВМ лишь тогда станет эффективным регулярно используемым инструментом проектирования, когда инженер сможет оперативно обращаться к машине и так же оперативно получать результаты решения. Поэтому в комплексе ТС должна быть развита группа внешних устройств ввода-вывода информации. При этом эффективное взаимодействие инженера с ЭВМ будет обеспечено только в том случае, если форма вводимой и выводимой информации удобна для человека и не приводит к необходимости вручную выполнять обременительные и чреватые ошибками операции по кодированию или расшифровке сообщений. В зависимости от характера решаемых задач удобными формами представления информации могут быть таблицы, чертежи, графики, текстовые сообщения и т.п. ссылка на источники литературы.

Таким образом, первое из указанных в начале главы требований к техническим средствам САПР обусловливает включение в комплекс ТС как стандартного комплекта внешних устройств ЭВМ, так и дополнительных устройств оперативного ввода-вывода информации, в том числе в графической форме. Этот комплект внешних устройств устанавливается в помещении проектного подразделения и называется автоматизированным рабочим местом (АРМ) проектировщика ссылка на источники литературы.

Состав АРМ зависит от характера задач, решаемых в проектном подразделении.

В АРМ входят устройства ввода и вывода информации на перфоленте; устройства автономного ввода информации с перфокарт или перфолент; устройство клавиатуры для обмена информацией между оператором и ЭВМ короткими сообщениями; запоминающие устройства на магнитных дисках (НМД) и магнитной ленте (НМЛ); видеомонитор или графический дисплей; графопостроитель (плоттер); кодировщик графической информации (считыватель координат) или сканер; принтер, модем или факс-модем.

Наличие в одной САПР многих АРМ, возможности одновременной работы на аппаратуре АРМ нескольких пользователей и размещения АРМ на территориях проектных подразделений диктуют необходимость иерархического построения комплекса ТС с выделением в нем по крайней мере двух уровней ЭВМ. На высшем уровне находится одна или несколько ЭВМ большой производительности. Эти ЭВМ составляют центральный вычислительный комплекс (ЦВК), предназначенный для решения сложных задач проектирования, требующих больших затрат машинных времени и памяти. На низшем уровне находятся входящие в АРМ мини-ЭВМ (терминальные ЭВМ). Мини-ЭВМ в АРМ управляет работой комплекта внешних устройств, обменом информацией между АРМ и ЦВК; решает сравнительно несложные по затратам машинных времени и памяти проектные задачи ссылка на источники литературы.

Режимы работы аппаратуры в комплексе технических средств САПР

Отдельные устройства ввода-вывода, к которым относятся дисплеи, графопостроители, кодировщики графической информации, могут работать в составе АРМ в двух режимах, называемых режимами on-line (на линии) и off-line (вне линии).

В режиме on-line осуществляется непосредственная электрическая связь внешнего устройства с терминальной ЭВМ. В этом режиме информация об элементах вычерчиваемого документа поступает на графопостроитель или графический дисплей из оперативной памяти ЭВМ, а значения считываемых координат из кодировщика передаются непосредственно в оперативную память.

В режиме off-line устройство работает автономно. Так, при работе графопостроителя в режиме off-line информация поступает с промежуточного носителя - перфоленты, при работе дисплея - с клавиатуры, при работе кодировщика графической информации сведения о кодируемом чертеже заносятся на перфоленту ссылка на источники литературы.

Комплекс АРМ также может работать в двух режимах - автономном и взаимодействия с ЦВК.

В автономном режиме АРМ функционирует как обособленный комплекс, управляющий работой внешних устройств и решающий несложные задачи.

В режиме взаимодействия с ЦВК осуществляется перераспределение вычислительной работы и обмен информацией между ЭВМ центрального вычислительного комплекса и терминальной ЭВМ.

Несколько АРМ одновременно могут работать в режиме взаимодействия с ЦВК. Следовательно, ЭВМ в составе САПР и их операционные системы должны допускать одновременное решение нескольких задач, т.е. должны работать в режиме мультипрограммированияссылка на источники литературы.

По характеру обмена информацией между пользователем и ЭВМ различают пакетный и диалоговый режимы работы. Оба эти режима используются в САПР.

В пакетном режиме решаются задачи, для которых возможна и целесообразна полная формализация и которые требуют больших затрат машинного времени для решения.

В диалоговом (интерактивном) режиме решаются задачи, для которых, во-первых, отсутствуют или являются неэффективными формальные правила принятия решений в точках ветвления алгоритмов, во-вторых, выполняются условия предпочтительности диалогового режима:

  1. время реакции системы на запрос пользователя не превышает некоторого предела;

  2. объем информации, вводимой пользователем в ЭВМ в диалоговом режиме, относительно мал, и поэтому процедура общения человека с ЭВМ непродолжительна.

Наличие диалогового режима - характерная черта комплекса ТС в САПР.

Мультипрограммный диалоговый режим работы вычислительной системы называется режимом разделения времени (РРВ). Это режим работы нескольких АРМ во взаимодействии с ЦВК. Наличие РРВ реализует третье из названных выше требований.

Варианты конфигураций комплекса технических средств САПР

На основе серийно выпускаемых комплексов аппаратуры АРМ-М, АРМ-Р, как правило, создаются двухуровневые конфигурации комплекса ТС САПР (рис. 4.1Рис. 04.1. Схема двухуровневой конфигурации ТС САПР) ссылка на источники литературы.

Примером двухуровневого комплекса ТС является также техническое обеспечение автоматизированной системы проектирования больших интегральных схем - САПР БИС. ЦВК в этом комплексе состоит из двух высокопроизводительных ЭВМ. Терминалы представляют собой АРМ трех типов.

Первый тип АРМ ориентирован на применение в подсистемах схемотехнического проектирования и проектирования компонентов. Отличительные особенности этих подсистем следующие: сравнительно малая доля графической информации в общем объеме данных, используемых проектировщиками (эта особенность обусловливает применение в АРМ первого типа только алфавитно-цифрового дисплея, устройства ввода информации с перфокарт и АЦПУ); большие затраты машинного времени на решение задач анализа, являющихся основными при проектировании принципиальных схем и компонентов.

Как следствие, в САПР БИС при небольшом количестве АРМ первого типа (до 24) нет необходимости иметь в АРМ терминальные ЭВМ. С помощью алфавитно-цифрового дисплея инженер-схемотехник может контролировать вводимые данные, корректировать их, запускать определенные программы, оперативно просматривать результаты решения и т.п.

АРМ второго типа используются в САПР БИС для проектирования топологии кристаллов. Здесь значительна доля графических процедур, выполняемых в интерактивном режиме (процедур ввода в ЭВМ эскиза топологии, визуального просмотра фрагментов типологии, обнаружения и исправления ошибок, изменения, взаимного расположения элементов, контроля допусков и т.п.). Для их выполнения в состав АРМ второго типа должны входить такие устройства машинной графики, как графический дисплей и считыватель координат. Для управления работой графического дисплея и осуществления диалога инженера с ЭВМ при отработке топологии в САПР БИС имеется терминальная ЭВМ.

АРМ третьего типа предназначены для получения конструкторской документации как в виде топологических чертежей, так и в виде, приспособленном для непосредственного управления процессом изготовления промежуточных фотошаблонов на микрофотонаборных установках.

Двухуровневая конфигурация комплекса ТС удобна при сравнительно небольшом количестве АРМ.

Развитие АРМ по пути уменьшения стоимости и занимаемой площади позволяет увеличивать их количество в САПР.

Для организации режима разделения времени между большим числом пользователей целесообразно увеличивать количество уровней в иерархической организации комплекса ТС. При этом комплекс ТС превращается в вычислительную сеть.

4.3.
Состав комплекса технических средств ЭВМ

Для крупных САПР ЭВМ и САПР ИЭТ характерно использование в ЦВК вычислительных машин, относящихся к наиболее производительным из имеющихся на период создания системы. Это объясняется тем, что ряд задач проектирования для своего решения требуют выполнения вычислений такого объема, который значительно превышает возможности имеющихся ЭВМ. Решение этих задач становится возможным благодаря их расчленению на более простые задачи в рамках блочно-иерархического подхода. Но при этом могут быть неоптимальные решения.

В большинстве действующих крупных САПР в ЦВК применяются ЭВМ типа БЭСМ-6 или старшие - модели ЕС ЭВМ. Для увеличения производительности используются многомашинные ЦВК.

В качестве терминальных ЭВМ в САПР используются мини-ЭВМ и ПЭВМ.

Подключение внешних устройств в ЭВМ осуществляется с помощью блоков интерфейса и общей шины. Последняя представляет собой унифицированную систему связей и сигналов между процессором, оперативной памятью и устройствами управления периферийным оборудованием. В общую шину входит 56 линий, по которым производится передача адресов, управляющих сигналов, происходит обмен информацией между устройствами в соответствии с установленными приоритетами ссылка на источники литературы.

© Центр дистанционного образования МГУП