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 Î x_Д,

тобто, необхідно знайти екстремум цільової функції F(x) в межах до­пус­­тимої області X_Д зміни керованих параметрів X.Область X_Дможе 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).

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.

Питання для самоконтролю

1. Приведіть визначення математичного забезпечення САПР.

2. Які вимоги висуваються до математичного забезпечення САПР?

3. Що являє собою узагальненаструктура МЗ САПР?

4.Які вимоги висуваються до математичних моделей?

5. Що являє собою функціональний опис об’єктів проектування?

6. Приведіть класифікацію функціональних моделей.

7. Які види функціональних моделей Ви знаєте?

8. Які методи побудови теоретичних функціональних моделей Ви знає­те? Приведіть приклади.

9. Які методи побудови експериментальних функціональних моделей Ви знає­те? Приведіть приклади.

10. Що таке критерій оцінки якості функціонування?

11. Що таке морфологічний опис об’єктів і процедур?

12. Призначення методів та алгоритмів проектних операцій і процедур

Лекція № 5.

Тема лекції: 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 ПЗ

Спеціалізоване ПЗ

Рис.5.1.

.

2. Склад і структура ПЗ САПР

м

Програмне забезпечення САПР, так як і сама САПР підрозділяється:

Програмне забезпечення САПР

За функціональним призначенням

За типом програмних комплексів

Проек-туючі підсис-теми

Обслу-говуючі підсис-теми

Інструмен-тальні

Проекту-ючі

Обслуго-вуючі

Проблемно-орієнтовані

Об’єктно- орієнтовані

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

Спеціалізоване ПЗ ОС

Проектуючі підсистеми (ПК)

ПП1

ПП2

-

ППn

Програмні комплекси М Г

МОНІТОР

Інструментальні програмні комплекси

Обслуговуючі

СУБД

І П С

П О І Р

підсистеми

(ПК) Загальносистемне ПЗ

Рис.5.3