Пильов В.О., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників. Том 4. Основи САПР ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

Поряд із вказаним слід підкреслити, що використання поданих систем

з метою багатоваріантного аналізу та оптимізації конструкцій ДВЗ стриму-

ється цілим рядом специфічних особливостей задач та методів їх

розв’язання:

1. Математична модель внутрішнього функціонального опису

об’єкта проектування

записується не в явній аналітичній формі, а у

формі оператора, який реалізують у вигляді програми розрахунку вибра-

них критеріїв якості конструкції

2. Значні витрати часу на обчислення одного значення множини кри-

теріїв якості конструкції

3. Велика розмірність можливого вектора конструктивних парамет-

рів

, що підлягає оптимізації.

4. Точка

, з якої починається пошук оптимуму, часто знаходиться

поза областю допустимих конструктивних рішень. Останнє означає, що

пошуку оптимального рішення повинна передувати задача пошуку вказа-

ної області.

З цього приводу маємо природне протиріччя між вимогами до ви-

сокої достовірності використання ППЗ САПР (що передбачає застосування

в блоках аналізу і оптимізації конструкції моделей

вищих рівнів складнос-

ті) та необхідністю зменшення часу і витрат на проектування.

Частковим розв’язанням цього протиріччя є впровадження методів

паралельних алгоритмів та потужної сучасної ОТ, яка призначена для ви-

конання таких завдань. Наприклад, за допомогою системи STAR-CD та з

використанням супер-ЕОМ вирішувалась найбільша в світі задача об’ємом

в 250 млн

розрахункових чарунок моделі.

Другим шляхом подолання протиріччя між достовірністю результа-

тів і часом розрахунків є, так зване, еквівалентування математичних моде-

лей, яке полягає у використанні складної моделі для побудови більш прос-

тої, але достатньо точної. З цього приводу до складу об’єктно-

орієнтованого ПЗ залучають математичні моделі одного призначення, але

різної складності, точності та часу розрахунку (економічності). Особливос-

ті розробки математичних моделей різних рівнів складності будуть розгля-

нуті в гл.7.

У цілому з наведених прикладів видно, що досконалість ПЗ є одним з

основних факторів забезпечення високої ефективності САПР. Саме цим

180

пояснюється важливість комплексного використання компонентів ПЗ як

задачі розв’язання другого і третього науково-технічних питань (див.

п.1.3), що потребують урахування при системному підході до проектуван-

ня ДВЗ. Четверте питання – ефективне поєднання програмних засобів

САПР буде розглянуто в світлі розробки лінгвістичного забезпечення ав-

томатизованого проектування двигунів внутрішнього згоряння в гл.4.

Контрольні

запитання і завдання

1. Дайте загальну класифікацію програмного забезпечення САПР.

Вкажіть на основне призначення відомих вам видів ПЗ САПР.

2. Чи впливає робота операційної системи на ефективність функціо-

нування САПР?

3. Які режими роботи ПЗ підтримують операційні системи і як це

впливає на час проектування?

4. Яким чином забезпечується мультипрограмне

виконання задач на

ЕОМ?

5. З якої причини розмір робочої пам’яті ЕОМ впливає на ефектив-

ність виконання розгалужених стратегій проектування?

6. З якої причини певне фізичне розміщення файлів на диску впли-

ває на час доступу до даних?

7. Яку роль в САПР відіграють системи програмування, сервісні

програми БПЗ ЗОТ?

Дайте класифікацію БПЗ САПР.

9. Поясніть необхідність використання в САПР ДВЗ різних тексто-

вих процесорів.

10. Оберіть відомий вам текстовий процесор та дайте його повну

класифікацію.

11. Дайте класифікацію системам машинної графіки та вкажіть роль

цих систем в САПР ДВЗ.

12. Запропонуйте необхідний набір систем машинної графіки для їх

використання

в САПР ДВЗ. Обґрунтуйте свої пропозиції.

13. Поясніть відміни систем векторної і растрової ілюстративної гра-

фіки.

14. Поясніть відмінності між системами ділової і наукової графіки.

15. Дайте пояснення до поняття “графічний примітив”.

181

16. Поясніть вагомі функції систем інженерної графіки.

17. Чим відрізняються фрагменти креслень від параметричних графі-

чних елементів креслення?

18. Поясніть необхідність використання в системах інженерної гра-

фіки засобів двовимірного креслення та тривимірного моделювання склад-

них елементів проектування. Вкажіть на такі елементи в ДВЗ.

19. Чи завжди використання систем інженерної графіки дає

виграш у

часі в порівнянні з методами традиційного креслення?

20. Чи доцільно систему інженерної графіки використовувати в про-

цесі проектування лише частково, в сукупності з традиційними методами і

засобами виконання креслярських робіт?

21. Чим пояснюється необхідність використання в САПР таких скла-

дових БПЗ як систем створення конструкторських специфікацій, систем

підтримки

архіву, систем-векторизаторів тощо?

22. Обґрунтуйте необхідність використання в САПР ДВЗ проблемно-

орієнтованого та об’єктно-орієнтованого програмного забезпечення.

182

Глава 4. ЛІНГВІСТИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ САПР

4.1. Основні поняття лінгвістичного забезпечення САПР

Лінгвістичне забезпечення САПР складається з правил формалізації

природних мов, сукупності термінів і означень, мов програмування та про-

ектування. Перелічені компоненти ЛЗ застосовують для підтримки автома-

тизованого проектування та подання інформації в зручному вигляді.

Терміни й позначення в САПР необхідні для

однозначного розуміння

спеціалістами всіх аспектів проектування. Вони використовуються в техні-

чній і програмній документації, в програмах. Для можливості користуван-

ня термінами їх залучають до словника (запасу слів) штучних мов лінгвіс-

тичного забезпечення – мов програмування і проектування.

Штучні мови ЛЗ САПР відносяться до формальних мов. Окрім слов-

ника до такої мови залучають

формальну граматику. Правила розміщення

елементів мови в реченні (команді) визначають в граматиці як синтаксис,

значення певних елементів мови – як семантику.

Для пояснення синтаксису формальних мов на практиці використо-

вують графічне подання конструкцій мови. Такі конструкції звуться син-

таксичними діаграмами. Приклади синтаксичних діаграм подано на

рис.4.1, з якого видно, що поняття

цілого числа розкрито повністю, а для

однозначного опису синтаксису речення з редагування графічного примі-

тиву слід ще розкрити поняття “графічний примітив”, “координати”, “ви-

конання команди”.

Мови програмування призначені для написання програмного

забезпечення.

Ці мови в основному є засобом розробника САПР, але в певних ви-

падках вони стають ефективним інструментом виконання проектних про-

183

цедур. В останньому випадку

спеціальна прикладна програма

відповідно до свого завдання

виконує синтез тексту програми

конкретною мовою програму-

вання. Надалі здійснюється

компіляція синтезованої про-

грами з подальшим її виконан-

ням. Схему використання мови

програмування в процесі проек-

тування подано на рис.4.2. Осо-

бливістю такої схеми є те, що

зміна даних у

блоці 2 приводить

до синтезу відмінної програми в

блоці 4 і відповідно – до вико-

нання відмінної проектної про-

цедури в блоці 7. Важливо, що

тут проектувальник вивільня-

ється від рутинних операцій на-

писання програм, а завдання ви-

конується під керуванням ОС в

пакетному режимі. Таким чи-

ном, використання мови про-

грамування може розширювати

можливості САПР та бути засо-

бом автоматизації виконання

проектних процедур. Іншими

словами, мова програмування

може виконувати функції прое-

ктування.

–

Ціле без

знак

іле:

Цифра

іле без знаку:

1 2

5 6

7 8 9

ифра:

Команда

Графічний

примітив

Координати

Виконання

команди

едаг

вання графічного примітив

оманда:

Знищити

Копіювати

Перенести

Дзеркало

Мови проектування призначені для опису інформації, що

відноситься до об’єкту проектування і задач проектування.

исунок 4.1 – Синтаксичні діаграми

озпізнавання цілого числа (а ) та

едагування графічного примітиву (б)

Більшість цих мов є засобом користувача САПР. За їх допомогою

184

здійснюється спілкування проектувальника з ЕОМ. Певні мови проекту-

вання також використовуються для

обміну інформацією між програма-

ми.

Під час розробки ЛЗ САПР

значна увага приділяється удоско-

наленню взаємодії користувача з

ЕОМ шляхом використання мов,

що є близькими до професійної мо-

ви проектувальника. З іншого боку,

передбачається, що САПР повинна

“володіти”

мовами та знаннями, які

є необхідними для виконання дире-

ктив користувача. У зв’язку з цим

до мов проектування ставляться

вимоги проблемної орієнтації та

виразності. Ці вимоги повинні за-

безпечити вільне користування сис-

темою проектувальників-непрогра-

містів – спеціалістів прикладної сфери.

Завдання

Прикладна програма

Синтезований текст

програми мовою

програмування

Компілятор мови

програмування

Спеціалізована

бібліотека

підпрограм

Виконання

синтезованих

проектних процедур

Дані

исунок 4.2 – Використання

ови програмування в процесі

проектування

Крім цього, до мов проектування висуваються вимоги ефективності,

повноти, можливості розширення

. Ефективність мови передбачає точність

передачі інформації та лаконічність її запису. Повнота тут розуміється як

можливість отримання описів повної множини об’єктів, на проектування

яких орієнтована САПР, та описів усіх завдань, що мають відношення до

цього проектування. Можливість розширення мови тісно пов’язана з вимо-

гою повноти – мова повинна дозволяти розширення

словарного запасу та

граматики відповідно до розвитку предметної області САПР.

Мови проектування прийнято класифікувати за наступними ознака-

ми:

1) за місцем у процесі автоматизованого проектування;

2) за оперативністю взаємодії користувача з ЕОМ;

3) за переважним способом подання інформації;

4) за зв’язком з мовами програмування.

Використання такої класифікації та дотримання

поданих вище вимог

185

полегшує розробку мов проектування, спрощує їх вивчення, зменшує ви-

трати часу при користуванні, а в цілому підвищує ефективність функціо-

нування автоматизованих систем.

4.2. Мови проектування

4.2.1. Класифікація мов за їх місцем у процесі проектування

Суттєва різниця в при-

значенні мов проектування

має місце залежно від особ-

ливостей конкретних опера-

цій взаємодії проектуваль

ника з ЕОМ та програм між

собою. У зв’язку з цим від-

повідно до схеми рис.4.3 за

місцем в процесі автомати-

зованого проектування роз-

різняють мови вхідні, вихідні, керування, супроводу, проміжні, внутрішні.

Вхідні мови. В умовах автоматизованого проектування користувач

задає команду (або набір команд) на проектування та відповідний набір

початкових даних для їх реалізації.

Призначенням вхідних мов є подання завдань на проектування

та вхідної інформації для виконання цих завдань.

Мови проектування

Супроводу

Вхідні

Вихідні

Внутрішні

Проміжні

Керування

исунок 4.3 – Класифікація мов за місцем у

процесі автоматизованого проектування

Відповідно до свого призначення вхідні мови утворюють сукупність

мов опису завдань та мов опису об’єктів. Мови опису завдань призначені

для ідентифікації завдань, опису їх характеристик, а в разі потреби – опису

послідовності виконання проектних процедур. Мови опису завдань вико-

ристовують в усіх підсистемах САПР. Найпростішим прикладом опису за-

вдання є подання

назви певної програми та запуск її на виконання.

Більш складним завданням буде команда відображення графічного

примітиву на кресленні. Виберемо таким примітивом, наприклад, коло.

Тут можливим є виконання завдання за відомими координатами центру

кола і значенням його радіуса; за координатами центра кола і певної точки

на дузі; за координатами трьох точок

на дузі; за значенням розміру отвору

186

та положенням осей; за параметрами різьбового отвору тощо. Ясно, що

команда будови цього примітива повинна мати характеристики, які визна-

чають спосіб її виконання. Тільки тоді система встановить потрібний пере-

лік атрибутів примітива, які надалі повинні отримати значення. Можливі

результати виконання розглянутого завдання подані на рис.4.4.

исунок 4.4 – Варіанти виконання графічного примітива “Коло”

Мови опису об’єкта передбачають завдання його структури, схеми

функціонування, властивостей (у тому числі властивостей матеріалів), ха-

рактеристик (у тому числі взаємодії окремих частин та взаємодії об’єкта із

зовнішнім середовищем) тощо. В АСП та АСК ДВЗ за допомогою мов

опису об’єкта задається ТЗ на проектування, здійснюється опис конструк-

тивних

параметрів прототипу, виконується опис структури, задаються пев-

ні параметри двигуна та його елементів, умови експлуатації. В АСТПВ

ДВЗ здійснюється опис конструкції деталей, для яких розробляється тех-

нологічний процес виготовлення. В АСКВД ДВЗ для задач обробки експе-

риментальних даних подається опис потрібних конструктивних параметрів

двигуна та параметри або програма його випробувань.

Важливо, що відповідно до вимог виразності і проблемної орієнтації

вхідні мови передбачають використання граматик, які є зручними не для

подальшого використання програмами, а для зручного і звичного введення

команд і даних користувачем. З цього приводу розглянемо приклад вико-

ристання програми розрахунку робочого процесу, який було подано на

рис.1.9, а. Тут мовою

опису об’єкта користувач системи у відповідних вік-

нах задає значення потрібної сукупності вхідних параметрів. Позначення

усіх параметрів відповідають професійній мові проектувальника. Тоді для

виконання розрахунків достатньо натиснути кнопку “Расчет”. Ця дія від-

повідає зручності використання мови опису завдань. Іншими завданнями в

даному випадку можуть бути збереження результатів розрахунків на

диску

ЕОМ, їх друк, перегляд попередніх варіантних досліджень тощо.

187

Після виконання завдання “Расчет” результати розрахунку автомати-

чно подаються у відповідному вікні програми вихідною мовою.

Вихідні мови надають результати виконання проектних процедур –

проектні рішення. Для подання цих рішень використовують можливості

текстових процесорів, систем машинної графіки, СКБД, мережного ПЗ. Ре-

зультатом виконання проектних процедур може бути сформовані електро-

нна таблиця чи запис

бази даних з інформацією щодо технічної характери-

стики двигуна, робочі чи складальні креслення об’єкта проектування, гео-

метричні моделі, програми для керування станками з ЧПК, текстові звіти

про результати випробувань тощо. Вказані дані можуть бути виведені на

екран, принтер, плоттер, у файл, передані за вказаною адресою по локаль-

ній або

глобальній комп’ютерній мережі.

Важливо, що одну ту саму інформацію можна подати в різному ви-

гляді. Повернемось, наприклад, до розгляду рис.3.29. Тут бачимо, що сили

які діють в кривошипно-шатунному механізмі двигуна, подано двома спо-

собами – табличним і графічним. При цьому ясно, що графічний спосіб в

даному випадку суттєво підвищує ефективність

сприймання інформації

проектувальником. Те саме слід сказати відносно аналізу температурного

та напружено-деформованого стану деталей (див. рис.3.41, 3.42, 3.43, 3.64,

3.65, 3.69), течії робочого тіла в каналах та циліндрі ДВЗ (див. рис. 3.44,

3.67, 3.68) тощо. З іншого боку, наприклад, завершення роботи АСТПВ по-

винно супроводжуватись автоматичною генерацією файлів з командами

керування верстатами з ЧПК. Разом з

цим візуальний контроль безпомил-

ковості сгенерованих команд можна виконати шляхом моделювання про-

цесу різання з викорис-

танням анімаційних мож-

ливостей засобів машин-

ної графіки (рис.4.5).

188

исунок 4.5 – Моделювання процесу фрезерування

на верстаті з ЧПК за допомогою системи

ОМПАС-ЧПУ (АСКОН)

Зрозуміло, що файл

команд керування верста-

том з ЧПК і комп’ютерна

анімація процесу обробки

деталі – це дві різні вихід-

ні мови, які подають одна-

кову

інформацію. В дано-

му випадку вони обидві є необхідними для ефективної підтримки процесу

проектування. Аналогічні можливості вихідної мови контролю якості про-

цесу лиття подано на рис.4.6.

Результати виконання проектних процедур повинні подаватись

вихідними мовами у вигляді, що передбачає безпосереднє

подальше використання цих результатів.

Зараз ми познайомились ще з двома проблемно(CAM)-орієнтованими

програмними комплексами, які повинні використовуватись у САПР ДВЗ.

Це система автоматизованого синтезу технологічного процесу механіч-

ної обробки деталей та система моделювання теплових і гідродинамічних

процесів ливарного виробництва. Вказані системи слід віднести до складу

проблемно-орієнтованого ППЗ САПР. Місце використання згаданих сис-

тем – АСТПВ

ДВЗ. Застосування такого програмного забезпечення поряд

з іншими засобами ПЗ САПР, що розглянуто в п.3.3, 3.4, дозволяє утворю-

вати інтегровані CAD/CAE/CAM/TDM/PDM/Workflow-системи.

В цілому з урахуван-

ням розглянутих вище поло-

жень і прикладів повинно

бути ясно, що використання

лише вхідних та вихідних

мов у процесі проектування

передбачає наявність виклю-

чно пакетного режиму

ро-

боти програм. Такий підхід

застосовують для тих проек-

тних задач, алгоритм яких є

повністю визначеним. При

цьому проектувальник вхід-

ною мовою формулює зада-

чу та вводить початкові дані,

після чого вихідною мовою

отримує результат.

исунок 4.6 – Моделювання теплових процесів

відливці за допомогою системи LVMFlow

(INTERSED)

Мови керування і супроводу використовують у випадках, коли ал-

горитм розв’язання задачі повністю не є

визначеним. Шлях розв’язання за-

дачі в такому разі обирається проектувальником безпосередньо під час ро-

189