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

Подождите немного. Документ загружается.

клад, макроси графічної системи КОМПАС складають мовою Ci, макроси

редактора документів Microsoft Word, електронних таблиць Excel – мовою

Visual Basic тощо. Ім’я записаного макросу можна розміщувати в меню

команд, на панелі інструментів, призначати йому ім’я функціональної кла-

віші. Таким чином, у загальному випадку текст макросу створюється мо-

вою розширення, а його використання здійснюється за допомогою

засобів

автономної мови.

Слід також відзначити, що з метою полегшення створення текстів

макросів до різноманітних систем залучають засоби автоматизованого ви-

конання цього процесу. В даному випадку після виведення на екран спеці-

ального вікна “Запись макроса” (рис.4.24, а) та введення імені і інших ат-

рибутів макросу виконання послідовних дій в системі приводить

до авто-

матичної генерації команд цього макросу. Завершення запису макросу

здійснюють натисканням кнопки “Остановить запись” (рис.4.24, б).

исунок 4.24 – Вікно діалогу створення макросу (а)

та кнопка завершення його запису (б)

У цілому повинно бути ясно, що найвищої ефективності роботи

САПР слід чекати при поєднанні та раціональному використанні засобів

мов розширення та автономних мов проектування.

210

4.3 Використання мов програмування в процесі

функціонування САПР

У наш час існує декілька сотень мов програмування, що призначені

для розв’язання різноманітних науково-технічних задач. З точки зору їх

використання в САПР аналіз мов програмування слід розглядати як мож-

ливість реалізації пакетного режиму програм відповідно до рис.4.2. Нада-

мо загальну класифікацію

мов програмування. Її схема зображена на

рис.4.25.

Низького рівня

Високого рівня

Машинно-

орієнтовані

Процедурно-

орієнтовані

Проблемно-

орієнтовані

Надбудови

над

процедурно-

орієнтованими

мовами

Спеціалізовані

Непроцедурні

исунок 4.25 – Загальна класифікація мов програмування

Мови програмування

Мови низького рівня (автокоди, асемблери) мають інструкції, що

безпосередньо виконуються машиною, або які позначають такі інструкції.

Програми, що написані мовою низького рівня, призначені для виконання

машинами тільки певних типів. Разом з цим мови низького рівня дозволя-

ють складати програми з економічним використанням

пам’яті та без будь-

яких зайвих дій.

Мови високого рівня використовують, щоб писати програми, які не

є залежними від системи команд конкретних машин. Це дозволяє здійсню-

вати широкий обмін програмами між ЕОМ різних типів. За своєю суттю

211

мови високого рівня є формальними мовами, бо вони дозволяють (і здійс-

нюють) лише опис специфіки розв’язання конкретної задачі. В цьому по-

лягають переваги та визначається поширення мов високого рівня.

Мови високого рівня розподіляють на процедурно-орієнтовані та

проблемно-орієнтовані.

Процедурно-орієнтовані мови передбачають оснащення набору роз-

рахункових формул додатковою інформацією

, котра перетворює цей набір

в алгоритм. Найбільш поширеними з таких мов є FORTRAN, Pascal, Basic,

інші алгоритмічні мови та їх діалекти.

На сьогодні значного поширення набула процедурно-орієнтована

мова високого рівня Сi. Вона відзначається сучасними механізмами керу-

вання процесом обчислень і структурами даних, багатим вибором опера-

цій. Мова Сi дозволяє отримувати програми, які

за своєю ефективністю не

поступаються програмам, що написані мовою низького рівня.

В цілому процедурно-орієнтовані мови є універсальними мовами

програмування. Вони здатні створювати програми для розв’язання задач

довільної складності і призначення. Основним недоліком при їх викорис-

танні в пакетному режимі роботи програм САПР є необхідність автомати-

чної генерації достатньо складних

алгоритмів.

Проблемно-орієнтовані мови програмування, на відміну від проце-

дурно-орієнтованих, не потребують детальної розробки алгоритму, а в

своєму ідеалі – зовсім не використовують алгоритмічних методів складан-

ня програм. Користувач таких систем повинен лише сформулювати задачу,

подати початкові дані та вказати на форму видачі результатів. Іншими сло-

вами, при використанні проблемно-

орієнтованих мов застосовується про-

фесійна лексика проектувальника. Саме тому такі мови знаходять широке

застосування в автоматизованих комплексах і системах.

У проблемно-орієнтованих мовах виділяють три рівня ієрархії:

1) надбудови над процедурно-орієнтованими мовами програмуван-

ня;

2) спеціалізовані мови високого рівня;

3) непроцедурні мови.

На нижньому рівні ієрархії знаходиться мова-надбудова над

проце-

дурно-орієнтованою (базовою) мовою. Мета надбудови – цілеспрямоване

об’єктно-орієнтоване розширення базової мови. Тут комплекс дій, що реа-

212

лізує надбудова, описують в підпрограмах процедурно-орієнтованої мови.

Таким чином, оператори надбудови є підпрограмами базової мови.

Надамо найпростіший приклад. Розробимо низку підпрограм-

процедур для виконання динамічного аналізу КШМ двигуна:

input_dta – введення даних;

forces – розрахунок сил і моментів, що діють в КШМ;

con_rod – розрахунок сил, що діють на шатунну шийку та підшип-

ник;

crankshaft – те саме для корінної шийки і підшипника;

fly_wheel – синтез маховика;

strength – розрахунки міцності;

output _dta – виведення результатів.

Тоді, наприклад, формулювання задачі будови годографів наванта-

жень за відомим обсягом професійних знань проектувальника буде мати

вигляд:

input_dta;

forces;

con_rod;

crankshaft;

output_dta;

Результатом роботи такої програми є будова графіків, аналогічних до

рис.1.18, 1.19.

Для підтримки роботи надбудови з розроблених підпрограм утво-

рюють спеціалізовані бібліотеки (див. рис.4.2, блок 5). При цьому саме

розробка спеціалізованих бібліотек надає потрібну орієнтацію проблемно-

орієнтованій мові. В результаті отримують нову мову, можливості якої є

ширшими за можливості базової процедурно-орієнтованої мови

В цілому до переваг використання надбудови над процедурно-

орієнтованою мовою відносять наступне:

¾ використання специфічних елементів (процедур) проблеми;

¾ можливість необмеженого розширення спеціальних засобів

проектування шляхом розробки нових процедур та їх залучення до спеціа-

лізованих бібліотек;

213

¾ простота вивчення мови для користувача;

¾ можливість перенесення програм на різні типи ЕОМ.

Інший приклад. Повернемось до розгляду проміжних мов проекту-

вання, де інформацію щодо будови відрізку прямої на площині подано у

вигляді

line (10.00, 20.00, 100.00, 200.00); .

Тепер добре видно, що ключове слово line є ім’ям спеціалізованої

процедури. В такому вигляді дані на проміжній мові можуть бути подані

мовою-надбудовою. Тоді практично відпадає задача створення мовного

процесора для передачі даних з проміжної мови на внутрішню (див. блок 6,

рис.4.11). Ці функції в даному випадку може виконувати компілятор базо

вої процедурно-орієнтованої мови.

Важливо, що надбудову над процедурно-орієнтованою мовою вико-

ристовують як базу для створення мовних засобів вищих рівнів ієрархії.

Спеціалізована мова – середній ступінь ієрархії. Такі мови орієнто-

вані на конкретно визначений клас задач та специфіку методів їх

розв’язання.

На вищому рівні ієрархії знаходяться непроцедурні мови. Вони

найбільшій мірі орієнтовані на термінологію певної галузі знань та на

розв’язання задач спеціалістами прикладної сфери.

Непроцедурні мови розробляють на базі спеціалізованих мов та мов-

надбудов шляхом створення спеціальних бібліотек та спеціального макро-

процесора. При цьому розвинуті лексеми непроцедурних мов практично

виключають процес програмування як розробку алгоритму. Прикладом не-

процедурної

проблемно-орієнтованої мови може бути мова RL-2 розробки

ІПМаш НАН України. Її призначенням є опис необхідної інформації щодо

розв’язання крайових задач математичної фізики. До цього опису залучено

наступні види інформації:

1. Опис геометрії об’єкта аналізу.

2. Опис рівнянь задачі.

3. Опис граничних на початкових умов.

4. Директиви щодо розв’

язання задачі.

5. Директиви щодо виведення результатів обчислень.

Будемо вважати, що текст програми непроцедурною мовою RL-2 на-

214

писано. Тоді він автоматично обробляється макропроцесором. Результатом

цієї роботи є синтезований алгоритм програми мовою-надбудовою. Пода-

льша обробка цієї програми транслятором відповідної процедурно-

орієнтованої мови приводить до створення робочої програми і її виконан-

ня.

Для використання в САПР непроцедурної мови RL-2 розроблено ма-

кропроцесор “ПОЛЕ”, який здійснює генерацію програми мовою (надбу-

довою

) FORTRAN. Відповідно до вказаного робоча програма генерується

за схемою рис. 4.26.

Наведене означає, що для повної автоматизації процесу виконання

певної проектної задачі залишається необхідність автоматичного створен-

ня вхідної програми. Знову звертаючись до рис.4.2 бачимо, що ця задача

повинна розв’язуватись в блоці 4. Тоді зміна програми блока 4 при незмін-

ній схемі і

складу ПЗ за рис.4.26 дозволяє розв’язувати новий клас задач.

Таким чином, використання проблемно-орієнтованих мов програмування

виключає з творчого процесу проектування рутинні операції написання ал-

горитмів програм.

У цілому практичне застосування основних понять, класифікацій і

положень лінгвістичного забезпечення САПР сприяє ефективному викори-

станню програм. Це відповідає вимогам скорочення часу і

витрат на прое-

ктування, принципам розвитку, сумісності, інформаційної узгодженості,

оптимальності зв’язку проектувальника з ЕОМ, оптимальності зв’язків між

Рисунок 4.26 – Схема розробки робочої

програми в системі “ПОЛЕ”

Вхідна програма

мовою RL-2

Вихідна програма

мовою

FORTRAN

Макропроцесор

“ПОЛЕ”

Компілятор

мови

FORTRAN

Спеціалізована

бібліотека

Робоча програма –

виконання процедур

проектування

215

САПР і зовнішнім середовищем, типізації, блочності. Тим самим забезпе-

чується вирішення четвертого науково-технічного питання розгляду сис-

темного підходу до проектування ДВЗ як ефективного поєднання програм-

них засобів САПР (див. п.1.3). При цьому повинно бути ясно, що наявність

досконалого лінгвістичного забезпечення при обробці інформації в САПР

є обов’язковою, але ще

не є достатньою умовою ефективного використан-

ня автоматизованої системи. Останнє в значній мірі пов’язують з наступ-

ним, п’ятим, питанням – розробкою досконалої інформаційної бази САПР.

Розгляду вказаного питання присвячено гл.5.

Контрольні запитання і завдання

1. Поясніть на прикладах важливість досконалості лінгвістичного

забезпечення САПР.

2. Сформулюйте призначення мов програмування і проектування.

3. Дайте загальну класифікацію мов проектування.

4. Чи завжди певна програма використовує мови супроводу і керу-

вання?

5. Оберіть довільну відому вам програму БПЗ САПР або СПЗ САПР

ДВЗ та наведіть приклади використання нею вхідної та вихідної мов, мов

супроводу і керування. В якому режимі працює ця програма?

6. Поясніть необхідність використання внутрішніх

і проміжних мов

у САПР ДВЗ.

7. Наведіть поняття “конвертор”.

8. Чому різноманітні програмні комплекси мають різні внутрішні

мови? Розкрийте спосіб інтеграції різноманітних програмних комплексів

для сумісного їх функціонування в САПР.

9. Чи можливе створення інтегрованої САПР ДВЗ з використанням

тільки пасивних мов проектування?

10. Чи є доцільним створення САПР ДВЗ з

використанням тільки ді-

алогових мов проектування?

11. Поясніть особливості діалогового та інтерактивного режимів ро-

боти програм.

12. Наведіть приклади доцільності використання в САПР ДВЗ пакет-

ного режиму роботи програм, інтерактивного режиму роботи програм.

13. Які переваги має використання планшетного меню та функціона-

216

льної клавіатури щодо динамічного меню?

14. Розкрийте поняття панелі інструментів.

15. Розкрийте поняття дружнього інтерфейсу взаємодії проектуваль-

ника з ЕОМ.

16. Наведіть приклади доцільності використання алфавитно-цифро-

вих та графічних мов в САПР ДВЗ.

17. Наведіть поняття мов розширення та автономних мов проекту-

вання.

18. Розкрийте поняття “макрос”.

19. Наведіть загальну класифікацію мов програмування

20. Розробіть програму-конвертор для перезапису примітиву прямої з

SF в KSF-формат системи КОМПАС.

21. Поясніть переваги використання проблемно-орієнтованих над

процедурно-орієнтованими мовами програмування в процесі проектуван-

ня.

217

Глава 5. ІНФОРМАЦІЙНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ САПР

5.1. Розвиток підходів до поняття обробки інформації

Призначення будь-якого технічного пристрою завжди відоме його

розробникам. Наприклад, двигун внутрішнього згоряння створюється як

машина, що перетворює теплоту згоряння палива в роботу. Так само на

початку було і з ЕОМ. Перші комп’ютери призначались для виконання ма-

тематичних

розрахунків. Але вже через 20 років після появи електронної

обчислювальної техніки людство усвідомило необхідність використання

комп’ютера для переробки інформації.

Інформація – це сукупність окремих елементів даних.

Дані – це відомості, що використовують для формування та

обробки інформації.

Призначенню ЕОМ, як пристрою для обробки інформації, сприяли

дві причини:

1. З’явився ефект, так званого, інформаційного бар’єра – об’єми ін-

формації зросли на стільки, що людство стало неспроможним обробляти

цю інформацію в повному об’ємі. Наведемо приклад з проектування ДВЗ.

Відповідно до загальної схеми процесу автоматизованого проектування

двигунів (див.

рис.2.7) на перших чотирьох етапах проходження проекту

здійснюють формування та аналіз ТЗ, пошук прототипів та варіантів мож-

ливих технічних рішень. Зрозуміло, що тільки достовірна обробка повного

об’єму інформації відносно зразків-аналогів моторної техніки дозволяє га-

рантовано перевершити якість існуючих моделей двигунів. Таким чином,

необхідність обробки інформації є фактором, що визначає

зростання якості

проекту.

З іншого боку, збирання та обробка все зростаючого об’єму інфор-

218

мації стримує початок основних етапів проектування, тобто знаходиться у

протиріччі з вимогами скорочення часу проектних робіт та зменшення їх

вартості.

Все вищевказане в повному обсязі відноситься до аналізу існуючих

математичних методів, моделей, алгоритмів та іншої інформації, що вико-

ристовується в процесі проектування. Таким чином, маємо протиріччя

між об’єктивно існуючою інформацією

, необхідністю і можливістю її об-

робки.

2. При проектуванні СТС виникає протиріччя між своєчасністю і

достовірністю проектної інформації. Наприклад, у процесі проектування

необхідно вибрати певне наступне рішення щодо конструкції двигуна.

Розробка проекту останнього

відповідно до рис.5.1 в мо-

мент часу

знаходиться в

стані

. При цьому для

прийняття очікуваного рі-

шення необхідно мати інфо-

рмацію

щодо стану .

Але важливо, що під час

збирання інформації об’єму

проект вже може перейти в стан , тобто отримана інформація вже

буде недостовірною.

iS,,

–

Розглянуте протиріччя посилюється, коли ЦС має багаторівневу

структуру, а її проектування здійснюється з використанням інтегрованої

САПР та стратегій розгалуженого, комбінованого і адаптивного проекту-

вання.

Вказані вище причини стали поштовхом для впровадження інформа-

ційних функцій комп’ютера. При цьому на основі використання ЕОМ по-

чали створювати проблемно-орієнтовані

системи для переробки інформації

– автоматизовані інформаційні системи (АІС).

Однією з основних задач впровадження АІС є залучення до

існуючих інформаційних систем зі своєю інформаційною тех-

нологією (ІТ) елементів автоматизації та використання на

базі автоматизації нової інформаційної технології.

исунок 5.1 – Протиріччя між своєчасністю

і достовірністю інформації:

τ – час проектування;

S – стан об’єкта проектування;

– інформація щодо стану об’єкта проектування i

219