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

Подождите немного. Документ загружается.

Сьогодні провідні компанії світу вкрай активно підтримують проек-

ти в галузі ІТ. Ці зусилля пояснюються залежністю підприємств від інфор-

мації, від її джерел, від можливостей її передачі, переробки і відтворення в

розширеному обсязі.

З часу появи перших АС стались значні події в галузях виробництва і

експлуатації ОТ, електроніки, зв’язку. Головна

з них – поява персонально-

го комп’ютера. Об’єднання ПК, великих ЕОМ, засобів супутникового

зв’язку, інших шляхів передачі даних дозволило створити телекомуніка-

ційні мережі. Ці мережі є тим стрижнем, навколо якого йде об’єднання ін-

формаційної індустрії. При цьому за висновками провідних вчених широ-

комасштабне впровадження нових ІТ обумовлює

перехід промислово роз-

винутих країн світу з епохи енергетики до епохи інформації. За це ствер-

дження свідчить наступне:

1. Час подвоєння об’єму наукових знань складає не більш ніж 2 – 3

роки.

2. Витрати людства на зберігання, передачу й переробку інформації

(на “техніку слабкого струму” – ОТ і зв’язок) перевищують аналогічні ви-

трати на енергетику (“техніку сильного струму”).

3. Вперше в своїй історії людство стало досяжним для спостережень

з Космосу – рівень радіовипромінювання Землі наблизився до рівня радіо-

випромінювання Сонця.

На сьогодні інформація розглядається як стратегічна сировина,

що використовується нарівні з матеріальними, енергетичними

та людськими ресурсами.

Узагальнений досвід використання АС дозволяє виділити три основ-

них етапи, через які проходив процес автоматизації.

1. Початковий етап. Він характеризується наступним:

 іде вияв основних напрямів та накопичення досвіду викорис-

тання ЕОМ;

 головна мета впровадження АС відповідає скороченню витрат

і чисельності персоналу організації;

 здійснюється автоматизація окремих видів і етапів діяльності

фірми.

2. Етап встановлення контролю над впровадженням нової інфор-

220

маційної технології:

 пошук сфер застосування ЕОМ завершено, парк ОТ не розши-

рюється;

 розробляються нові організаційні форми керування новою

технікою;

 окремі інформаційні системи компанії ізольовані та слабо

сумісні;

 висувається ідея інтеграції інформаційного забезпечення; в

компаніях утворюють спеціальні інформаційні служби, що ке-

руються віце-президентом по адміністрації.

3. Етап інтеграції інформаційних систем. Цей етап характеризу-

ється впровадженням раціональної технології організації і обробки даних.

Він визначається наступним:

 з появою ПК акцент автоматизації перенесено на створення

децентралізованих систем, в яких ПК, ЕОМ обчислювальних

центрів, інше інформаційне обладнання фірми поєднується в

локальну мережу. В таких мережах інформація є розподіле-

ною між ПК, а спеціаліст-непрограміст безпосередньо викори-

стовує комп’ютер. Тим самим виключено інформаційно-

технічну ланку, що з’єднувала проектувальника

з ЕОМ;

 завершено подолання технічних труднощів, обчислювальні

центри і мережі поєднано між собою та з системами іншої

природи: телефоном, факсом, поштою, телебаченням;

 сформовано новий тип працівників, котрі розглядають ЕОМ

як засіб сучасного виробництва;

 висувається концепція інформаційного ресурсу, на єдиній

технічній, організаційній та методологічній основі здійсню-

ється інтеграція АС;

 зріс статус інформаційної служби фірми, яку перетворено в

службу керування інформаційними ресурсами на чолі з віце-

президентом по інформації.

При цьому довільне підприємство розглядається як інформаційна си-

стема (ІС), що складається з певних елементів цієї системи і зв’язків між

ними. В межах системи циркулює інформація, яка певним чином подаєть-

ся

, переробляється та передається. Тут ІС функціонує на базі нової інфор-

221

маційної технології, в поняття якої входять усі пристрої і носії, методи

зберігання, переробки і обміну інформацією. З урахуванням поданого на-

дамо ще одне означення САПР ДВЗ.

За аспектом інформаційного забезпечення процесу проектуван-

ня САПР ДВЗ слід розглядати як АС по переробці інформації з

метою отримання нових конструкцій двигунів на основі викори-

стання нових інформаційних технологій, тобто нових методів

зберігання, перетворення, обміну інформацією.

В цілому слід враховувати, що при впровадженні інтегрованої САПР

або її окремих підсистем розробка досконалого інформаційного забезпе-

чення є ще одним вагомим фактором, що визначає якість використання си-

стеми.

З метою зменшення витрат на впровадження нових ІТ слід користу-

ватись, поряд з теорією будови автоматизованих інформаційних систем,

практичним досвідом їх впровадження

. Напрям використання цього досві-

ду повинен відповідати принципам сумісності, інформаційної узгодженос-

ті, оптимальності зв’язків між САПР та зовнішнім середовищем. Важли-

вість і складність цього питання стають зрозумілими з розгляду складу ІЗ

САПР і вимог, що висуваються до ІЗ САПР.

5.2. Означення, компонентний склад та загальні вимоги до

інформаційного забезпечення САПР

5.2.1. Інформаційна база САПР

Під інформаційним забезпеченням САПР розуміють подану в заданій

формі сукупність певних відомостей, а також спеціальні засоби роботи з

цими відомостями, які є необхідними для виконання автоматизованого або

автоматичного проектування.

Інформаційне забезпечення призначене для отримання,

організації зберігання, зберігання та використання даних.

У загальному випадку дані частково можуть зберігатись не на ма-

шинних носіях. Але тоді порушуються принципі системної єдності, інфор-

маційної узгодженості програм, оптимальності зв’язку проектувальника з

ЕОМ. З цього приводу функції інформаційного забезпечення повинно реа-

222

лізувати ПЗ САПР.

Компонентами ІЗ є документи, що вміщують описи проектних про-

цедур, типових проектних рішень, комплектуючих виробів, матеріалів та

інші дані, а також файли, бібліотеки та інтегровані бази даних на машин-

них носіях, в яких усі ці дані зберігаються.

Сукупність компонентів ІЗ утворює інформаційну базу САПР.

Зміст інформаційної бази САПР складається з урахуванням особли-

востей об’єкту проектування та розширюється, доповнюється і оновлюєть-

ся в процесі функціонування АС. Загальна будова такої бази передбачає

наявність двох складових: інформаційного фонду та внутрішньомашинної

структури даних.

Інформаційний фонд складає ту сукупність даних предметної області

САПР, яка є необхідною в процесі проектування

СТС. Внутрішньомашин-

на структура даних визначає способи зберігання і доступу до цих даних.

5.2.2. Інформаційний фонд САПР

До складу інформаційного фонду САПР залучають: текстові та гра-

фічні початкові, проміжні та остаточні проектні документи; класифікатори;

довідники; описи типових проектних рішень; інші види інформації, що ви-

користовується в процесі проектування.

Дані інформаційного фонду

класифікують за призначенням, за зміс-

том, за тривалістю використання, за рівнем використання. Загальну струк-

туру інформаційного фонду САПР подано на рис.5.2.

За призначенням дані поділяють на вхідні та вихідні.

Вхідними є дані, що використовують при виконанні проектних робіт.

Вхідні дані підрозділяють на початкові та нормативно-довідкові.

До початкових даних належать

відомості, які задаються для проекту-

вання ЦС. Такими даними є вимоги ТЗ. Початкові дані не можуть бути

зміненими, якщо не прийняте відповідне рішення керівником проекту.

Нормативно-довідкові дані складають інформацію, що є загальною

для всієї області застосування САПР цільового об’єкта, що розглядається.

До цих даних відносять стандарти, методичні матеріали,

відомості щодо

комплектуючих вузлів, матеріалів, двигунів-аналогів, типових проектних

рішень, математичних моделей, інші довідкові відомості, у тому числі ві-

домості щодо функціонування САПР.

223

Інформаційний фонд САПР

Вхідні

Початкові

Нормативно-

довідкові

Вихідні

Проміжні

рішення

Проектні

рішення

Поповнення

нормативно-

довідкового

фонду

Статистична

інформація

Нормативні

Довідкові

Методичні

Моделі

Програми

Типові рішення

Умови і вимоги

Результуючі

Змінні

Умовно-змінні

Постійні

Стратегічні

Тактичні

исунок 5.2 – Загальна структура інформаційного фонду САПР

Класифікація за рівнем використання даних

Класифікація за тривалістю використання даних

Класифікація за змістом даних

Класифікація за призначенням даних

Вихідними є дані, що отримують в результаті функціонування САПР.

Ці дані розширюють інформаційну сферу прикладної галузі. До вихідних

даних відносять прийняті проектні рішення (розрахункові значення, текс-

тові документи, схеми, креслення), проміжні рішення (що є потрібними

для подальших етапів проектування), дані поповнення нормативно-

224

довідкового фонду та статистичні дані щодо функціонування САПР.

За змістом дані розподіляють на наступні групи: нормативні, довід-

кові, методичні, моделі, типові рішення, програми, умови і вимоги, резуль-

туючі.

Нормативні дані містяться в матеріалах нормативного характеру – в

міжнародних та державних стандартах, в стандартах підприємств, в ін-

структивних та директивних документах підприємства.

Довідкові

дані розміщено в довідниках, каталогах, в технічній доку-

ментації та літературі, у звітах з експериментальних робіт тощо.

Джерелом нормативної та довідкової інформації є інформаційна та

патентна служба організації, технічна бібліотека, служба обслуговування

САПР.

Методичні дані містяться в методичних матеріалах і інструкціях, які

викладають теорії, математичні методи, методики, опис мов проектування

і програмування тощо. Джерелом методичної інформації є служба з розро-

бки САПР.

Моделі являють собою математичні залежності, набори евристичних

і алгоритмічних процедур з функціонування і проектування СТС. Джере-

лом внесення моделей є служба з розробки САПР.

Типові рішення формують на основі досвіду проектування. Ці рішен-

ня фіксують дані по розробленим об

’єктам та використовуються в наступ-

них проектних роботах. До типових рішень відносять креслення типових

конструктивних і графічних елементів, елементи оформлення документа-

ції. Типові проектні рішення формує служба обслуговування САПР.

Програми передбачають наявність інформації відповідно до складу

ПЗ САПР. Наповнення ПЗ забезпечує служба з розробки САПР.

Умови і вимоги – це дані,

що є початковими для різних етапів і стадій

проектування СТС. Їх формулюють як початкові до початку проектування

та проміжні при завершенні певного етапу чи стадії. Умови ы вимоги фор-

мують проектні підрозділи САПР.

Результуючі дані утворюють на заключних етапах проектування у

вигляді прийнятих й отриманих рішень (характеристики двигуна, констру-

ктивні параметри

, експлуатаційні обмеження). Ці дані також формують

проектні підрозділи САПР.

Важливо, що для забезпечення високої якості змісту інформаційного

225

фонду САПР та якості проектування в цілому до інформаційної, патентної,

розробки, обслуговування та інших допоміжних служб САПР повинні за-

лучатись спеціалісти прикладної сфери.

За тривалістю використання дані підрозділяють на змінні, умовно-

незмінні та незмінні.

Змінні дані є характерними для даного об’єкта проектування. Вони

змінюються в ітераційному процесі проектування та при

переході від од-

ного об’єкта до іншого. До змінних даних відносять умови і вимоги та ре-

зультуючі дані.

Умовно-постійні дані є характерними для групи близьких за призна-

ченням об’єктів. Ці дані можуть змінюватись у процесі аналізу результатів

проектування. До умовно-незмінних даних відносять довідкові дані і типо-

ві рішення.

Розглянемо два приклади щодо умовно-постійних даних. У процесі

проектування поршня за один з критеріїв його працездатності приймають

параметр теплонапруженості, кВт/мм:

⋅

(5.1)

де

– ефективна циліндрова потужність двигуна, кВт; – діаметр ци-

ліндра, м.

На основі аналізу цього критерію чверть століття тому було встанов-

лено, що для тракторних дизелів при діаметрі циліндра до

= 0,13 м по-

винна виконуватись умова –

150,

≤

кВт/мм. На сьогодні цей показник

складає величину

210180 ,,

−

кВт/мм. Видно, що критерій , який

слід відносити до переліку довідкових даних, повинен бути умовно-

постійним.

Інший приклад стосується прийняття типових проектних рішень – за

розглянутий вище період часу кількість кілець поршнів швидкохідного ди-

зеля скоротилась спочатку з п’яти до чотирьох, а потім ще раз – з чотирьох

до трьох. Аналогічні зміни відбуваються відносно кількості клапанів

одно-

го циліндра, величини максимального тиску палива перед форсункою, спо-

собу організації робочого процесу, коефіцієнту пристосовності двигуна,

інших параметрів, показників, конструктивних і функціональних описів

двигунів.

226

В цілому видно, що сувора незмінність довідкових даних та типових

проектних рішень не дозволяє отримати конструкцію, що перевершує

кращі світові аналоги. Саме тому з урахуванням нових досягнень в теорії

ДВЗ і технології виготовлення деталей ДВЗ довідкові дані і типові рішення

повинні змінюватись в часі – відповідати сучасному рівню двигунів-

аналогів.

Постійні дані

є характерними для області застосування САПР. До

постійних даних відносять нормативну та методичну інформацію, моделі і

програми. Постійні дані можуть змінюватись лише з розвитком САПР або

зы зміною вимог стандартів.

За рівнем використання дані розподіляють на стратегічні і тактич-

ні.

Стратегічні дані призначені для прийняття принципових рішень на

рівні головного

конструктора або керівників служби САПР. До стратегіч-

них відносять постійні та частково умовно-постійні дані.

Зміна умовно-постійних даних на стратегічному рівні означає, що в

світі з’явились двигуни-аналоги, матеріали, технології виготовлення дета-

лей з покращеними характеристиками.

Тактичні дані призначені для прийняття конкретних проектних рі-

шень на рівні проектувальників (проектних

підрозділів САПР). До тактич-

них відносять змінні та частково умовно-постійні дані. Зміна умовно-

постійних даних на тактичному рівні означає, що створена конструкція є

оригінальною або перевершила за своїми показниками певні характерис-

тики двигунів-аналогів.

У цілому ясно, що впровадження і використання САПР потребує

спеціальних підходів до ефективного поділу та

організації зберігання да-

них, доступу до даних, редагування даних.

5.2.3. Внутрішньомашинна структура даних САПР

Внутрішньомашинна структура даних передбачає наявність певним

чином організованих даних інформаційного фонду, що зберігаються на

машинних носіях та які використовуються безпосередньо в процесі авто-

матизованого або автоматичного проектування.

Компоненти цієї структури класифікують відповідно до рис.5.3 щодо

організації розміщення

та за носіями.

227

Внутрішньомашинна структура даних

САПР

Класифікація за структурою даних

Послідовна

Пряма

Індексно-послідовна

Файли

Бібліотеки

Інтегровані бази даних

FDD

HDD

ласифікація за носіями даних

ласифікація за організацією розміщення даних

. . .

исунок 5.3 – Компоненти внутрішньомашинної структури даних САПР

За організацією розміщення компонентів IЗ розрізняють файли (або

набори даних), бібліотеки та інтегровані бази даних.

Файл – це довільна сукупність послідовних даних певної довжини,

що має ім’я. Файл може зберігати текст, програму, числові або символьні

дані, закодовані графічні зображення тощо. Довжина (ємність) файла вимі-

рюється в байтах.

Байт – одиниця ємності пам’яті ЕОМ, в якій може збе-

рігатись один символ з можливого набору ASCI-символів (див. рис.3.18).

Файли за структурою розміщення даних розподіляють на послідовні,

прямого доступу, індексно-послідовні.

Послідовна структура даних є найбільш простою та забезпечує ви-

соку ефективність доступу – порядок обробки записів з набору даних зав-

жди

є відомим. Але щоб дістатися до певного запису виникає потреба в

послідовному читанні усіх попередніх записів файла.

Пряма структура, на відміну від попередньої, забезпечує вільний

доступ до довільних записів файла та не накладає обмежень на порядок

обробки цих записів. Час обробки файлів прямого доступу зростає.

Індексно-послідовна структура займає проміжне

положення між по-

228

слідовною і прямою, тому використовує їх окремі переваги. Ця структура

має систему індексів для прискорення пошуку послідовно-організованої

інформації.

Бібліотека, або бібліотечна структура даних складається з певної су-

купності каталогізованих інформаційних компонентів (розділів бібліоте-

ки). Для доступу до інформації бібліотека має довідник.

Інтегрована база даних утворює сукупність інформаційних компо-

нентів

, описи їх структури та взаємозв’язки між даними. БД орієнтовані на

колективне використання інформації програмами і користувачами САПР.

Докладніше структуру БД буде розглянуто в п.5.3.

Носії даних призначені для зберігання та читання інформації. Ці но-

сії є фізичним об’єктом управління ОС. Основними носіями інформації є

магнітні гнучкі та жорсткі

диски (FDD та HDD), оптичні диски (CD) тощо.

Важливою передумовою розвитку складових систем керування да-

ними стала поява доступних за вартістю запам’ятовуючих пристроїв ве-

ликої ємності з малим терміном прямого доступу до інформації. В першу

чергу це стосується жорстких магнітних дисків. У сполученні з мереж-

ним ПЗ це привело до ефективного копіювання даних

та створення резер-

вних архівів на різних ЕОМ, збереження єдиного набору даних на декількох

томах (зовнішніх пристроях) носіїв інформації.

5.2.4. Загальні вимоги до компонентів ІЗ САПР

Організація проектних робіт з використанням нової інформаційної

технології висуває підвищені вимоги до забезпечення ефективності корис-

тування інформаційним фондом САПР. Незалежно від майбутньої струк-

тури та

об’ємів баз даних їх розробка повинна підкорятись загальним

принципам будови САПР. Конкретна реалізація останніх висуває наступні

вимоги до компонентів ІЗ САПР.

1. Надійність зберігання інформації протягом встановленого часу.

Ця вимога забезпечується використанням комплексу організаційних захо-

дів та технічних і програмних засобів. При цьому досягають:

9 захисту даних від зовнішніх випадкових

впливів та системних збо-

їв;

9 протоколювання роботи БД;

9 копіювання даних у резервну базу;

229