Автоматизированное проектирование средств и систем управления (190,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Х. Н. Музипов, О. Н. Кузяков Автоматизированное проектирование средств и систем управления Рекомендовано Региональным отделением УрФО учебно-методического объединения вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 220400 – Управление в технических системах в УрФО Тюмень ТюмГНГУ 2011

Стр.1

УДК 65.011.56 ББК 30.2-5-05 32.97 М89 Рецензенты: Бабушкин А.Г., кандидат технических наук, директор института Геоинформационных систем; Логачев В.Г., доктор технических наук, профессор ТюмГНГУ Музипов, Х. Н. М89 Автоматизированное проектирование средств и систем управления : учебное пособие / Х. Н. Музипов, О. Н. Кузяков. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2011. – 168 с. ISBN 978-5-9961-0501-4 В учебном пособии рассмотрены основные сведения о системах автоматизированного проектирования. Дисциплина «Автоматизированное проектирование средств и систем управления» является введением в технологии САПР, знакомит студентов с наиболее общими средствами современного проектирования. Цель учебного пособия — подготовить студентов к освоению методик работы в конкретных САПР, изучаемых в профильных направлениях подготовки для специальности 220400 – Управление в технических системах. Пособие может быть также рекомендовано для обучения студентов следующих специальностей: 220201 Управление и информатика в технических системах; 200401 Биотехнические и медицинские аппараты и системы; 200402 Инженерное дело в медико-биологической практике. УДК 65.011.56 ББК 30.2-5-05 32.97 ISBN 978-5-9961-0501-4 © Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2011

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 ГЛАВА 1. СТУПЕНИ РАЗВИТИЯ САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 ГЛАВА 2. ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ И ЗАДАЧИ САПР. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.1. Этапы жизненного цикла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 ГЛАВА 3. КЛАССИФИКАЦИЯ САПР. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 3.1. Состав и структура САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 Вопросы для самопроверки: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 ГЛАВА 4. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 4.1. Проектирование технического объекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 4.2. Принципы системного подхода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 4.2.1. Блочно-иерархический подход проектирования (БИП) . . .24 4.2.2. Объектно-ориентированное проектирование (ООП) . . . . .26 4.3. Уровни проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 4.4. Стадии проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 4.5. Проектные процедуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 ГЛАВА 5. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР. . . . . . . . . . . . . . . . . .42 5.1. Типы вычислительных машин и систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 5.1.1. Персональный компьютер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 5.1.2. Рабочие станции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 5.1.4. Суперкомпьютеры XXI века . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 ГЛАВА 6. МАТОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ 54 6.1. Требования к математическим моделям и методам в САПР . . . .54 3

Стр.3

6.2. Фазовые переменные, компонентные и топологические уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 6.3. Связь подсистем различной физической природы . . . . . . . . . . . .56 6.4. Основные понятия графов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 6.5. Представление топологических уравнений . . . . . . . . . . . . . . . . .66 6.6. Формирование математических моделей на макроуровне . . . . . .67 6.7. Методы анализа в САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69 6.7.1. Анализ во временной области . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69 6.7.2. Анализ в частотной области . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 6.7.3. Многовариантный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 6.7.4. Анализ чувствительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 6.7.5. Статистический анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 6.8. Вычислительный процесс анализа на макроуровне . . . . . . . . . . .74 6.9. Математические модели для анализа на микроуровне . . . . . . . .77 6.9.1. Методы анализа на микроуровне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 6.10. Моделирование аналоговых устройств на функциональном уровне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79 6.12. Математические модели дискретных устройств . . . . . . . . . . . .80 6.13. Методы логического моделирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 6.14. Системы массового обслуживания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 6.14.1. Аналитические модели СМО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 ГЛАВА 7. ПРОГРАММЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ . . . . . . . . . . . . .89 7.1. Графические редакторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 7.2. Построение геометрических моделей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 7.3. Поверхностные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92 7.4. Графический процессор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95 7.7. Унифицированные графические редакторы . . . . . . . . . . . . . . . . .97 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 ГЛАВА 8. ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 8.1. Постановки и методы решения задач структурного синтеза . . . .98 8.2. Языки представления описаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99 4

Стр.4

8.3. Подходы обобщенного описания задач принятия проектных решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102 ГЛАВА 9. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103 9.1. Cистемы ERP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103 9.2. Производственная исполнительная система MES . . . . . . . . . . .106 9.3. Автоматизированное управление технологическими процессами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106 9.4. Системы SCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 ГЛАВА 10. МАРШРУТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБИС . . . . . . . . . . . . . . 112 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 ГЛАВА 11. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ . . . . . . . . . . 119 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121 ГЛАВА 12. МО и ПО АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. . . . . . . . .122 12.1. Типы CASE-систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122 12.2. Спецификации проектных программных систем . . . . . . . . . . .125 12.3. Методика IDEF0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128 12.4. Методика IDEF3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130 12.5. Методика IDEF1X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132 12.6. Программное обеспечение CASE-систем . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 ГЛАВА 13. ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ ПРИЛОЖЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139 ГЛАВА 14. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ UML . .140 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147 ГЛАВА 15. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТНЫМИ ДАННЫМИ . . . . . . . . . . . .148 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153 5

Стр.5

ГЛАВА 16. ИНТЕРАКТИВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РУКОВОДСТВА . . .154 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159 ГЛАВА 17. ЭЛЕКТРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ПОДПИСЬ . . . . . . . . . . . . . .160 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161 ГЛАВА 18. CALS-ТЕХНОЛОГИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162 Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164 ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 6

Стр.6

ВВЕДЕНИЕ САПР - система автоматизированного проектирования — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования. САПР представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Автоматизированная система (АС) — это организованная совокупность средств, методов и мероприятий, используемых для регулярной обработки информации для решения задачи. Если автоматизируемый процесс связан в основном с обработкой информации, то такая система называется автоматизированной информационной системой. Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD (computer-aided design), подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании. Однако в ГОСТ 15971-90 [5] это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Понятие CAD не является полным эквивалентом САПР, как организационно-технической системы. Термин САПР на английский язык может также переводиться как CAD system automated design system, CAE system. В ряде зарубежных источников устанавливается определенная соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM. Для обозначений всего спектра различных технологий автоматизации с помощью компьютера, в том числе средств САПР, используется термин CAx (computer-aided technologies). Примеры использования автоматизированного процесса проектирования были даже до того, как сформировался сам термин САПР. Еще в 1955-59 году в Массачусетском Технологическом Институте (MIT) под руководством Росса была разработана система программирования АРТ (авт. прог. станки). АРТ дает возможность подготовки программ для станков с чипом, путем описания длины рабочего кода инструмента. В дальнейшем в процессе разработки систем подготовки программ для станков с чипом не задавать длину кода, а описывать саму деталь. В противоположность сегодняшнему понятию САПР, тогда понималась растущая возможность использования ЭВМ. 7

Стр.7