Лекции САП(1)

1.

Сибирский
государственный
индустриальный
университет
ИНСТИТУТ
ПЕРЕДОВЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра
механики и машиностроения
Наименование
учебной дисциплины
КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Составитель: ст.преп., Князев А.С.
Новокузнецк
2023

2.

Содержание
3
Раздел 1Характеристика, цели и принципы автоматизированного проектирования.
Архитектура, техническое обеспечение САПР.
20
Раздел 2 Техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования
53 Раздел 3 Математическое обеспечение систем автоматизированного проектирования

3.

Характеристика, цели и принципы автоматизированного проектирования.
Архитектура, техническое обеспечение САПР
Проектирование – это комплекс работ по исследованию, расчетам и
конструированию нового изделия или нового процесса. В основе проектирования
лежит первичное описание – техническое задание.
Неавтоматизированное проектирование - процесс проектирования, осуществляемый
человеком вручную (без использования ЭВМ).
Автоматизированное проектирование - проектирование, при котором все проектные
решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ.
Автоматическое проектирование - проектирование, при котором все преобразования
описаний объекта и алгоритма его функционирования осуществляются без участия
человека. Автоматическое проектирование возможно лишь в отдельных частных
случаях для сравнительно несложных объектов.

4.

САПР: понятие, цели, функции,возможности
САПР ‒ организационно-техническая система, входящая в структуру проектной
организации (отдела) и осуществляющая проектирование при помощи комплекса
средств автоматизированного проектирования (КСАП).
Основная функция САПР - выполнение автоматизированного проектирования на
всех или отдельных стадиях проектирования объектов и их составных частей.
САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки
производства.
Основная цель применения САПР ‒ повышение эффективности труда инженеров,
включая:
• сокращение трудоёмкости проектирования и планирования;
• сокращение сроков проектирования;
• сокращение себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат
на эксплуатацию;
• повышение
качества
и
технико-экономического
уровня
результатов
проектирования;
• сокращение затрат на натурное моделирование и испытания.

5.

Возможности САПР
Эффективность
применения
САПР
обеспечивается
следующими
ее
возможностями:
• автоматизации оформления документации;
• информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
• использования технологий параллельного проектирования;
• унификации проектных решений и процессов проектирования (использование
готовых фрагментов чертежей: конструктивных и геометрических элементов,
унифицированных конструкций, стандартных изделий);
• повторного использования проектных решений, данных и наработок;
• стратегического проектирования;
• замены
натурных
испытаний
и
макетирования
математическим
моделированием;
• повышения качества управления проектированием;
• применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

6.

Подходы к проектированию

7.

Отечественная классификация САПР по ГОСТ 23501.108-85
По каждому признаку установлены классификационные группировки САПР (позиции 18 в обозначении). Коды каждой классификационной группировки отделяют друг от
друга точкой. Коды классификационных группировок определяют принадлежность
создаваемой системы к определенному подмножеству (классу) САПР. Коды
классификационных группировок по признакам сложности объекта проектирования,
уровню
автоматизации
проектирования,
комплексности
автоматизации
проектирования и количеству выпускаемых документов определяют (до утверждения
общеотраслевых методик) по отраслевым нормативно-техническим документам.

8.

Зарубежная классификация САПР
CAD = автоматизированное проектирование
САПР = CAD system, Automated design system, CAE system
Классификация по отраслевому назначению:
• MCAD (англ. mechanical computer-aided design) ‒ автоматизированное
проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР,
применяются в автомобилестроение, судостроении, авиакосмической
промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в
себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием
параметрического проектирования на основе конструктивных элементов,
технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk
Inventor, КОМПАС, CATIA);
• EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided
design) ‒ САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных
схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);
• AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design)
или CAAD (англ. computer-aided architectural design) ‒ САПР в области архитектуры
и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных
объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, Piranesi,
ArchiCAD).

9.

Зарубежная классификация САПР
По целевому назначению различают САПР:
• CAD (англ. computer-aided design/drafting) ‒ средства автоматизированного
проектирования; термин обозначает средства САПР, предназначенные для
автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования,
создания конструкторской и/или технологической документации и создания
цифровой модели изделия. САПР конструктора.
• CADD (англ. computer-aided design and drafting) ‒ проектирование и создание
чертежей.
• CAGD (англ. computer-aided geometric design) ‒ геометрическое моделирование.
• CAE (англ. computer-aided engineering) ‒ средства автоматизации инженерных
расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Осуществляют динамическое
моделирование, проверку и оптимизацию изделий; решают задачи прочностного
анализа, теплофизических и гидродинамических расчетов, анализа пластической
деформации и механического анализа (моделирование и прогнозирование
поведения и движения механических систем) и др.
• CAA (англ. computer-aided analysis) ‒ подкласс средств CAE, используемых для
компьютерного анализа.
• CAM (англ. computer-aided manufacturing) ‒ средства технологической подготовки
производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и
управления оборудования с ЧПУ или ГАПС. САПР технолога. Русский аналог термина
– АСТПП ‒ автоматизированная система технологической подготовки производства.
• CAPP (англ. computer-aided process planning) ‒ средства автоматизации
планирования технологических процессов применяемые на стыке систем CAD и
CAM.

10.

CALS-технологии.PLM/PDM
CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support) ‒ непрерывная
информационная поддержка поставок и жизненного цикла изделия.
Реализация CALS технологий в практическом плане предполагает организацию единого
информационного пространства (интегрированной информационной среды),
объединяющего автоматизированные системы, предназначенные как для
эффективного решения задач инженерной деятельности, так и для планирования и
управления производством и ресурсами предприятия.
Управление данными в едином информационном пространстве на протяжении всех
этапов жизненного цикла изделий возлагается на систему PLM. Поэтому PLM можно
считать средством практической реализации CALS.
PLM (Product Lifecycle Management) – процесс управления информацией об изделии
на протяжении всего его жизненного цикла.
PLM являются основой, интегрирующей информационное пространство, в котором
функционируют САПР, ERP, PDM, SCM, CRM и другие автоматизированные системы
многих предприятий.
PLM структурно включают в себя PDM (Product Data Management ‒ система
управления данными об изделии) ‒ организационно-технические системы,
обеспечивающие управление информацией об изделии.
PDM-системы интегрируют информацию любых форматов и типов, предоставляя её
пользователям уже в структурированном виде. С помощью PDM можно создавать
отчеты о конфигурации выпускаемых систем, маршрутах прохождения изделий, частях
или деталях, а также составлять списки материалов. Все эти документы могут
отображаться на экране производственной или конструкторской системы из одной и
той же БД.
Наиболее известными PDM-системами являются ENOVIA и SmarTeam (Dessault
Systemes), Teamcenter, Windchill, mySAP PLM (SAP), BaanPDM, Лоцман: PLM, PDM
StepSuite, Party Plus.

11.

Состав и структура САПР
В соответствии с ГОСТ 23501.101-87, в структуре САПР выделяют следующие элементы:
КСАП САПР ‒ совокупность КСАП различных подсистем.
• подсистемы САПР - при помощи специализированных комплексов средств
решается
функционально
законченная последовательность задач САПР с
получением соответствующих проектных решений и проектных документов.
• КСАП подсистемы САПР ‒ совокупность ПМК, ПТК и отдельных компонентов
обеспечения САПР, не вошедших в программные комплексы, объединенная общей
для подсистемы функцией.
• ПТК ‒ программно-технические комплексы;
• компоненты обеспечения ПТК САПР;
• ПМК ‒ программно-методические комплексы;
• компоненты обеспечения ПМК САПР;
• компоненты обеспечения САПР, не вошедшие в ПМК и ПТК.
Программно-методический комплекс ‒ взаимосвязанная совокупность некоторых
частей программного, математического, лингвистического, методического и
информационного обеспечения, необходимая для получения законченного
проектного решения по объекту проектирования или для выполнения
определенных унифицированных процедур. Примеры ПМК:
оформления
документации, синтеза проектных решений, моделирования и т. п.
Программно-технический комплекс ‒ взаимосвязанная совокупность программнометодических комплексов, объединенных по некоторому признаку, и средств
технического обеспечения САПР. Примеры ПТК: автоматизированные рабочие места,
включающие в себя ЭВМ, комплект периферийных устройств и ряд.

12.

Состав и структура САПР

13.

Состав и структура САПР
Виды подсистем по назначению:
Примеры проектирующих подсистем:
• подсистема эскизного проектирования;
• подсистема проектирования корпусных деталей;
• подсистема проектирования технологических процессов механической обработки;
• подсистема проектирования сборочных единиц;
• подсистема проектирования деталей;
• подсистема проектирования схемы управления;
• геометрического трехмерного моделирования механических объектов;
• подсистема технологического проектирования.
Примеры обслуживающих подсистем:
• автоматизированный банк данных;
• подсистема документирования;
• подсистема графического ввода/вывода;
• подсистемы управления проектными данными;
• обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

14.

Состав и структура САПР: проектирующие подсистемы
Виды проектирующих подсистем по функциональному значению:
Виды проектирующих подсистем по отношению к объекту проектирования:

15.

Состав и структура САПР: виды обеспечения
Подсистемы состоят из компонентов (наименьших неделимых элементов, выполняющих
определённую
функцию),
обеспечивающих
функционирование
подсистемы.
Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР.
Виды обеспечения САПР:

16.

Виды обеспечения САПР: программное обеспечение
Программное обеспечение – совокупность всех программ и эксплуатационной
документации к ним, необходимых для выполнения автоматизированного
проектирования.
Предназначено
для
организации
функционирования технических средств,
т. е. для планирования и управления
вычислительным
процессом,
распределения имеющихся ресурсов
(операционные системы).
Реализует математическое обеспечение
для
непосредственного
выполнения
проектных процедур. Включает пакеты
прикладных программ, предназначенные
для обслуживания определенных этапов
проектирования или решения групп
однотипных задач внутри различных
этапов
(модуль
проектирования
трубопроводов, пакет схемотехнического
моделирования, геометрический решатель
САПР)

17.

Виды обеспечения САПР: информационное, методическое обеспечение
Информационное обеспечение – данные, которыми пользуются проектировщики в
процессе проектирования непосредственно для выработки проектных решений.
Данные могут быть представлены в виде документов на различных носителях,
содержащих сведения справочного характера о материалах, параметрах элементов,
сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных
проектных решений.
Основной формой реализации, компонентов информационного обеспечения являются
БД в распределенной или централизованной форме. Совокупность БД САПР должна
удовлетворять принципу информационного единства, т. е. использовать термины,
символы, классификаторы, условные обозначения, способы представления данных,
принятые в САПР объектов конкретных видов.
Создание, поддержка и использование БД, а также взаимосвязь между информацией в
БД и обрабатывающими ее программными модулями осуществляется системой
управления базами данных (СУБД), являющейся частью одной из обслуживающих
подсистем.
Методическое обеспечение – документы, регламентирующие порядок эксплуатации,
описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения
пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов.
Документы, относящиеся к процессу создания САПР, не входят в состав методического
обеспечения.

18.

Виды обеспечения САПР: математическое, лингвистическое обеспечение
Математическое обеспечение – математические методы, модели объектов и
процессов проектирования, алгоритмы решения задач проектирования, т.е. принципы
построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и
дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиски экстремума
и др.
По назначению и способам реализации математическое обеспечение делят на две
части:
• математические методы и построенные на них математические модели;
• формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.
Лингвистическое обеспечение – специальные языковые средства (языки
проектирования), используемые для представления информации о проектируемых
объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога
проектировщик-компьютер и обмена данными между техническими средствами САПР.
К компонентам лингвистического обеспечения относят языки проектирования,
информационно-поисковые языки, и вспомогательные языки, используемые в
обслуживающих подсистемах, и для связи с ними проектирующих подсистем.

19.

Виды обеспечения САПР: техническое, организационное обеспечение
Техническое обеспечение – это совокупность связанных и взаимодействующих
технических средств, облегчающих процесс автоматизированного проектирования.
К компонентам технического обеспечения относят устройства вычислительной и
организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие
устройства и их сочетания, обеспечивающие функционирование ПТК и КСАП, в том
числе диалоговый, многопользовательский и многозадачный режим работы, а также
построение иерархических и сетевых структур технического обеспечения.
В качестве предпочтительной для САПР следует использовать двухуровневую структуру
технического обеспечения, включающую центральный вычислительный комплекс и
автоматизированные рабочие места (терминальные станции).
Организационное обеспечение – совокупность документов, определяющих состав
проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру
объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования
системы, форму представления результатов проектирования, задачи и функции
службы САПР и связанных с нею подразделений проектной организации; права и
ответственность должностных лиц по обеспечению создания и функционирования
САПР; порядок подготовки и переподготовки пользователей САПР.
В организационное обеспечение входят штатные расписания, должностные
инструкции, правила эксплуатации, приказы, положения и т. п.

20.

Техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования
Комплексы аппаратуры ТО
Центральный
вычислительный
комплекс (ЦВК)
Автоматизированн
ое рабочее место
(АРМ)
Рабочие станции
PC
1. Центральный вычислительный комплекс ЦВК – для
решения сложных задач проектирования и представляет собой ЭВМ
средне (или высокой) производительности с штатным набором
периферийных устройств. Для повышения производительности в ЦВК
используют многопроцессорные комплексы.
2. Автоматизированное рабочее место АРМ – предназначена
для решения сравнительно несложных задач и организации эффектного
общения проектировщика с комплексом технических средств, включает в
свой состав мини или микро ЭВМ. Для АРМ характерен интерактивный
режим работы с обработкой графической информации.
3. Рабочие станции РС – для подготовки и редактирования
информации, выполнении несложных проектных операций, подготовки и
выпуска конструкторско-технической документации, создание архивов
типовых проектных решений и каталогов.
20

21.

Структура технического обеспечения
Техническое обеспечение САПР
ЭВМ
Периферийные
устройства
Сетевое
оборудование
Оборудование
вспомогательных систем
Технические средства САПР должны обеспечивать:
1) выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых
имеется соответствующее ПО. Выполняется при наличии в САПР
вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и
емкостью памяти.
2) взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку
интерактивного режима работы. Выполняется за счет включения в САПР
удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена
графической информацией
3) взаимодействие между членами коллектива, работающими над
общим проектом. обусловливает объединение аппаратных средств САПР в
вычислительную сеть.
21

22.

Структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между
собой средой передачи данных
Узел А
Узел B
....
Среда передачи
данных
....
....
....
Узлами
(станциями
данных)
являются
рабочие
места
проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими
местами (АРМ) или рабочими станциями (WS — Workstation), ими могут быть
также большие ЭВМ (мейнфреймы), отдельные периферийные и
измерительные устройства.
22

23.

Узел
Оконечное оборудование
(ООД)
Аппаратура окончания
канала данных (АКД)
Среда передачи данных представлена каналами передачи
данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.
Оконечное оборудование данных (ООД), выполняет работу по
проектированию.
Аппаратура окончания канала данных (АКД), предназначена для связи
ООД со средой передачи данных.
Канал передачи данных — средство двустороннего обмена
данными, включающее в себя АКД и линию связи.
Линией связи называют часть физической среды, используемую
для распространения сигналов в определенном направлении; примерами
линий связи могут служить коаксиальный кабель, витая пара проводов,
волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС).
23

24.

Типы и топология сетей
Типы сетей
Одноранговая сеть
Сеть на основе сервера
Одноранговая сеть — все входящие в ее состав компьютеры
работают сами по себе, то есть ими никто не управляет. Фактически
одноранговая сеть выглядит как некоторое количество компьютеров,
объединенных с помощью одного из типов связи. Одноранговая сеть
обычно применяется, когда в сеть нужно объединить несколько (как
правило, до 10) компьютеров с помощью самой простой кабельной
системы соединения и не нужно использовать строгую защиту данных.
Сеть на основе сервера - сеть использует один или несколько
серверов, осуществляющих контроль за всеми рабочими местами. Как
правило, сервер характеризуется большой мощностью и быстродействием,
необходимыми
для
выполнения
поставленных
задач.
Сервер
оптимизирован для быстрой обработки запросов от пользователей,
обладает специальными механизмами программной защиты и контроля.
Количество рабочих мест в такой сети может быть разным — от
нескольких до сотен или тысяч компьютеров.
24

25.

Топология локальных вычислительных сетей
Звездой
Кольцевая
Шинная
Топология звездой - головная машина получает и обрабатывает все
данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот
принцип применяется в системах передачи данных. Вся информация между
несколькими периферийными рабочими местами проходит через центральный
узел локальной вычислительной сети.
Кольцевая топология - локальной вычислительной сети рабочие
станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией
2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана
с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо .
Шинная топология - среда передачи информации представляется в
форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому
они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно
вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в локальной
вычислительной сети.
25

26.

Методы разделения линии передачи данных
Линия передачи данных
Метод временного
мультиплексирования
Метод частотного
разделения
Временное мультиплексирование (иначе разделение
по времени, или TDM— Time Division Method), - каждому каналу
выделяется некоторый квант времени.
Частотное разделение (FDM — Frequency Division
Method) - каналу выделяется некоторая полоса частот.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС ), или LAN
(Local Area Network), имеет линию связи, к которой
подключаются все узлы сети. При этом топология соединений
узлов может быть шинная (bus), кольцевая (ring), звездная (star).
Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС
ограничены.
26

27.

Корпоративная сеть – сеть в более крупных по
масштабам проектных организациях , где в сеть включены десяткисотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и
управленческим подразделениям и размещенных в помещениях
одного или нескольких зданий.
Клиент-сервер
типичная
структура
крупных
корпоративных сетей САПР.
Сервер - узел, выполняющий в сети управляющие или
общие для многих пользователей проектные функции.
Клиент
- узлы (рабочие места) являющимися
терминальными, в них работают пользователи.
Территориальная сеть (WAN — Wide Area Network) сеть,
если здания проектной организации удалены друг от друга на
значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных
городах).
Магистральные
каналы
передачи
данных
(магистральная сеть),
- сеть, имеющая значительную
протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или
совокупность ЛВС отдельного здания) с магистральной сетью.
Абонентская линия - канал передачи данных,
связывающий ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или
кампуса) с магистральной сетью.
27

28.

Эталонная модель взаимосвязи
открытых систем (ЭМВОС)
Для удобства модернизации сложных информационных
систем их делают максимально открытыми, т. е. приспособленными для
внесения изменении в некоторую часть системы при сохранении
неизменными остальных частей. В отношении вычислительных сетей
реализация концепции открытости привела к появлению эталонной
модели взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС ), предложенной
Международной организацией стандартизации (ISO — International
Standard Organization). В этой модели дано описание общих
принципов, правил, соглашений, обеспечивающих взаимодействие
информационных систем и называемых протоколами.
Информационную сеть в ЭМВОС рассматривают как
совокупность функций (протоколов), которые подразделяют на группы,
называемые уровнями. Именно разделение на уровни позволяет
вносить изменения в средства реализации одного уровня без
перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и
удешевляет модернизацию средств по мере развития техники.
28

29.

Семь видов уровней ЭМВОС
Физический (physical)
• осуществляется представление информации в
виде электрических или оптических сигналов,
преобразование формы сигналов
Канальный (link)
• выполняется обмен данными между
соседними узлами сети.
Сетевой (network)
•происходит формирование пакетов и
маршрутизация пакетов
Транспортный (transport)
• обеспечивается связь между оконечными
пунктами
Сеансовый (session)
• определяются тип связи (дуплекс или
полудуплекс), начало и окончание заданий.
Представительном
(presentation)
•реализуются функции представления данных
(кодирование, форматирование)
Прикладном
(application)
• определяются и оформляются в сообщения те
данные, которые подлежат передаче по сети
29

30.

Состав комплекса технических средств ЭВМ
Для крупных САПР характерно использование в ЦВК
вычислительных машин, относящихся к наиболее производительным из
имеющихся на период создания системы. Ряд задач проектирования для
своего решения требуют выполнения вычислений такого объема,
который значительно превышает возможности имеющихся ЭВМ.
В большинстве действующих крупных САПР в ЦВК применяются
ЭВМ типа БЭСМ-6 или старшие - модели ЕС ЭВМ. Для увеличения
производительности используются многомашинные ЦВК. В качестве
терминальных ЭВМ в САПР используются мини-ЭВМ и ПЭВМ.
Периферийные устройства
Дигитайзер применяют для ручного ввода. Он имеет вид
кульмана, по его электронной доске перемещается курсор, на котором
расположены визир и кнопочная панель.
Сканеры
планшетного или протяжного типа для
автоматического ввода информации с имеющихся текстовых или
графических документов.
Принтер ориентирован на получение печати документов
малого формата (A3, А4).
Плоттеры
получение печати документов на вывод
графической информации на широкоформатные носители.
30

31.

Разновидности сетей Ethernet
Thick Ethernet (10Base-5)
Thin Ethernet (10Base-2)
TwistedPair Ethernet
(10Base-T)
Fiber Optic Ethernet
(10Base-F)
RadioEthernet
• скорость передачи данных по линии 10
Мбит/с, максимальную длину сегмента кабеля
500 м, максимальное число сегментов 5.
• максимальное число сегментов 5;
максимальная длина сегмента 185 м; скорость
передачи данных по линии 10 Мбит/с.
•кабельная сеть с использованием витых пар
проводов и концентраторов, называемых также
распределителями или хабами (hubs).
• Применяется для соединений точка — точка,
например для соединения двух конкретных
распределителей в кабельной сети.
(стандарт IEЕЕ 802/11)
• Среда передачи данных — радиоволны,
распространяющиеся в эфире.
Fast Ethernet (100Base-X
или 100Base-T )
•Информационная скорость 100 Мбит/с. В этой
сети применен метод доступа МДКН /ОК
Gigabit Ethernet
(1000Base-X)
• Скорость 1 Гбит/с. Сеть имеет иерархическую
структуру
31

32.

Характеристики и типы каналов передачи данных
Информационная скорость пропускная способность канала (скорость передачи
информации). Определяется полосой пропускания канала и способом кодирования
данных в виде электрических сигналов. Информационная скорость измеряется
количеством битов информации, переданных в единицу времени.
Бодовая (модуляционная) скорость измеряется в бодах, т.е. числом изменений
дискретного сигнала в единицу времени и определяется полосой пропускания линии.
STP (Shielded Twist Pair) – экранированные пары проводов (витая пара).
UTP (Unshielded Twist Pair) - неэкранированные пары проводов (витая пара).
Два способа передачи двоичной информации в ЛВС
Метод прямой последовательности (DSSS — Direct Sequence Spread
Spectrum) - передачи двоичной информации в ЛВС, цель заключается в
обеспечении защиты информации от нежелательного доступа. Защита
информации основана на избыточности — каждый бит данных представлен
последовательностью из 11 элементов (чипов).
Метод частотных скачков (FHSS — Frequency Hopping Spread
Spectrum) - полоса пропускания по IEЕЕ 802/11 делится на 79 поддиапазонов.
Передатчик периодически (с шагом 20... 400 мс) переключается на новый
поддиапазон, причем алгоритм изменения частот известен только участникам
связи и может изменяться, что и затрудняет несанкционированный доступ к
данным.

33.

Протокол TCP
Протоколы, используемые совместно в сетях определенного типа,
объединяют в совокупности, называемые стеками протоколов.
TCP —дуплексный транспортный протокол с установлением соединения.
Под установлением соединения подразумевают установление виртуального канала в
сети путем обмена запросом и согласием на соединение между отправителем и
получателем сообщения. К другим функциям TCP относятся упаковка и распаковка
пакетов на концах транспортного соединения; управление потоком - получатель
одновременно с подтверждением правильности передачи сообщает размер окна;
помещение срочных данных между специальными указателями, т. е. возможность
управлять скоростью передачи.
Протокол IP
Сетевой протокол IP — дейтаграммный сетевой протокол, т. е. протокол
без установления соединения. В дейтаграммных протоколах сообщение
разбивается на дейтаграммы. Дейтаграмма — это пакет, передаваемый
независимо от других частей одного и того же сообщения в вычислительных сетях с
коммутацией пакетов. Дейтаграммы одного и того же сообщения могут
передаваться в сети по разным маршрутам и поступать к адресату в произвольной
последовательности, что требует дополнительных операций по сборке сообщения
из дейтаграмм в узле-получателе. К функциям протокола IP относятся
фрагментация и сборка пакетов при прохождении через промежуточные сети,
имеющие другие протоколы; маршрутизация; проверка контрольного кода
заголовка пакета; управление потоком — сброс дейтаграмм при превышении
заданного времени жизни.

34.

Прикладные протоколы
Протоколы более высоких уровней, чем TCP, в сетях ТСР/IР называют прикладными
протоколами. В частности, к ним относят следующие протоколы:
SMTP (Simple Mail Transport Protocol) — почтовый протокол, который по
классификации ЭМВОС наиболее близок к прикладному уровню;
FTP (File Transfer Protocol) — протокол с функциями представительного по ЭМВОС
уровня;
Telnet — протокол с функциями сеансового по ЭМВОС уровня.
На нижних уровнях в TCP/IP используются протоколы IEEE 802/Х или Х.25.
Для управления сетью в стек TCP/IP включены специальные протоколы
управления.
Параллельные шины
Шина VMEbus стандартизована в 1987 г. (стандарт IEEE 1014). Конструктивное
оформление выполняется по стандартам Евромеханики (IEEE 1101.10 и IEЕЕ
1101.11). В крейте может быть до 21 слота, в которых размещаются платы
унифицированных размеров. Информационная скорость—до 320 Мбайт/с.
Шина CompactPCI (PCI — Peripheral Component Interconnect) —
мультиплексируемая синхронная шина, стандартизована в середине 1990-х
годов. Фактически CompactPCI — это известная шина PCI, выполненная в
формате Евромеханики. Максимальное число модулей в крейте 16.
Максимальная пропускная способность 132 Мбайт/с для 32-разрядных передач
или 264 Мбайт/с — для 64-разрядных передач.
34

35.

Сетевое коммутационное оборудование
Повторитель (repeater) — блок взаимодействия, служащий для
регенерации электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами
ЛВС. Повторители используются в случае, если реализация ЛВС на одном
сегменте кабеля (отрезке, моноканале) не допускается из-за ограничений на
расстояние или на число узлов.
Концентраторы предназначены для объединения в сеть многих узлов.
Мост (bridge) — блок взаимодействия, служащий для соединения
разных подсетей, которые могут иметь неодинаковые канальные протоколы.
Обычно мост имеет два порта, хотя существуют и многопортовые мосты. Каждый
порт может оказаться входным или выходным.
Коммутаторы предназначены для объединения в сеть многих узлов
или подсетей с разделением трафика между подсетями. В коммутаторе
возможно одновременно иметь много соединений, т. е. обеспечивается
параллельная передача сообщений.
Маршрутизатор (router) — блок взаимодействия, служащий для
выбора маршрута передачи данных в корпоративных и территориальных сетях.
Виртуальная ЛВС (ВЛВС) — это локальная сеть, в которой узлы
сгруппированы не по территориальному, а по функциональному признаку. Для
этого каждая подсеть в ВЛВС получает свой идентификатор, каждому
идентификатору соответствуют определенные порты коммутаторов сети.
Шлюз (gateway — межсетевой преобразователь) — блок
взаимодействия, служащий для соединения информационных сетей различной
архитектуры и с неодинаковыми протоколами. В шлюзах предусмотрено
согласование протоколов всех семи уровней ЭМВОС.

36.

Команды рисования в AutoCAD
Команды рисования находятся на ПИ Рисование или в ВМ-Рисование.
Алгоритм использования команд Рисования:
•Выбрать команду
•Выбрать опцию (способ построения). Либо с помощью ПКМ, либо в КС.
•Следовать указаниям КС (отвечать на вопросы)
•Для завершения нажать Enter. Для отмены нажать Esc.
ОТРЕЗОК – команда принадлежит к группе команд, которые можно
повторять произвольное количество раз. После того, как будет сформировано
минимум два сегмента, эти сегменты можно замкнуть.
ПРЯМАЯ - линия, бесконечная в обоих направлениях. Используются в
качестве вспомогательных при построении объектов. Например, с помощью прямых
можно найти центр треугольника, подготовить различные виды одного элемента или
создать временные пересечения для объектной привязки.
ПОЛИЛИНИЯ
представляет
собой
связанную
последовательность сегментов; все эти сегменты являются единым
объектом. Полилинии могут состоять из линейных и дуговых сегментов. У
полилиний можно изменять ширину и кривизну сегментов.
36

37.

ПРЯМОУГОЛЬНИК С помощью данной команды создаются
замкнутые полилинии в форме прямоугольника. Можно задать длину,
ширину, область и параметры вращения. Можно также выбирать тип
скругления углов прямоугольника, фаски или квадрата. По умолчанию
построение прямоугольника происходит по двум противоположным углам.
Так же есть другие способы построения.
МНОГОУГОЛЬНИКИ. С помощью команды создаются замкнутые
полилинии с числом сторон от 3 до 1024 равной длины. Эффективно
создавать правильные многоугольники, такие как равносторонние
треугольники, квадраты, пятиугольники, шестиугольники т.д. Существует три
метода
построения
многоугольников:
построение
вписанного
многоугольника, описанного многоугольника и по его стороне.
ДУГА. Дуги можно строить различными способами, используя
сочетания таких параметров, как центральная, начальная и конечная точки,
радиус, центральный угол, длина и направление хорды.
.
Задача 2.1.
Начертить полилинией фигуру, состоящую из двух линейных и одного
дугового сегментов (см. рис. ниже). Длина линейного сегмента – 50 мм,
ширина сегмента в т.1 и т.2 равна 15 мм, радиус дугового сегмента – 25 мм,
37

38.

15
Алгоритм построения:
т.2
1. Нажимаем команду Полилиния.
R25
2. Выбираем начало полилинии – т.1. Включаем режим ОРТО (F8)
3. Для задания ширины выбираем опцию Ширина.
С помощью ПКМ или в КС и нажимаем Enter.
Затем задаем ширину в начальной точке =15 мм,
затем в конечной точке =0. После вводим длину сегмента 50
т.1
и нажимаем enter.
50
Команда: _pline
Начальная точка:
Текущая ширина полилинии равна 0.0000
Следующая точка или [Дуга/Полуширина/длИна/Отменить/ Ширина]: Ш
Начальная ширина <0.0000>: 15
Конечная ширина <15.0000>: 0
Следующая точка или [Дуга/Полуширина/длИна/ Отменить /Ширина]: 50
4. Затем выбираем опцию дуга – Д. Направляем дугу вверх и вводим расстояние до конечной точки,
равное 50.
Следующая точка или [Дуга/Замкнуть/Полуширина/длИна/ Отменить/ Ширина]: Д
Конечная точка дуги или [Угол/Центр/Замкнуть/ Направление/ Полуширина/
Линейный/Радиус/Вторая/ Отменить/ Ширина]: 50
5. Выбираем опцию Линейный, затем опцию Ширина. Вводим уже начальную ширину – 0, конечную –
15 мм. После вводим длину и заканчиваем операцию.
Конечная точка дуги или [Угол/Центр/Замкнуть/Направление/Полуширина/ Линейный/
Радиус/Вторая/Отменить/Ширина]: Л
Следующая точка или [Дуга/Замкнуть/Полуширина/длИна/ Отменить/ Ширина]: Ш
Начальная ширина <15.0000>: 0
Конечная ширина <0.0000>: 15
Следующая точка или [Дуга/Замкнуть/Полуширина/длИна/ Отменить/Ширина]: 50
Следующая точка или [Дуга/Замкнуть/Полуширина/длИна/Отменить/Ширина]:
38

39.

Задача 2.2.
Построить три прямоугольника, размером 120х70 мм (см. рис.) Второй прямоугольник
построить шириной 10 мм, третий прямоугольник с сопряжением 20 мм.
Алгоритм построения:
1. Нажимаем команду Прямоугольники.
2.Первую точку задаем мышкой, вторую с помощью относительных координат:
Команда: _rectang
Первый угол или [Фаска/Уровень/Сопряжение/Высота/Ширина]:
Второй угол или [Площадь/Размеры/поВорот]: @120,70
3. Для построения второго прямоугольника вначале команды выбираем опцию Ширина и
задаем ширину 10 мм:
Команда: _rectang
Первый угол или [Фаска/Уровень/Сопряжение/Высота/Ширина]: Ш
Ширина линии прямоугольников <0.0000>: 10
Первый угол или [Фаска/Уровень/Сопряжение/Высота/Ширина]:
Второй угол или [Площадь/Размеры/поВорот]: @120,70
4. Для построения третьего прямоугольника используем опцию Сопряжение, равное 15 мм:
Команда: _rectang
Текущие режимы: Ширина=10.0000
Первый угол или [Фаска/Уровень/Сопряжение/Высота/Ширина]: С
Радиус сопряжения прямоугольников <0.0000>: 15
Первый угол или [Фаска/Уровень/Сопряжение/Высота/Ширина]:
Второй угол или [Площадь/Размеры/поВорот]: @120,70
39

40.

Задача 2.3
Построить восьмиугольник (ширина 50 мм), изображенный на рисунке.
Алгоритм построения:
1. Выбрать команду Многоугольники.
2. Ввести количество сторон - 8:
Команда: _polygon Число сторон <4>: 8
3. Задать мышкой центр многоугольника
Укажите центр многоугольника или [Сторона]:
4. Выбрать опцию описанного вокруг окружности и задать радиус 25мм.
Задайте опцию размещения [Вписанный в
окружность/Описанный вокруг окружности] <В>: О
Радиус окружности: 25
Задача 2.4
Построить шестиугольник со стороной, равной стороне прямоугольника, выделенной
красным цветом, см. рисунок. Размеры произвольные
Алгоритм построения:
1. Построим прямоугольник произвольного размера с помощью команды
Прямоугольник, используя опцию Поворот.
2. Выбираем команду Многоугольники.
3. Задаем количество сторон, равное 6.
Команда: _polygon Число сторон <8>: 6
4. Выбираем опцию Сторона и выбираем конечные точки стороны прямоугольника.
Укажите центр многоугольника или [Сторона]: С
Первая конечная точка стороны: Вторая конечная точка стороны:
40

41.

Задача 2.5
Построить две дуги по размерам, как изображено на рисунке.
(205,150)
(170,145)
(185,145)
(220,140)
Алгоритм построения:
1. Выбрать команду Дуга.
2. Задать координаты первой точки – 220,140. Затем задать также вторую и третью.
3. Вторую дугу начинаем чертить из конца первой.
4. Выбираем опцию Конец и задаем конечную точку дуги – 170,145
5. Выбираем опцию радиус и задаем радиус 15 мм.
КРУГ. Построение окружностей. По умолчанию построение
производится по заданным центру и радиусу. Существуют также три
дополнительных метода построения:
3Т – по трем точкам. Необходимо указать три точки, через которые проходит
окружность.
2Т – по двум точкам. Необходимо указать две противолежащие на диаметре
точки.
ККР – Касательная, Касательная, Радиус. Необходимо задать две касательные к
окружности и радиус.
41

42.

Задача 2.6.
Построить окружность так, как изображено на рисунке.
Размеры произвольные.
Алгоритм построения:
1. Двумя отрезками построим угол.
2. Выбираем команду Круг.
3. Выбираем опцию ККР.
Команда: _circle Центр круга или [3Т/2Т/ККР (кас кас радиус)]: ККР
4. Выбираем сначала один отрезок, затем второй отрезок. Вводим радиус (он рассчитывается
по умолчанию и пишется в угловых скобках).
Укажите точку на объекте, задающую первую касательную:
Укажите точку на объекте, задающую вторую касательную:
Радиус круга <25.0000>:25
Задача 2.7.
Построить окружность диаметром 20 мм со смещением по Х=30
мм, по Y=10 мм от вершины прямоугольника размерами 80х40.
42

43.

Алгоритм построения:
1. Построим прямоугольник с размерами 80х40 (см. пред. задачи).
2. Выбираем команду Круг.
3. Выбираем привязку смещение и задаем сначала базовую точку, а затем
относительными координатами смещение.
Команда: _circle Центр круга или [3Т/2Т/ККР (кас кас радиус)]: _from Базовая
точка: <Смещение>: @30,30
Команда: Вводим радиус окружности: 10 мм
Радиус круга или [Диаметр] <25.0000>: 10
43

44.

СПЛАЙН. Сплайн представляет собой гладкую кривую, проходящую через
заданный набор точек или рядом с ними. Можно задавать точность прохождения кривой
через определяющие точки. Для построения задаются точки, через которые проходит
сплайн. Для завершения команды необходимо либо нажать три раза Enter, либо нажать
Enter, а затем задать направление касательной в начальной точке и направление в
конечной точке.
ЭЛЛИПС. Построение эллипсов и эллиптических дуг. Построение эллипсов
производится путем задания двух осей. Длинная ось эллипса называется его большой
осью, короткая - малой осью.
ТОЧКА.
Объекты-точки
рекомендуется
использовать в качестве геометрических опорных узлов для
объектной привязки и относительных смещений.
Форму символа-точки и его размер можно
задать относительно размера экрана, либо в абсолютных
единицах. Для этого необходимо зайти в ВМ-ФорматОтображение точек. Откроется диалоговое окно (3.14).
Можно выбрать любой символ точки, а также способ
отображения на экране. При выборе Относительно экрана,
точка будет всегда иметь постоянный размер. Размер
устанавливается в процентах к размеру графической зоны
экрана. При выборе В условных единицах, знак будет иметь
реальный размер.
С помощью точки можно поделить и пометить объект. Для этого нужно
выбрать ВМ - Рисование – Точка - Поделить или Разметить. Если известна длина
сегмента, то удобнее использовать команду Разметить. Если количество сегментов, то
команду Поделить.
44

45.

Задача 2.8.
Дан отрезок АВ. Поделить данный отрезок на 6 равных частей
Алгоритм построения:
1. Выбираем в ВМ – Рисование – Точка – Поделить
2. Выбираем отрезок для деления
3. Задаем число сегментов
4. Для отображения точек заходим в настройки точки и выбираем там
символ точки.
ШТРИХОВКА. Заполняет замкнутую область или выбранные
объекты штриховкой, сплошной заливкой или градиентной заливкой.
После ввода команды открывается диалоговое окно Штриховка.
Для построения штриховки необходимо задать ее параметры.
Выбрать образец, задать масштаб, угол поворота. Затем определить, что
штриховать. Для этого есть два метода: точки выбора, когда необходимо
указать точку на области, замкнутой объектами; выбрать объекты, когда
необходимо выбрать объекты, окружающие область.
45

46.

Во время изменения заштрихованного
объекта, штриховка изменяется вместе с
объектом,
если
установлена
галочка
Ассоциативная. Если галочка не установлена, то
штриховка остается неизменной при изменении
объекта. Возможно скопировать свойства
штриховки с другого заштрихованного объекта.
Для этого нажмите на кнопку Копирование
свойств, выберите объект со штриховкой, а затем
укажите
область,
которую
необходимо
заштриховать.
Для
заполнения
области
градиентной заливкой необходимо открыть
вкладку Градиент.
Задача 2.9.
Построить прямоугольник размером 300х150 мм. В центре
прямоугольника построить окружность диаметром 80 мм. В вершине построить
окружность диаметром 60 мм. Провести диагональ через две вершины.
Заштриховать, как показано на рисунке.
46

47.

т.3
т.1
т.2
Алгоритм построения:
1. Прямоугольник, окружности и диагональ строим, используя относительные
координаты, объектные привязки и объектное отслеживание (см. пред. задачи).
2. Выбираем команду штриховка. В диалоговом окне выбираем образец ANSI37,
затем нажимаем Добавить точки выбора и указываем т.1 и т.2. на экране .
Нажимаем Enter, а затем Ok.
3. Еще раз выбираем команду Штриховка. Выбираем образец ANSI131, затем
нажимаем Добавить: выбрать объекты и выбираем окружность . Нажимаем Enter, а
затем Ok.
47

48.

Задачи для самостоятельной работы
Задача А:
Построить вспомогательные прямые в виде решетки 7х3.
Расстояние между прямыми 25х25 мм.
Задача Б:
Построить с помощью полилинии двумя сегментами стрелку.
Использовать опцию Ширина.
48

49.

Задача В:
Построить три прямоугольника, размером 60х35 мм, расположенных
на расстоянии 15 мм друг от друга. Второй прямоугольник построить шириной 5
мм, третий прямоугольник с сопряжением 7.5 мм. Использовать привязку
Смещение
49

50.

Задача Г:
Построить два прямоугольника,
размером 90х135 мм. Первый прямоугольник
построить шириной 8 мм, второй обычным
способом без опций.
Задача Д:
Построить пятиугольник со
стороной, равной 32 мм, и вписать в
него окружность. Использовать
привязку Касательная и опцию 3Т
Задача Е:
Построить окружность, касательную к двум
отрезкам. Данную окружность разбить на 12 равных частей
50

51.

Задача Ж:
Построить фигуру по размерам, изображенную на рисунке, используя
команды Дуга и Круг
(300,200)
(310,175)
(295,170)
(300,155)
(290,140)
51

52.

Задача З:
Построить фигуру, изображенную на рисунке и заштриховать, как
показано на рисунке. Использовать объектные привязки и разные методы выбора
объектов.
52

53.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Компоненты математического обеспечения
Математическое обеспечение анализа
Математические
модели
Численные
методы
Алгоритмы выполнения
проектных процедур
Математическое обеспечение САПР
Специальная
часть
• отражает
специфику
объекта
проектирования,
физические и информационные особенности его
функционирования и тесно привязанную к конкретным
иерархическим уровням (эта часть охватывает
математические модели, методы и алгоритмы их
получения, методы и алгоритмы одновариантного
анализа, а также большую часть используемых
алгоритмов синтеза)
Инвариантная
часть
•методы и алгоритмы, слабо связанные с особенностями
математических моделей и используемые на многих
иерархических уровнях (это методы и алгоритмы
многовариантного
анализа
и
параметрической
оптимизации).

54.

Требования к математическому обеспечению
Универсальность
• применимость
к
широкому
проектируемых объектов.
классу
Алгоритмическая
надежность
•Количественной оценкой алгоритмической
надежности служит вероятность получения
правильных результатов при соблюдении
оговоренных ограничений на применение
метода. Если эта вероятность равна единице
или близка к ней, то говорят, что метод
алгоритмически надежен.
Точность
• степень соответствия оценок одноименных
свойств объекта и модели.
Затраты машинного
времени
• являются
главным
ограничивающим
фактором
при
попытках
повысить
сложность проектируемых на ЭВМ объектов
и тщательность их исследования
Используемая память
•Затраты памяти являются вторым после
затрат машинного времени показателем
экономичности МО.
54

55.

Требования к математическим моделям (ММ)
Математические модели (ММ) служат для описания свойств объектов в
процедурах АП. Если проектная процедура включает создание ММ и
оперирование ею с целью получения полезной информации об объекте, то
говорят, что процедура выполняется на основе математического
моделирования.
Степень универсальности
ММ
• характеризует полноту отображения
модели свойств реального объекта.
в
Точность ММ
•оценивается степенью совпадения значений
параметров реального объекта и значений тех
же параметров, рассчитанных с помощью
оцениваемой ММ.
Адекватность ММ
• способность отражать заданные свойства
объекта с погрешностью не выше заданной.
Экономичность ММ
• характеризуется затратами вычислительных
ресурсов. Чем они меньше, тем модель
экономичнее
55

56.

Классификация математических моделей
Структурные ММ - предназначены для отображения структурных свойств
объекта. Различают структурные ММ топологические и геометрические.
Топологические ММ - отображаются состав и взаимосвязи элементов.
Геометрические ММ - отображаются свойства объектов, в них
дополнительно к сведениям о взаимном расположении элементов содержатся
сведения о форме деталей.
Функциональные ММ - предназначены для отображения физических или
информационных
процессов,
протекающих
в
объекте
при
его
функционировании или изготовлении.
Полная модель - эта модель, в которой фигурируют фазовые переменные,
характеризующие состояния всех имеющихся межэлементных связей.
Макромодель - ММ, в которой отображаются состояния значительно
меньшего числа межэлементных связей, что соответствует описанию объекта
при укрупненном выделении элементов.
Аналитические ММ представляют собой явные выражения выходных
параметров как функций входных и внутренних параметров.
Алгоритмические ММ выражают связи выходных параметров с
параметрами внутренними и внешними в форме алгоритма.
Имитационная ММ - это алгоритмическая модель, отражающая
поведение исследуемого объекта во времени при задании внешних
воздействий на объект.
56

57.

Уравнения математических моделей на макроуровне
Компонентные уравнения
Топологические уравнения
Компонентными
уравнениями
называют
уравнения,
описывающие свойства элементов (компонентов), другими словами, это
уравнения математических моделей элементов (ММЭ).
Топологические уравнения описывают взаимосвязи в составе
моделируемой системы.
В совокупности компонентные и топологические уравнения
конкретной
физической
системы
представляют
собой
исходную
математическую модель системы (ММС).
Компонентные и топологические уравнения в системах различной
физической природы отражают разные физические свойства, но могут иметь
одинаковый формальный вид.
Одинаковая форма записи математических соотношений позволяет
говорить о формальных аналогиях компонентных и топологических
уравнений. Такие аналогии существуют для механических поступательных,
механических
вращательных,
электрических,
гидравлических
(пневматических), тепловых объектов.
57

58.

Компонентные уравнения имеют вид
FK(dV/dt,V,t)=0,
(3.1)
Топологические уравнения —
FT(V)=0,
(3.2)
где V = ( 1, 2, ..., n) — вектор фазовых переменных; t — время.
Различают фазовые переменные двух типов, их обобщенные
наименования — фазовые переменные типа потенциала (например,
электрическое напряжение) и типа потока (например, электрический ток).
Каждое
компонентное
уравнение
характеризует
связи
между
разнотипными фазовыми переменными, относящимися к одному
компоненту (например, закон Ома описывает связь между напряжением и
током в резисторе), а топологическое уравнение — связи между
однотипными фазовыми переменными в разных компонентах.
Модели можно представлять в виде систем уравнений или в
графической форме, если между этими формами установлено взаимно
однозначное соответствие. В качестве графической формы часто
используют эквивалентные схемы.
58

59.

Примеры компонентных и топологических уравнений
Электрические системы.
В электрических системах фазовыми переменными являются
электрические напряжения и токи. Компонентами систем могут быть
простые двухполюсные элементы и более сложные двух- и
многополюсные компоненты. К простым двухполюсникам относятся
следующие элементы: сопротивление, емкость и индуктивность,
характеризуемые одноименными параметрами R, С, L. В эквивалентных
схемах эти элементы обозначают в соответствии с рисунком.
Компонентные уравнения простых двухполюсников:
для сопротивления и = iR (закон Ома);
(3.3)
для емкости
i = Cdu/dt;
(3.4)
для индуктивности и = Ldi/dt,
(3.5)
Где и — напряжение (точнее, падение напряжения на двухполюснике);
i — ток.
Сопротивление
Сухое трение
R
RM
Емкость
Масса
C
M
Индуктивность
Гибкость
L
LM
a)
б)
59

60.

Топологические уравнения выражают законы Кирхгофа для
напряжений (ЗНК) и токов (ЗТК). Согласно ЗНК, сумма напряжений на
компонентах вдоль любого замкнутого контура в эквивалентной схеме
равна нулю, а в соответствии с ЗТК сумма токов в любом замкнутом
сечении эквивалентной схемы равна нулю:
(3.6)
(3.7)
где Кр — множество номеров элементов р-го контура; Jq — множество
номеров элементов, входящих в q-е сечение.
Механические системы.
Фазовыми переменными в механических поступательных
системах являются силы и скорости. Компонентное уравнение,
характеризующее инерционные свойства тел, в силу второго закона
Ньютона имеет вид
F= Mdu/dt,
(3.8)
где F — сила; М— масса; и — поступательная скорость.
60

61.

Топологические уравнения характеризуют, во-первых, закон
равновесия сил: сумма сил, приложенных к телу, включая силу инерции,
равна нулю (принцип Даламбера); во-вторых, закон скоростей, согласно
которому сумма относительной, переносной и абсолютной скоростей
равна нулю.
В механических вращательных системах справедливы
компонентные и топологические уравнения поступательных систем с
заменой поступательных скоростей на угловые, сил — на вращательные
моменты, масс — на моменты инерции, жесткостей — на вращательные
жесткости.
Условные обозначения простых элементов механической
системы показаны на рисунке.
Сопротивление
Сухое трение
R
RM
Емкость
Масса
C
M
Индуктивность
Гибкость
L
LM
a)
б)
61

62.

Гидравлические системы.
Фазовыми переменными в гидравлических системах являются
расходы и давления. Как и в предыдущем случае, компонентные
уравнения описывают свойства жидкости рассеивать или накапливать
энергию.
Рассмотрим компонентные уравнения для жидкости на
линейном участке трубопровода длиной l и воспользуемся уравнением
Навье-Стокса в следующей его форме (для ламинарного течения
жидкости):
/ t = - P/ x-2 U,
где — плотность жидкости; U — скорость; Р — давление; —
коэффициент линеаризованного вязкого трения. Так как U = Q/S, где Q —
объемный расход, S — площадь поперечного сечения трубопровода, то,
заменяя пространственную производную отношением конечных
разностей, имеем
dQ/dt =S /( l/ ) - 2 Q/ ,
или
Р = LrdQ/dt + RrQ
(3.9)
Здесь Р — падение давления на рассматриваемом участке
трубопровода;
Lr= l/ /S— гидравлическая индуктивность, отражающая инерционные
свойства жидкости;
Rr=2 l/S— гидравлическое сопротивление, отражающее вязкое трение.
62

63.

Одновариантный и многовариантый анализы
Одновариантный анализ позволяет получить информацию о
состоянии и поведении проектируемого объекта в одной точке
пространства внутренних X и внешних Q параметров.
Многовариантный анализ исследование поведения объекта, в ряде
точек упомянутого пространства.
Многовариантный
анализ
позволяет
оценить
области
работоспособности, степень выполнения условий работоспособности, а
следовательно, степень выполнения ТЗ на проектирование, разумность
принимаемых промежуточных решений по изменению проекта и т. п.
Методы логического моделирования
Пошаговый метод
время дискретизируется и вычисления по выражениям модели выполняются
в дискретные моменты времени t0, t1, t2,... и т. д. Шаг дискретизации
ограничен сверху значением допустимой погрешности определения
задержек и потому оказывается довольно малым, а время анализа —
значительным.
Событийный метод
В этом методе событием называют изменение любой переменной модели.
Событийное моделирование основано на следующем правиле: обращение к
модели логического элемента происходит только в том случае, если на
входах этого элемента произошло событие.
63

64.

Статистический анализ — оценка законов распределения выходных
параметров и (или) числовых характеристик этих распределений. Случайный
характер величин уj обусловлен случайным характером параметров элементов хi
поэтому исходными данными для статистического анализа являются сведения о
законах распределения хi. В соответствии с результатами статистического анализа
прогнозируют такой важный производственный показатель, как процент
бракованных изделий в готовой продукции.
В САПР статистический анализ проводится численным методом —
методом Монте-Карло (статистических испытаний). В соответствии с этим методом
осуществляется N статистических испытаний, каждое статистическое испытание
представляет собой одновариантный анализ, выполняемый при случайных
значениях параметров-аргументов. Эти случайные значения выбирают в
соответствии с заданными законами распределения аргументов хi. Полученные в
каждом испытании значения выходных параметров накапливают, после N испытаний
обрабатывают, что дает следующие результаты:
• гистограммы выходных параметров;
• оценки математических ожиданий и дисперсий выходных параметров:
• оценки коэффициентов корреляции и регрессии между избранными
выходными и внутренними параметрами, которые, в частности, можно
использовать для оценки коэффициентов чувствительности.
64

65.

Математическое обеспечение анализа на микроуровне
Математическими моделями на микроуровне являются
дифференциальные уравнения в частных производных или интегральные
уравнения, описывающие поля физических величин.
В
САПР
решение
дифференциальных
или
интегродифференциальных уравнений с частными производными выполняется
численными методами. Эти методы основаны на дискретизации
независимых переменных — их представлении конечным множеством
значений в выбранных узловых точках исследуемого пространства. Эти точки
рассматриваются как узлы некоторой сетки, поэтому используемые в САПР
методы — это сеточные методы.
Сеточные методы
Метод конечных
разностей (МКР)
Метод конечных
элементов (МКЭ)
65

66.

Метод конечных разностей
• В данном методе алгебраизация производных по пространственным
координатам базируется на аппроксимации производных конечноразностными выражениями. При использовании метода нужно выбрать
шаги сетки по каждой координате и вид шаблона. Под шаблоном понимают
множество узловых точек, значения переменных в которых используются
для аппроксимации производной в одной конкретной точке
Метод конечных элементов
• Данный метод основан на аппроксимации не производных, а самого
решения V(z). Но поскольку оно неизвестно, то аппроксимация
выполняется выражениями с неопределенными коэффициентами qi
U(z) = QT (z),
• где QT= (q1, q2, … , qn)T — вектор-строка неопределенных коэффициентов,
(z)— вектор-столбец координатных (иначе опорных) функций, заданных
так, что удовлетворяются граничные условия.
66

67.

Компоненты математического обеспечения машинной
графики и геометрического моделирования
В подсистемах МГиГМ маршрут обработки данных включает в себя
получение проектного решения в прикладной программе, его представление
в виде геометрической модели (геометрическое моделирование), подготовку
проектного решения к визуализации, собственно визуализацию в аппаратуре
рабочей станции и при необходимости корректировку решения в
интерактивном режиме.
Различают МО двумерного (2D) и трехмерного (3D) моделирования.
Основные применения 2D-графики - подготовка чертежной документации в
машиностроительных САПР, топологическое проектирование печатных плат и
кристаллов БИС в САПР электронной промышленности. 3D-моделирование
используется для синтеза конструкций, представления траекторий рабочих
органов станков при обработке заготовок, генерации сетки конечных
элементов при анализе прочности и т. п.
Каркасная модель представляет собой форму детали в виде конечного
множества линий, лежащих на поверхностях детали. Для каждой линии
известны координаты концевых точек и указана их инцидентность ребрам или
поверхностям.
Поверхностная модель отображает форму детали с помощью задания
ограничивающих ее поверхностей, например, в виде совокупности данных о
гранях, ребрах и вершинах.
Объемные модели отличаются тем, что в них в явной форме содержатся
сведения о принадлежности элементов внутреннему или внешнему по
отношению к детали пространству.
67

68.

В настоящее время применяют следующие подходы к построению
геометрических моделей.
1. Задание граничных элементов — граней, ребер, вершин.
2. Кинематический метод, согласно которому задают двумерный
контур и траекторию его перемещения; след от перемещения контура
принимают в качестве поверхности детали.
3. Позиционный подход, в соответствии с которым рассматриваемое
пространство разбивают на ячейки (позиции) и деталь задают указанием ячеек,
принадлежащих детали; очевидна громоздкость этого подхода.
4. Представление сложной детали в виде совокупностей базовых
элементов формы (БЭФ) и выполняемых над ними теоретико-множественных
операций. К БЭФ относятся заранее разработанные модели простых тел, это в
первую очередь модели параллелепипеда, цилиндра, сферы, призмы.
Типичными теоретико-множественными операциями являются объединение,
пересечение, разность. Например, модель плиты с отверстием в ней может
быть получена вычитанием цилиндра из параллелепипеда.
Метод на основе БЭФ называют методом конструктивной
геометрии. Это основной способ конструирования сборочных узлов в
современных САПР-К.
Поверхностную модель можно задать одной из следующих форм:
1) модель есть список граней, каждая грань представлена
упорядоченным списком вершин (циклом вершин);
2) модель есть список ребер, для каждого ребра заданы
инцидентные вершины и грани.
68

69.

Команды редактирования в AutoCAD
Кнопки команд общего редактирования объектов (копирование, перенос,
масштаб, удлинение и т. п.) расположены в панели Редактирование (рис. 4.9).
Или в ВМ-Редактировать
СТЕРЕТЬ. Для удаления объекта нужно выбрать объект и нажать на
команду Стереть. Также для удаления используется клавиша Del. Для восстановления
последнего стертого объекта в командной строке введите ОЙ. Восстанавливаются
объекты, стертые последним выполнением одной из команд СТЕРЕТЬ, БЛОК или
ПБЛОК.
ПЕРЕНЕСТИ. Перемещает объекты на заданное расстояние в указанном
направлении Два метода перемещения.. 1. Метод Базовой точки/вторая точка.
Нужно выбрать объекты, задать базовую точку, относительно которой будет
перемещение и задать вторую точку в виде относительных координат или мышью. 2.
Метод перемещение. Для перемещения необходимо выбрать объекты и задать
координаты точки, куда необходимо переместить объект
КОПИРОВАТЬ. Копирование объектов на заданное расстояние в
указанном направлении. Команда аналогична команде Перенести
69

70.

Задача 3.1.
Перенести окружность радиусом 20 мм по оси Х на 120 мм. Пунктирной
линией показана окружность после перемещения.
Алгоритм построения.
1. Выбираем команду переместить.
2. Выбираем объект (круг).
3. Задать базовую точку – центр окружности.
4. Задать направление и задать расстояние по оси Х, равное 120 мм.
Задача 3.2.
. Копировать объект из одной точки в другую, как показано на рисунке
Алгоритм построения.
1. Строим круг диаметром 60 мм,
с координатами в центре 150,150.
2. Выбираем команду переместить.
3. Выбираем объект (круг).
4. Задать базовую точку – центр окружности.
5. Задать расстояние в виде
относительных координат: @80,0.
70

71.

ПОВЕРНУТЬ. Поворачивает объект вокруг базовой точки.
Выбирается объект, указывается базовая точка, относительно которой будет
поворот и задается угол поворота. Угол задается относительно чертежа,
поворачивается против часовой стрелки.
Задача 3.3.
Повернуть прямоугольник так, чтобы он соединился с отрезком (см .рис.).
Размеры произвольные.
т.3
т.1
т.2
.
Алгоритм построения:
•Построить прямоугольник и отрезок под углом, как показано на исходном
рисунке.
•Выбрать команду поворот
•Выбрать прямоугольник – т.1.
•Задать базовую точку – т.2. Она является одновременно вершиной и конечной
точкой отрезка.
•Затем выбрать опцию Опорный угол и задать угол в виде двух точек на стороне
прямоугольника, которую поворачиваем к отрезку – т.1 и т.2.
•Задаем новый угол в виде конечной точки на отрезке – т.3.
71

72.

ЗЕРКАЛО. Позволяет создавать зеркальные копии объектов относительно
заданной оси. Функция зеркального отражения помогает быстро создавать симметричные
объекты, так как достаточно построение лишь половины объекта с последующим
зеркальным отражением вместо построения целого объекта. Для зеркального отражения
необходимо выбрать объекты, задать ось двумя точками, выбрать удалять или не удалять
исходные объекты.
Задача 3.4.
Построить фигуру (см. рис.) и выполнить ее зеркальное отображение
т.1
т.2
Алгоритм построения:
1. Построить самостоятельно фигуру см. рисунок.
2. Выбрать команду Зеркало.
3. Выбрать объект
4. Задать ось отражения с помощью двух конечных точек фигуры – т.1, т.2.
5. Затем, на вопрос удалить исходные объекты выбрать Нет.
72

73.

ПОДОБИЕ. Создания нового объекта, подобного имеющемуся и
расположенному на заданном расстоянии от него. Для выполнения команды
необходимо задать смещение, выбрать объекты и указать сторону
смещения. Если необходимо, чтобы новый объект проходил через
определенную точку, используется опция Через. После выбора опции
указывается объект, а затем точка, через которую будет проходить новый
объект.
Задача 3.5.
Построить подобие окружности и прямоугольника. Начальные объекты
выделены жирным красным цветом (см .рис.). Размеры произвольные.
Алгоритм построения:
1. Построить самостоятельно начальный краг и прямоугольник (изображен
жирным красным цветом.
2. Выбрать команду Подобие.
3. Задать размер смещения, возможно мышью.
4. Выбрать объект для подобия.
5. Указать точку, определяющую сторону смещения. Указывать как внутрь объекта,
так и наружу (см. рис.)
73

74.

МАСШТАБ. Пропорциональное увеличение/уменьшение размеров
выбранных объектов в направлениях X, Y и Z. Выбрав объекты, указать базовую
точку и масштабный коэффициент. Если масштабный коэффициент больше
единицы, объект увеличивается, Значения в пределах от 0 до 1 уменьшают
объект. Опции: Копировать – копирует и масштабирует объект, опорный
отрезок - Масштабирует объект относительно существующей и новой длины
опорного отрезка.
Задача 3.6.
Увеличить размеры красного прямоугольника до размеров одной из сторон
черной фигуры.
т.3
т.2
т.1
Алгоритм построения:
1. Построить самостоятельно произвольного размера фигуру и в ней прямоугольник
2. Выбрать команду Масштаб.
3. Выбрать объект (прямоугольник).
4. Задать базовую точку – т.1.
5. Затем выбрать опцию Опорный отрезок и указать длину опорного отрезка – т1. и т.2.
6. Новую длину указать одной точкой – т.3.
74

75.

РАСТЯНУТЬ.
Перемещение
или
растяжение
объекта.
Перемещаются только вершины и конечные точки, находящиеся внутри
секущей рамки; вершины и конечные точки за рамкой остаются
неизменными. Для выполнения команды необходимо выбрать рамкой те
точки (вершины) объекта, стороны которого нужно растянуть, затем задать
базовую точку и вторую точку для растяжения. Опция Перемещение
аналогична опции в команде Перенести.
МАССИВ. Объекты можно копировать, упорядоченно располагая
копии по окружности (круговой массив) или в узлах прямоугольного
массива. Для прямоугольных массивов задается количество рядов и
столбцов, а также расстояние между ними. (рис. а) Для круговых массивов
задается количество копий объекта и режим их поворота. (рис. б)
а) прямоугольный массив
б) круговой массив.
75

76.

Задача 3.7.
Построить круговой массив из 8 окружностей (рис. а), и прямоугольный,
состоящий из 3 рядов и 4 столбцов (рис. б.) Жирным красным цветом выделен
исходный объект.
(150,150)
а) круговой массив
б) прямоугольный массив.
Алгоритм построения кругового массива:
1. Построить самостоятельно круг
диаметром 10 мм.
2. Выбрать команду Массив.
3. Выбрать объект.
4. Указать в диалоговом окне массив
Круговой и ввести центр массива –
150,150.
5. Задать количество элементов – 8,
задать угол заполнения – 360.
6. Нажать Ok.
Алгоритм построения прямоугольного массива:
1. Построить самостоятельно круг диаметром
10 мм.
2. Выбрать команду Массив.
3. Выбрать объект.
4. Указать в диалоговом окне массив
Прямоугольный и ввести количество рядов – 3
и столбцов – 4.
5. Указать расстояние между рядами – 15 мм и
между столбцами 20 мм.
6. Нажать Ok.
76

77.

ОБРЕЗАТЬ. Обрезка объекта по режущей кромке, заданной другими
объектами. Для обрезки сначала выбираются объекты, кромкой которых будем
обрезать, а затем уже часть объектов, которые нужно обрезать. Для выбора
сразу всех объектов для обрезки нужно нажать Enter.
УДЛИНИТЬ. Удлинение объектов до пересечения с другими объектами.
Необходимо выбрать сначала объекты, до которых нужно удлинить удлиняемые
объекты, а затем выбрать удлиняемые объекты.
СОПРЯЖЕНИЕ. Скругление углов и сопряжение объектов. С помощью
сопряжения можно соединить два объекта, используя дугу, касательную к
объектам, и которая имеет определенный радиус. Для создания сопряжения
сначала нужно задать радиус (опция Радиус) и только потом выбирать объекты
для сопряжения.
ФАСКА. Создание фасок на углах, образованных двумя непараллельными
отрезками. При создании фаски, она определяется либо двумя катетами, либо
одним катетом и углом фаски по отношению к одной из кромок. Сначала нужно
задать параметры фаски и только потом выбирать объекты. Если две длины в
фасках различны, то при выборе отрезков первый отрезок будет выполнятся с
первой вводимой длиной (в начале выполнения команды Фаска).
77

78.

Задача 3.8.
Построить прямоугольник размером 130х75 мм. С одной стороны
построить фаски с длинами 10 мм, с другой сопряжения радиусом 10 мм.
т.4
т.5
т.3
т.6
т.7
т.1
т.2
т.8
Алгоритм построения:
1. Построить самостоятельно прямоугольник размером 130х75 мм .
2. Выбрать команду Фаска.
3. Выбрать опцию длина и задать две длины 10 мм.
4. Выбрать первый отрезок в т.1.
5. Выбрать второй отрезок в т.2.
6. Аналогично задаем фаску для верхней вершины, выбрав две точки – т.3 и т.4.
7. Выбрать команду Сопряжение.
8. Выбрать опцию Радиус и задать радиус 10 мм.
9. Затем выбрать первый объект т.5.
10. Выбрать второй объект т.6.
11. Аналогично строим сопряжение для нижней вершины, выбрав две точки – т. 7.и т. 8.
78

79.

РАЗОРВАТЬ. Создается зазор в объекте для образования двух
объектов с зазором. Команда РАЗОРВАТЬ часто используется для создания
пространства для вставки блока или текста. Для выполнения команды
выбирается объект и указываются на этом объекте точки разрыва.
РАСЧЛЕНИТЬ. Разбиение составного объекта на составляющие его
объекты. Для расчленения выбрать объекты. Например полилиния
превращается в отрезки.
Редактировать объекты также можно с помощью ручек. Это синие
квадратики, появляющиеся при выборе объекта. При нажатии на синий
квадратик он становится красным - активным, с помощью которого можно
растягивать, переносить, поворачивать, масштабировать и отражать
объект. Для выбора одновременно несколько квадратиков необходимо
при выборе нажимать клавишу Shift.
Редактирование полилинии. Для ввода команды нажать на ПИ
Редактирование 2 или можно также зайти: ВМ – Редактировать – Объект –
Полилиния . Одна из часто используемых опций – это добавление
сегментов в полилинию – Добавить.
79

80.

Задачи для самостоятельной работы
Задача А:
Построить по размерам деталь ( см. рис.), используя методы
рисования и редактирования.
80

81.

Задача Б:
Построить фигуру по размерам (см. рис.), используя методы рисования
и редактирования
81

82.

Задача В:
Построить фигуру по размерам, изображенную на рисунке
82