Математическое и информационное обеспечение сапр

Математическое и информационное обеспечение САПР определяется целями и задачами соответствующего этапа проектирования. Оно наиболее развито для САПР начального этапа проектирования (внешнего проектирования) – остальные виды обеспечений формируются для их эффективной работы.

Структура САПР внешнего проектирования должна включать следующие элементы математического и информационного обеспечения:

- библиотеку моделей объекта и процесса проектирования;

- библиотеку процедур проектных решений в соответствии с задаваемой логической схемой проектирования;

- систему обеспечения информацией в виде баз данных и СУБД.

Основные инвариантные составляющие методического обеспечения САПР для решения задач внешнего проектирования: типовые математические модели и средства построения математических моделей объекта, методы проектирования и логическая схема проектирования.

Методическое обеспечение САПР (математические модели, логическая схема проектирования, проектные процедуры и операции) и соответствующее им программное обеспечение целиком не может быть инвариантным, но разрабатываться оно должно так, чтобы любой его элемент мог быть принят в качестве инвариантного компонента во вновь разрабатываемой подсистеме САПР. Отсюда основное требование – модульность разработки отдельных компонент подсистем САПР.

Математические модели как всей проектируемой системы, так и ее элементов, разрабатываются в виде нескольких взаимосвязанных и информационно совместимых уровней: быстрые алгоритмы – для оптимизационных задач, буферные алгоритмы – для сравнительного анализа альтернативных вариантов и уточнения решения оптимизационных задач, поверочные расчеты - для расчета основных характеристик опорных вариантов и окончательных вариантов, которые передаются для дальнейшего проектирования.

Методы проектирования. Метод – стандартные и однозначные правила действий. Методы автоматизированного проектирования – правила действий проектанта, направленные на решение проектной задачи с использованием САПР.

Исходя из такой формулировки, условно методы автоматизированного проектирования можно разделить на методы построения процесса проектирования, методы представления объекта проектирования, методы решения проектных задач.

Методы построения процесса проектирования реализуют заданную логическую схему и соответствующую ей технологию проектирования.

Методы представления объекта проектирования – описание и формализованное представление объекта и его свойств (модели).

Методы решения проектных задач – неформализованные (поиск альтернатив, конструирование, оценка научно-технической информации, принятия решений), формализованные (поиск научно-технической информации и данных).

Неформализованные методы – методы, направленные на интенсификацию творческого процесса и методы системных исследований.

Методы интенсификации творческого процесса - это методы мозгового штурма (свободное генерирование группой проектантов большого количества разнообразных идей без их критики), инверсии (получение новой точки зрения путем отказа от прежних взглядов, нетривиального подхода), аналогии (стимулирование новых идей аналогичными ситуациями в других задачах), фантазии (использование для конкретных решений фантастических решений и процессов). Это требует большой предварительной подготовки с использованием базы данных альтернативных решений.

Методы системных исследований – это методы структуризация идей (диаграммы и матрицы идей).

Формализованные методы решения проектных задач являются составной частью проектных процедур и имеют четкую предметную и объектную направленность.

В обобщенном виде проектная процедура характеризуется входом (списки исходных данных), выходом (списки выходной информации), множеством моделей объекта проектирования и методов решения проектной задачи (проектных расчетов). Все эти списки находятся в базе данных.

Поверочные методы проектных расчетов - выходные данные определяются непосредственными прямыми вычислениями по заданному входу и известной модели.

Оптимизационные методы - обеспечение поиска оптимальных значений критериев эффективности.

Оптимизационные методы делятся по типу связей в математической модели (аналитические связи и дифференциальные или смешанные).

При аналитических связях (уравнения связи являются аналитическими выражениями) - в зависимости от типа связи: линейного, нелинейного, стохастического, динамического программирования – многошаговые процессы поиска оптимального решения, случайного поиска.

В случае дифференциальных или смешанных уравнений связи: вариационные методы (условие функционирования объекта – в виде дифференциальных уравнений движения), дифференциальные игры (преследование одного управляемого объекта другим управляемым объектом при некоторой свободе действий этих объектов), случайный поиск.

Информационное обеспечение САПР

Назначение информационного обеспечения – обеспечение процесса проектирования необходимыми базами данных и средствами работы с ними. В базах данных хранятся методы, модели, процедуры проектирования (типовые и вновь создаваемые), информация в виде численных данных, текста, рисунков, графиков, словари справочники, законодательные и нормативные документы. Структура и объем информационного обеспечения определяется структурой и объемом необходимых данных.

Основополагающее условие постоянной работы с информационным обеспечением - доступность и достоверность, т. е. возможность быстро и в нужный момент получить необходимую информацию.