Анализ основных задач систем автоматизированного проектирования.

3.1 Выбор средств/методологии проектирования
3.1.1 Выбор СУБД

На сегодняшний день существует много разнообразных систем управления базами данных. Это такие СУБД как Paradox, FoxPro, Clipper, Access и др. Для работы с большинством из них требуются достаточно глубокие знания данной СУБД и опыт программирования.
Microsoft Access в настоящее время является одной из самых популярных среди настольных (персональных) программных систем управления базами данных Среди причин такой популярности следует отметить:
- высокую степень универсальноси и продуманности интерфейса, который рассчитан на работу с пользователями самой различной квалификации. В частности, реализована система управления объектами базы данных, позволяющая гибко и оперативно переходить из режима конструирования в режим их непосредственной эксплуатации;
- глубоко развитые возможности интеграции с другими программными продуктами, входящими в состав Microsoft Office, а также с любыми программными продуктами, поддерживающими технологию OLE;
- богатый набор визуальных средств разработки.
Успех Microsoft Access заключается в прекрасной реализации продукта, рассчитанного как на начинающего, так и квалифицированного пользователя. Microsoft Access это самая популярная сегодня настольная система управления базами данных.
В Microsoft Access присутствует язык программирования Visual Basic, который позволяет создавать массивы, свои типы данных, контролировать работу приложений. MS Access имеет один из самых лучших наборов визуальных средств разработки и представления информации среди аналогичных программных продуктов.
Одно из основных преимуществ MS Access интеграции с популярным офисным пакетом Microsoft Office.
Вся работа с базой данных осуществляется через окно контейнера базы данных. Отсюда осуществляется доступ ко всем объектам: таблицам, запросам, формам, отчетам, макросам, модулям.
Встроенный язык запросов SQL позволяет максимально гибко работать с данными и значительно ускоряет доступ к внешним данным.
Access воспринимает большое количество форматов данных, включая файловые структуры других СУБД. Поэтому приложение в Access может импортировать из текстовых файлов или электронных таблиц и экспорт в них: предоставлять прямой доступ и обновлять файлы Paradox, FoxPro и других БД. Можно также импортировать данные из этих файлов в таблицы Access.
Преимуществом Access является наличие средств проектирования приложения БД без знания языка программирования. Работа в Access начинается с определения реляционных таблиц и полей, предназначенных для хранения данных. Сразу после этого с помощью форм, отчетов, макросов и VBA можно определять действия над этими данными. Формы и отчеты используются для вывода на экран и дополнительных вычислений при работе с таблицами. В случае разработки более сложного приложения можо использовать язык Visual Basic.
Архитектура Access называет объектами все, что может иметь имя. В БД Access основными объектами являются таблицы, запросы, формы, отчеты, макросы и модули. Термин БД обычно относится только к файлам, в которых хранятся данные. В Access БД включает все объекты, связанные с хранимыми данными, в том числе и те, которые определяются для автоматизации работы.
В таблицах хранятся данные. Используя формы, можно выводить данные на экран или изменять их. Формы и отчеты получают данные как непосредственно из таблиц, так и через запросы. Для выполнения вычислений запросы могут использовать встроенные функции или функции, созданные с помощью Visual Basic для приложений.

3.1.2 Выбор среды и языка программирования для реализации системы

Вся мировая индустрия средств разработки приложений движется в направлении максимального упрощения процесса создания программ, переводя его на визуальный уровень, что позволяет программистам сосредоточиться только на логике решаемых задач. В таком контексте данная программная система оптимизации была реализована в близкой к идеальной визуальной среде проектирования Borland Delphi 2006, на объектно-ориентированном языке программирования Object Pascal.
Преимущества выбранной среды проектирования Borland Delphi 2006:
1) Повышенное удобство работы программиста усовершенствованная интегрированная среда разработчика. Добавленные средства навигации и просмотра для исходных текстов, классов, объектов. Повсеместно реализованный режим перетаскивания. Улучшенная поддержка групп проектов и файлов ресурсов (файлов RC) в Менеджере проектов. Возможность полной индивидуальной настройки среды, в том числе создания собственных произвольных клавиатурных раскладок редак¬тора. При созда¬нии модулей данных доступен специальный режим визуального проектирования взаимосвязей между таблицами базы данных.
2) Расширенная библиотека компонентов. Более 200 компонентов позволяют, не прибегая к программированию, вести разработку сложных приложений, работающих с базами данных, в локальных сетях и в Интернете, только на визуальном уровне.
3) Улучшенные средства отладки приложений. Точки прерываний можно объединять в группы и задавать сложные логические условия их срабатывани. Допуска¬ется отлаживать различные внешние процессы, в том числе и выполняющиеся на других компьютерах.
4) Поддерживаются язык расширенной разметки XML и динамическая версия языка разметки гипертекста HTML. Новые компоненты для работы с XML дают возможность разворачивать свои программы в Интернете, создавать эффек¬тивные Web-модули, переносить ранее созданные приложения в сети, работа¬ющие на основе протоколов TCP/IP. Поддержка языка HTML 4 позволяет использовать браузеры последнего поколения как готовые клиентские программы для работы с серверами приложений и баз данных.
5) Ориентация на Интернет технологии. Новые компоненты технологии MIDAS позволяют разворачивать базы данных в Интернете и строить в глобальной сети многоуровневые защищенные программные комплексы со встроенными серверами приложений.
6) Расширенные возможности по работе с СУБД InterBase. Значительно повышенная функциональность компонентов, позволяющих организовать прямую связь с InterBase, не прибегая к механизму BDE.
7) Включена поддержка технологии ADO. Наиболее передовая технология доступа к данным Microsoft ADO, не требующая драйверов ODBC или BDE, реализованная в виде большого набора компонентов. С помощью ADO возможно организовывать доступ к данным в произвольном формате.
8) Реализована система групповой работы TeamSource. Успешная реализация больших современных проектов немыслима без согласованной работы обширных групп программистов. Для этого в среду Delphi 5 включена система TeamSource, позволя¬ющая отслеживать и контролировать все изменения, происходящие в проекте.
9) Автоматизирован перенос приложений на национальные языковые платформы. В систему Delphi 5 встроен набор служебных программ для поддержки работы программы на нескольких национальных языках. Процесс локализации реализуется на визуальном уровне.
И это список лишь наиболее важных особенностей системы Borland Delphi 2006.

3.2 Определение архитектуры программного средства

Создаваемая система автоматизированного проектирования, должна состоять из базы данных и программы, выполняющей расчет сверла, сохранение результатов расчета в базе данных и автоматическое вычерчивание рабочего чертежа сверла в программе AutoCAD.


3.3 Определение входных и выходных данных

Входыми данными для системы автоматизированного проектирования сверл будут параметры отверстия (диаметр и глубина отверстия), которое необходимо просверлить проектируемым сверлом.
Выходными данными будут размеры конструкции сверла и рабочий чертеж сверла в программе AutoCAD.

3.4 Алгоритмизация проектируемой системы

При проектировании рабочей модели системы, с учетом информационных потребностей пользователя, был разработан общий алгоритм работы программы, который показан на рис. 1. Из этого рисунка хорошо просматриваются функциональные возможности системы.
Эти возможности реализуются через отдельные блоки подпрограмм.
Сразу после запуска программы выполняется процедура выбора возможности расчета нового сверла или выбора подходящего ранее рассчитанного сверла.
Если был выбран «расчет нового сверла» - то затем необходимо ввести исходные данные, параметры отверстия (диаметр и глубина отверстия), которое необходимо просверлить проектируемым сверлом. И затем запустить на выполнение подпрограмму расчета параметров сверла.

Содержание:

Введение 3
1. Анализ характеристик существующих систем 5
1.1 Анализ основных задач систем автоматизированного проектирования 6
1.2 Описание существующей системы автоматизированного проектирования AutoCad 12
2. Задачи проектируемой автоматизированной системы 17
2.1 Формирование основных требований к программе 17
2.2 Определение целей и задач автоматизированного проектирования 19
2.3 Основные функции и задачи, решаемые системой 20
3. Проектирование системы 21
3.1 Выбор средств/методологии проектирования 21
3.2 Определение архитектуры программного средства 25
3.3 Определение входных и выходных данных 25
3.4 Алгоритмизация проектируемой системы 25
4. Реализация, создание приложения 28
4.1 Создание интерфейса 28
4.2 Создание базы данных 31
4.3 Создание вычислительной среды системы 37
4.4 Создание Lisp программы 45
5. Тестирование программного средства 54
Заключение 57
Список использованной литературы: 58


Введение

Современные мировые тенденции развития промышленности характеризуются значительным увеличением масштабов создания, освоения и внедрения в производство новой высокоэффективной техники, обеспечивающей рост производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, повышение ее конкурентоспособности. Это обеспечивается за счет усложнения узлов и деталей, использования новых конструкционных материалов, что вызывает необходимость совершенствования методов обработки, конструкции станков, режущих инструментов и методов их проектирования.
Поставленные задачи являются особенно актуальными для машиностроения и, в частности, для металлообрабатывающей промышленности.
Среди процессов формирования деталей в металлообработке место механической обработки и, в частности, обработки резанием, по-прежнему остается главным. Важную роль в обеспечении процесса механической обработки играет инструментальная подготовка производства, так как от эффективности, точности и работоспособности инструмента во многом зависит качество и эффективность всего процесса.
Особенно возрастает роль режущего инструмента в условях безлюдных технологий гибкого автоматизированного производства (ГАП), так затраты на инструмент с 3-5 % при неавтоматизированном производстве в условиях ГПС достигают значительных размеров (20-25 % в себестоимости обработки).
Современное направление развития проектирования режущих инструментов связано с созданием систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющих с помощью современных вычислительных средств комплексно решать вопросы, возникающие на всех этапах проектирования и изготовления инструментов, на базе лучших решений, полученных в результате целенаправленного поиска.
На современных промышленных предприятиях внедряется большое количество различных автоматизированных информационных систем, образующих в совокупности виртуальное предприятие и охватывающих все стадии жизненного цикла изделия (CALS - «Computer Aided Acquisition and Life-Cycle Support» - Автоматизация непрерывных поставок и жизненного цикла изделия). Ускорение темпов инновационных процессов является решающим условием повышения эффективности финансово-хозяйственной деятельности предприятия и качества продукции. Высокие темпы развития инновационных процессов должны обеспечиваться разработкой, производством и массовым применением высокоэффективных машин, оборудования, приборов и технологических процессов. Объективным препятствием повышению качества выпускаемых изделий и сокращения сроков их разработки является несоответствие между сложностью проектируемых объектов и устаревшими методами и средствами их проектирования. Применение математических методов, программ и ЭВМ в процессе проектирования способствует повышению технического уровня и качества проектируемых объектов, сокращению сроков их разработки и освоения в производстве. Автоматизация процессов проектирования особенно эффективна, когда от автоматизации выполнения отдельных инженерных расчетов переходят к комплексной автоматизации, создавая для этой цели системы автоматизированного проектирования (САПР).
Каждая внедряемая автоматизированная информационная система способна оказывать влияние на результаты финансово-хозяйственной деятельности предприятия. Однако, наибольшее влияние способна оказывать САПР. Она является информационным ядром с точки зрения виртуального предприятия. Именно от характеристик САПР в значительной степени зависит эффективность функционирования остальных автоматизированных информационных систем и эффективность предприятия в целом.

1. Анализ характеристик существующих систем

На промышленном предприятии САПР состоит из двух систем САПР-К и САПР-Т. Система САПР-К функционирует в рамках конструкторской подготовки производства и обеспечивает разработку и проектирование конструкций изделий. Система САПР-Т функционирует в рамках технологической подготовки производства и обеспечивает разработку технологических процессов, технологической оснастки, управляющих программ для станков с ЧПУ и т.д.
При этом структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, понятийный аппарат и языки представления данных САПР должны быть стандартизованы. Чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных автоматизированных информационных систем, требуется создание единого информационного пространства. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации, как формы, так и содержания информации о конкретных изделиях на различных этапах их жизненного цикла. Современное производство сложных изделий машиностроения может быть обеспечено использованием на предприятии CALS-технологий. Под понятием CALS-технологий понимается принципиально новая компьютерная система электронного описания процессов разработки, проектирования, комплектации, производства, модернизации, сбыта, эксплуатации, сервисного обслуживания и утилизации технических средств.
Однако, как показал проведенный анализ, вопрос формирования эффективных структур САПР в научном плане не решен. В современных условиях рыночной экономики данная проблема требует разработки новых методов и подходов с учетом возникающих рисков и инфляционных процессов.
В связи с этим, недостаточная научная проработанность вопроса выбора эффективной структуры комплекса задач САПР с учетом современных тенденций развития CALS-технологий, определила актуальность выбранной темы исследования.

1.1 Анализ основных задач систем автоматизированного проектирования

Высокие темпы развития инновационных роцессов должны обеспечиваться разработкой, производством и массовым применением высокоэффективных машин, оборудования, приборов, технологических и бизнес-процессов. Объективным препятствием повышению качества объектов проектирования и сокращению сроков их разработки является несоответствие между сложностью проектируемых объектов и устаревшими методами их проектирования.
Под автоматизацией проектирования понимают систематическое применение ЭВМ в процессе проектирования при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ, и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач.
Термин "система" греческого происхождения и означает целое, составленное из отдельных частей. В настоящее время существует достаточно большое количество определений понятия "система". Определения понятия "система" изложены в работах Л. Фон Берталанфи, А. Холла, У. Гослинга, Р. Акоффа, К. Уотта и других. Наиболее близким определением, относящимся к информационным системам, является определение К. Уотта, согласно которому, система - это взаимодействующий информационный комплекс, характеризующийся многими причинно-следственными взаимосвязями. Другими словами, систему можно рассматривать как целенаправленный комплекс взаимосвязанных элементов. Обязательное существование элементов определяет общие для всех элементов целенаправленные правила взаимосвязей, обуславливающие целенаправленность системы в целом.
Как при построении любой технической системы, при построении САПР необходимо учитывать технологические, концептуальные и методологические аспекты.
Технологические аспекты касаются построения системного программного комплекса САПР, т.е. структуры баз данных, систем управления базами данных, операционных систем, управляющих программ, языков проектирования и программирования, средств автоматизации графических работ, средств подготовки документации.
Концептуальные аспекты касаются построения системы принципов автоматизированного проектирования. В этом случае комплекс САПР определяется как система для создания объекта проектирования средствами автоматизации вычислений, созданиям системы получения информации и автоматизацией ее обработки, организаци целевого человеко-машинного процесса проектирования, решением задач управления проектированием. Концептуальная структура САПР включает следующие составляющие: библиотеку моделей объекта и процесса проектирования; библиотеку решающих процедур, обеспечивающих построение проектных решений; систему информации, построенную из моделей объекта и процесса проектирования, преобразований этих моделей и совокупности оценок проектных решений; инструментальные средства построения баз данных, систем управления ими и технологию создания прикладных, системных и сервисных программ; программные и технические средства модификации моделей, построения новых решающих процедур, преобразования и обновления информации в базах данных.
Методологические аспекты касаются построения системы научных взглядов и структуры отношений создателей и пользователей комплекса САПР. Данные аспекты определяют выбор того или иного маршрута проектирования.
Система автоматизированного проектирования - система, объединяющая технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования. В масштабах предприятия систему организации конструкторско-технологической подготовки производства можно представить в виде комплекса САПР.
САПР представляет собой комплекс, необходимый для обработки данных в условиях конструкторско-технологической подготовки производства. В комплекс САПР в качестве структурных составляющих входят системы специализированные части, ориентированные на решение задач определенного этапа проектирования: конструирования, инженерных расчетов (САПР-К), технологической подготовки производства (САПР-Т).
Системы САПР-К и САПР-Т это выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечивающие выполнение различных законченных проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов.
Системы сквозного автоматизированного проектирования (ССАПР) предназначены для решения заранее определенных задач по принципу конвейерной обработки информации.
Системы автоматического проектирования (САВПР) могут реализовываться на любом классе ЭВМ при минимальном участии человека в процессе проектирования.
По способу организации информационных потоков Индивидуальные автоматизированные рабочие места создаются на базе отдельных рабочих станций или ПК с соответствующим программным обеспечением.
Распределенная одноуровневая система системы, объединенные в локальную сеть с несколькими рабочими станциями и/или ПК.
Распределенная многоуровневая система системы, объединенные в локальную сеть с одной или несколькими рабочими станциями и ПК.
Интегрированная многоуровневая система системы, предназначенные для проектирования и подготовки производства сложных изделий.
Программные характеристики САПР:
по специализации программных средств узкоспециализированные утилиты предназначены для выполнения одной локальной задачи системы;
Специализированные системы позволяют автоматизировать комплекс задач, связанных с одной достаточно узкой областью проектирования или подготовки производства;
Универсальные системы позволяют создавать изделия самого широкого профиля;
Комплексные системы предназначены для решения проблем проектирования и технологической подготовки производства специальных высоко-сложных изделий.
По возможности обмена информацией Замкнутые системы сохраняют данные в своем собственном внутреннем формате и не позволяют обмениваться информацией с другими системами.
Системы с текстовыми файлами обмена информацией сохраняют и считывают информацию об отдельных геометрических примитивах.
Системы со стандартными позволяют сохранять и считывать полную информацию о созданных средствами обмена информацией моделях изделий в специальном текстовом или двоичном формате.
Элементы, программно формируемые во внешних модулях создаются специальными программами в виде текстовых пакетных файлов с последовательностью команд построения объекта или стандартных файлов обмена информацией.
Параметрически задаваемые элементы графические объекты, размеры которых связаны между собой в виде взаимозависимых цепочек параметров.
Адаптивно изменяемые элементы более простой корректировки объектов
Комбинированные методы сочетают адаптивную технологию быстрой корректировки свободных размеров и параметрическую технологию изменения взаимозависимых размеров.
Проблема создания и функционирования САПР ставит задачу пересмотра ранее сложившихся организационных форм разработки и проектирования новых изделий и процессов.
Для реализации основных требований при построении комплекса САПР должны быть соблюдены принципы создания систем автоматизированного проектирования, которые можно разделить на три группы: проектирования, системотехнические и организационные.
Принципы проектирования состоят из принципов системного единства, комплексности, развития.

1. Черняк А., Метельский Ю. Математическое программирование. Алгоритмические методы. М.: "Высшая школа", 2007 г. - 352 с.
2. Князева М. Алгоритмика: от алгоритма к программе. Учебное пособие. - М.: "Кудиц-Образ", 2006 г. - 192 с.
3. Голицына О.Л., Попов И.И. Основы алгоритмизации и программирования (2-е издание). М.: "Инфра-М", 2006 г. - 432 с.
4. Кулаичев А. П. Методы и средства комплексного анализа данных. М.: "Форум Инфра-М", 2006 г. - 512 с.
5. Левчук Е.А. Технологии организации, хранения и обработки данных. Учебное пособие. М.: "Вышэйшая школа: Минск", 2005 г. - 239 с.
6. Джон Дей, Крейг Ван Слайк, Рэймонд Фрост. Базы данных. Проектирование и разработка. - М.: "НТ Пресс", 2007 г. - 592 с.
7. Энди Опель. Изучаем SQL. М.: "НТ Пресс", 2007 г. - 320 с.
8. Вирджиния Андерсен. Microsoft Office Access 2003. М.: "АСТ", 2007 г. - 572 с.
9. Колесов Ю., Сениченков Ю. Моделирование систем. Объектно-ориентированный подход. Учебное пособие. М.: "BHV", 2006 г. - 192 с.
10. Хавьер Пашеку. Программирование в Borland Delphi 2006 для профессионалов. М.: «Вильямс», 2006 г. 944 с.
11. Финкелыштейн Э. Библия пользователя AutoCAD /Пер. с англ. - Киев. - М. - Спб. Диалектика, 1998. - 896 с.