Файл: Оперативные графические системы в автоматизации проектирования..pdf

пример, стандартного элемента или когда этот элемент будет изготовлен как единое целое.

Последовательное выделение отдельных элементов объекта проектирования связано, как и синтез, с творче­ ской деятельностью проектировщика. Оно зависит от мно­ гих факторов, в том числе и таких, как организация про­ ектирования и производства, возможности приобретения

иизготовления элементов, компетентность специалистов

ит. д. Например, разделение автоматизированной уста­ новки на блоки: исполнительный, привода и управления определяется отчасти тем, что первый блок проектируют

При разделении объекта проектирования на отдель­ ные элементы учитываются также соображения по веде­ нию проектирования отдельных элементов параллельно во времени с целью сокращения сроков выполнения ра­ бот. Параллельные работы могут вестись коллективом проектировщиков, что в свою очередь вызывает необхо­ димость взаимосвязи отдельных проектировщиков и ко­ ординации их работ. Таким образом, проектировщик должен пользоваться не только полученной им самим же информацией, но и информацией, полученной други­ ми проектировщиками, кроме того, он должен переда­ вать другим свою информацию.

Использование ЭВМ в' техническом проектировании началось, естественно, с решения на ней отдельных част­ ных задач расчетного характера. Однако вскоре стало очевидным, что для получения существенного эффекта необходимо комплексное решение задач проектирования на ЭВМ. В то же время полностью решать на ней реаль­ ные задачи проектирования от задания технических тре­ бований на изделие и до выпуска документации в настоя­ щее время в большинстве случаев не удается.

В процессе проектирования имеются этапы, которые еще не формализованы. В первую очередь это относится к этапу синтеза и заданию целей на этом этапе (рис. 1.1). В то же время этап анализа поддается формализа­ ции, а значит, и решению на ЭВМ гораздо лучше. На этапе анализа производятся разнообразные расчеты и проверки синтезированного перед этим объекта проекти-

11

,рования. Оценка результатов анализа с точки зрения по­ ставленной цели при наличии строгих числовых крите­ риев может быть формализована. Если же критерии не могут быть сформулированы четко, то формализация анализа и оценки его результатов затруднительны.

Фиксирование результатов проектирования сводится к их запоминанию, хранению и при необходимости к вы­ борке хранимой информации для использования как на других этапах проектирования, так и по окончании все­ го процесса проектирования при передаче информации на этап производства. Указанные действия с информа­ цией в настоящее время хорошо формализованы. Инфор­ мация может фиксироваться не только в числовом виде, пригодном для ЭВМ, но и в виде чертежей и текстов для использования ее человеком.

Фиксирование, хранение и выборка информации, аналогичные вышеупомянутым, имеют также место для справочных данных и прототипов при выполнении синте­ за. Опыт проектировщика в значительной степени не формализован.

На рис. 1.1 отдельные этапы процесса проектирова­ ния обозначены буквами Ф, если они формализуются, и Т (творческие этапы), если они не формализуются. Со­ ответственно формализуемые этапы могут быть успеш­ но решены на ЭВМ, тогда как неформализуемые твор­ ческие этапы могут решаться лишь человеком. Таким образом, комплексная система проектирования на базе ЭВМ может быть в настоящее время не автоматической, а автоматизированной, т. е. в качестве основного эле­ мента включать в себя проектировщика. Естественно, та­ кая система должна включать в себя и программистов, а также обслуживающий персонал. В данном случае ЭВМ с программами и дополнительной аппаратурой является новым, очень эффективным инструментом в руках проектировщика, творческую работу по-прежне­ му выполняет он.

Наличие в единой комплексной системе человека и ЭВМ требует обеспечения удобной связи между ними. Должна быть также обеспечена связь между проекти­ ровщиками и связь проектировщиков с персоналом, ра­ ботающим на производственной стадии.

Эти вопросы, возникающие при разработке автома­ тизированной системы проектирования, входят как со­

12

ставная часть в общую проблему связи человека с ЭВМ. Такая проблема возникает при решении самых разно­ образных задач человеком совместно с ЭВМ: задач управления производством, транспортом, научным экспериментом, задач планирования и т. д. Специфика решаемых задач оказывает влияние на организацию связи «человек — ЭВМ», однако проблема связи имеет много общего для различных задач.

Прежде всего связь «человек — ЭВМ» нужно ориен­ тировать на определенные органы чувств человека. Наибольшее количество информации из окружающей среды (как известно, около 70%) человек получает с помощью зрения [6]. При организации связи «человек— ЭВМ» зрение также имеет первостепенное значение. В случае проектирования форма представления зритель­ ной информации — чертежи, диаграммы, тексты, табли­ цы, т. е. то, что используется уже длительное время. Од­ нако применение новой технической базы значительно расширяет возможности инженерной графики. В этой области в настоящее время возникла новая дисциплина, называемая машинной графикой, она занимается вопро­ сами генерирования изображений посредством ЭВМ, Область применения машинной графики выходит далеко за рамки автоматизированного проектирования.

Кроме зрения, для связи используются также слух человека и его речь. В области передачи человеку из ЭВМ акустической информации достигнуты значитель­ ные успехи, тогда как ввод в ЭВМ речи встречает в сво­ ем развитии значительные препятствия.

Другой важной характеристикой связи «человек — ЭВМ» является время передачи сообщений. В большин­ стве случаев желательно сократить это время, как и вся­ кую задержку передачи сигнала в системе. Возможность организации оперативной связи «человек — ЭВМ» явля­ ется одним из самых существенных достоинств специ­ альных устройств ввода/вывода графической информа­ ции. Например, графическое устройство, использующее электроннолучевую трубку, может создать изображение за 1/30—1/50 сек.

Оперативная связь может быть при необходимости также и дистанционной. Современные устройства пере­ дачи информации на базе цифровых методов работают на расстояниях десятков и сотен километров.

1.3

Наконец, достоверность передачи информации между человеком и ЭВМ является также очень существенным фактором. Использование ЭВМ в значительной степени уменьшает число ошибок при выполнении длительных и однообразных работ по сравнению с ручным их выпол­ нением, например при вычерчивании карт, чертежей большого объема.

Все последующее изложение книги посвящено вопро­ сам оперативной зрительной связи человека с ЭВМ в ав­ томатизированном техническом проектировании. В на­ звании книги указаны графические системы в том смыс­ ле, что в изложении имеется уклон в область технических чертежей, а не, скажем, текстов и таблиц. Однако изо­ лированное рассмотрение только графики не имеет смысла, так как реальные чертежи содержат в себе тек­ сты, цифры, таблицы. Кроме того, многочисленная вспо­ могательная информация при организации зрительной связи человека с ЭВМ имеет символьную форму букв и цифр.

Чисто зрительная связь имеет место при выводе ин­ формации человеку из ЭВМ. При обратной передаче —■ вводе информации в ЭВМ человеком — используются устройства, управляемые рукой человека, поэтому здесь заняты не только глаза, но п другие органы чувств. Та­ ким образом, названия «графическая связь», «зритель­ ная связь» имеют несколько условный характер в ре­ альных случаях, однако предпочтительно использование

первого.

Оперативная графическая связь предполагает быст­ рый обмен информацией между человеком и ЭВМ. Часто это выглядит как задание человеком вопроса ЭВМ в те­ чение нескольких секунд и ответ ЭВМ спустя несколько секунд. ЭВМ также может задавать вопросы человеку, однако время получения ответа от человека обычно ие ограничивается, так как его ответ требует размышле­ ний. Указанный достаточно быстрый процесс обмена информацией часто называют диалогом человека с ЭВМ. Он осуществляется, как правило, с помощью устройств на базе ЭЛТ. Как следует из названия книги, основное внимание в ней уделяется именно оперативной графической связи и соответственно оперативным гра­ фическим системам. Эти системы являются одной из важнейших составных частей автоматизированных си­

14

стем проектирования н тесно связаны со многими эле­

ной техники, математики и т. д. В связи с этим в после­ дующем изложении затрагиваются многие вопросы, смежные с оперативной графической связью и с опера­ тивными графическими системами.

Следует отметить, что представление информации при проектировании в виде чертежей и символов необ­ ходимо лишь человеку. С точки зрения хранения, пере­ дачи и обработки в ЭВМ информацию целесообразно представлять в цифровом виде.

В настоящее время существуют графические устрой­ ства двух основных типов: быстрые устройства на базе ЭЛТ и более медленные чертежные устройства электро­ механического типа. Устройства обоих типов не исклю­ чают, а взаимно дополняют друг друга, так как первые способны выводить значительно меньшие объемы инфор­ мации и качество их изображений хуже, чем у вторых.

Общее требование сокращения времени передачи со­ общений между человеком и ЭВМ проявляется в различ­ ной степени на различных этапах процесса проектиро­ вания. Задержки в цикле «синтез, анализ, оценка» (рис. 1.1) непосредственно отодвигают момент заверше­ ния процесса проектирования. Этап фиксирования ре­ зультатов в графическом виде может проводиться па­ раллельно с решением задач по выполнению последую­ щих целей. При этом информация фиксируется также и в цифровом виде.

Таким образом, на устройствах с ЭЛТ, осуществляю­ щих оперативную связь, целесообразно изображать эле­ менты объекта проектирования на этапе синтеза. Эти элементы могут подвергаться существенным изменениям при повторении цикла «синтез, анализ, оценка». Такие изменения должны вноситься по возможности быстрее. Просмотр разнообразной справочной информации также целесообразен на оперативых устройствах.

На электромеханических чертежных устройствах можно вести фиксирование или накопление результатов завершенных циклов «синтеза, анализа, оценки». Требова­ ния по скорости получения изображений здесь ниже, чем

15

при синтезе, но зато объем накапливаемой информации и требования к качеству изображения выше. Вероятность

.изменений накапливаемых изображений значительно ни­ же, чем для изображений, получаемых на этапе синтеза.

Многочисленную вспомогательную информацию не только справочного характера, но и управляющую, кото­ рая имеет временный характер и не отражается непо­ средственно на объекте проектирования, целесообразно выводить на оперативное графическое устройство.

Следует сказать о том, что эффект, получаемый от автоматизации проектирования и использования опера­ тивных графических систем, в очень сильной степени за­ висит от типа объектов проектирования и их изображе­ ния. Этот эффект обычно тем выше, чем сложнее объект и короче требуемые сроки исполнения работ, чем менее приспособлены существующие ручные средства к веде­ нию работ, чем сложнее связанные с работами расче­ ты и т. д. В настоящее время получен существенный эко­ номический эффект от внедрения ЭВМ и машинной графики при следующих работах: проектирование инте­ гральных схем; проектирование объектов с обтекаемыми поверхностями; анализ прочности и жесткости конструк­ ций; подготовка управляющей информации для станков с ЦПУ; анализ оптических систем; картография; анализ поверхности морского дна; раскрой материалов; трасси­ ровка электрических схем, трубопроводов и т. д.

Сфера применения оперативных графических систем непрерывно расширяется по мере их совершенствова­ ния. В этой области ведутся интенсивные работы как в нашей стране, так и за рубежом. Одной из важнейших предпосылок успешного развития оперативных графи­ ческих систем является наличие не только мощных ЭВМ, но и совершенных внешних графических устройств [7— 9]. Высокие требования предъявляются к программному обеспечению систем, значение которого непрерывно воз­ растает по мере их совершенствования [10, 11].

1.2. ПРИНЦИПЫ ГРАФИЧЕСКОЙ СВЯЗИ ЧЕЛОВЕКА И ЭВМ

Важнейшим элементом графической связи «чело­ век— ЭВМ» в техническом проектировании является ав­ томатическое генерирование изображений с помощью

пример, можно вначале изобразить весь чертеж и, несмотря на его недостаточную четкость, указать коор­ динаты центра н размеры желаемой части чертежа. Далее система автоматически выводит на весь 'чф,1н указанную часть чертежа с необходимым изменением масштаба изображения. Поскольку экран устройства имеет определенные размеры (ширину b и высоту /г), до­ статочно указать на полном чертеже в качестве размера

Рис. 1.2. Иллюстрация построения программы вычерчивания графи­ ческим устройством

выделяемой части чертежа расстояние от ее центра до крайней точки по горизонтали / либо до крайней точки по вертикали т. Если масштаб полного чертежа был ра­ вен М, то масштаб выделяемого участка чертежа М | выражается:

для указания крайней точки по горизонтали

18