Требования к техническим средствам сапр. Московский государственный университет печати. Контрольные вопросы и упражнения

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР

Структура и требования к ТО САПР

Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства ( hardware ), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно: ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

1) выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

2) взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

3) взаимодействие между членами коллектива, выполняющими работу над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в в ычислительную сеть.

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис 2.1). Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими местами (АРМ) или районами станциями ( WS Workstation ), ими могут быть также большие ЭВМ (мейнфреймы), отдельные периферийные и измерительные устройства. Именно в АРМ должны быть средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распределена между различными узлами вычислительной сети.

Рис. 2.1. Структура техническою обеспечения САПР

Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.

В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД), выполняющее определенную работу по проектированию, и аппаратуру окончания капана[данных (АКД), предназначенную для связи ООД со средой передачи данных. Например, в качестве ООД можно рассматривать персональный компьютер, а в качестве АКД вставляемую в компьютер сетевую плату.

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). Близким является понятие канала (канача связи), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.

Типы сетей

Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM Time Division Method ), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM Frequency Division Method ), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах) объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локалъная вычислителъная сеть (ЛВС или LAN Local Area Network ) имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети. При этом топология соединений узлов (рис. 2.2) может быть шинная ( bus ), кольцевая (ring ), звездная (star ). Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.

Рис. 2.2. Варианты топологии локальных вычислительных сетей:

а шинная; б кольцевая; в звездная

В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной. В ее структуре можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных, то они образуют новую подсеть, называемую опорной (или транспортной), а вся сеть оказывается иерархической структуры.

Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью (WAN Wide Area Network ). В территориальной сети различают магистральные каналы передачи данных (магистральную сеть), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией или соединением «последней мили».

Обычно создание выделенной магистральной сети, т. е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для нее слишком дорого.

Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера, т. е. организации, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования, В качестве такой сети можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных. Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям в настоящее время является применение глобальной вычислительной сети Internet .

Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet является желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотрудников собственной организации, но и для получения других информационных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS -технологий, подразумевает информационные обмены через территориальные сети, как правило, через Internet .

Рис. 2.3. Структура корпоративной сети САПР

Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 2.3. Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР, называемая архитектурой клиент-сервер. В сетях клиент-сервер выделяется один или несколько узлов, называемых серверами, которые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными, их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций, но если эти средства сосредоточены на конкретном узле вычислительной сети, то понятие сервер относится именно к узлу сети.

Сети клиент-сервер различают по характеру распределения функций" между серверами, другими словами, их классифицируют по типам серверов. Различают файл-серверы для хранения файлов, разделяемых многими пользователями, серверы баз данных автоматизированной системы, серверы приложений для решения конкретных прикладных задач, коммутаци-онные серверы (называемые также блоками взаимодействия сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например, серверы электронной почты.

В случае специализации серверов по определенным приложениям сеть называют сетью распределенных вычислений. Если сервер приложений обслуживает пользователей одной ЛВС, то естественно назвать его локальным. Но поскольку в САПР имеются приложения и базы данных, разделяемые пользователями разных подразделений и, следовательно, клиентами разных ЛВС, то соответствующие серверы относят к группе корпоративных, подключаемых обычно к опорной сети (см. рис. 2.3.).

Наряду с архитектурой клиент-сервер применяют одноранговые сети.
в которых любой узел в зависимости от решаемой задачи может выполнять
как функции сервера, так и функции клиента. Организация взаимодействия
в таких сетях при числе узлов более нескольких десятков становится чрезмерно сложной, поэтому одноранговые сети применяют только в небольших по масштабам САПР.

В соответствии со способами коммутации различают сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. В первом случае при обмене данными между узлами А и В в сети создается физическое соединение между А и В, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть. Здесь передача информации происходит быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при обмене данными возможны длительные паузы и канал «простаивает». При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов А и В, не создается. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами, которые передаются в разветвленной сети от А к В или обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.

2.2. Аппаратура рабочих мест в автоматизированных системах проектирования и управления

Вычислительные системы в САПР

В качестве средств обработки данных в современных САПР широко используют рабочие станции, серверы, персональные компьютеры. Большие ЭВМ и в том числе суперЭВМ обычно не применяют, так как они дороги и их отношение производительность-цена существенно ниже подобного показателя серверов и многих рабочих станций.

На базе рабочих станций или персональных компьютеров создают АРМ.

Типичный состав устройств АРМ: ЭВМ с одним или несколькими микропроцессорами, внешней, оперативной и кэш-памятью и шинами, служащими для взаимной связи устройств; устройства ввода-вывода, включающие в себя, как минимум, клавиатуру, мышь, дисплей; дополнительно в состав АРМ могут входить принтер, сканер, плоттер (графопостроитель), дигитайзер и некоторые другие периферийные устройства.

Память ЭВМ обычно имеет иерархическую структуру. Поскольку в памяти большого объема трудно добиться высокой скорости записи и считывания данных, память делят на сверхбыстродействующую кэш-память малой емкости, основную оперативную память умеренного объема и сравнительно медленную внешнюю память большой емкости, причем, в свою очередь, кэш-память часто разделяют на кэш первого и второго уровней.

Например, в персональных компьютерах на процессорах Pentium III кэш первого уровня имеет по 16 Кбайт для данных и для адресов, он и кэш второго уровня емкостью 256 Кбайт встроены в процессорный кристалл, емкость оперативной памяти составляет десятки-сотни Мбайт.

Для связи наиболее быстродействующих устройств (процессора, оперативной и кэш-памяти, видеокарты) используется системная шина с пропускной способностью до одного-двух Гбайт/с. Кроме системной шины на материнской плате компьютера имеются шина расширения для подключения сетевого контроллера и быстрых внешних устройств (например, шина PCI с пропускной способностью 133 Мбайт/с) и шина медленных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер и т. п.

Рабочие станции ( workstation ) по сравнению с персональными компьютерами представляют собой вычислительную систему, ориентированную на выполнение определенных функций. Специализация обеспечивается как набором программ, так и аппаратно за счет использования дополнительных специализированных процессоров. Так, в САПР для машиностроения преимущественно применяют графические рабочие станции для выполнения процедур геометрического моделирования и машинной графики. Эта направленность требует мощного процессора, высокоскоростной шины, памяти достаточно большой емкости.

Высокая производительность процессора необходима по той причине, что графические операции (например, перемещения изображений, их повороты, удаление скрытых линий и др.) часто выполняются по отношению ко всем элементам изображения. Такими элементами в трехмерной (3D) графике при аппроксимации поверхностей полигональными сетками являются многоугольники, их число может превышать 10 . С другой стороны, для удобства работы проектировщика в интерактивном режиме задержка при выполнении команд указанных выше операций не должна превышать нескольких секунд. Но поскольку каждая такая операция по отношению к каждому многоугольнику реализуется большим числом машинных команд, требуемое быстродействие составляет десятки миллионов машинных операций в секунду. Такое быстродействие при приемлемой цене достигается применением наряду с основным универсальным процессором также дополнительных специализированных (графических) процессоров, в которых определенные графические операции реализуются аппаратно.

В наиболее мощных рабочих станциях в качестве основных обычно используют высокопроизводительные микропроцессоры с сокращенной системой команд (с RISC -архитектурой), работающие под управлением одной из разновидностей операционной системы Unix . В менее мощных все чаще используют технологию Wintel (т. е. микропроцессоры Intel и операционные системы Windows ). Графические процессоры выполняют такие операции, как, например, растеризация представление изображения в растровой форме для ее визуализации, перемещение, вращение, масштабирование, удаление скрытых линий и т. п.

Типичные характеристики рабочих станций: несколько процессоров, десятки-сотни ме габайт оперативной и тысячи мегабайт внешней памяти, наличие кэш-памяти, системная шина со скоростями от сотен Мбайт/с до 1-2 Гбайт/с.

В зависимости от назначения существуют АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ руководителя проекта и т. п. Они могут различаться составом периферийных устройств, характеристиками ЭВМ.

В AP М конструктора (графических рабочих станциях) используются растровые мониторы с цветными трубками. Типичные значения характеристик мониторов находятся в следующих пределах: размер экрана по диагонали 17...24 дюйма (фактически изображение занимает площадь на 5...8% меньше, чем указывается в паспортных данных). Разрешающая способность монитора, т. е. число различимых пикселей (отдельных точек, из которых состоит изображение), определяется шагом между отверстиями в маске, через которые проходит к экрану электронный луч в электроннолучевой трубке. Этот шаг находится в пределах 0,21 ...0,28 мм, что соответствует количеству пикселей изображения от 800x600 до 1920x1200 и более. Чем выше разрешающая способность, тем шире должна быть полоса пропускания электронных блоков видеосистемы при одинаковой частоте кадровой развертки. Полоса пропускания видеоусилителя находится в пределах 110... 150 МГц и потому частота кадровой развертки обычно снижается с 135 Гц для разрешения 640x480 до 60 Гц для разрешения 1600x1200. Отметим, что чем ниже частота кадровой развертки, а это есть частота регенерации изображения, тем заметнее мерцание экрана. Желательно, чтобы эта частота была не ниже 75 Гц.

Специально выпускаемые ЭВМ как серверы высокой производительности обычно имеют структуру симметричной многопроцессорной вычислительной системы. В них системная память разделяется всеми процессорами, каждый процессор может иметь свою сверхоперативную память сравнительно небольшой емкости, число процессоров невелико (единицы, редко более десяти). Например, cep в ep Enterprise 250 (Sun Microsystems ) имеет 1 ...2 процессора, его цена в зависимости от комплектации колеблется в диапазоне 24...56 тыс. долл., а сервер Enterprise 450 с четырьмя процессорами стоит от 82 до 95 тыс. долл.

Периферийные устройства

Для ввода графической информации с имеющихся документов в САПР используют дигитайзеры и сканеры.

Диггитайзер применяют для ручного ввода . Он имеет вид кульмана, по его электронной доске перемещается курсор, на котором расположен визир и кнопочная панель. Курсор имеет электромагнитную связь с сеткой проводников в электронной доске. При нажатии кнопки в некоторой позиции курсора происходит занесение в память информации о координатах этой позиции. Таким образом может осуществляться ручная «сколка» чертежей.

Для автоматического ввода информации с имеющихся текстовых или графических документов используют сканеры планшетного типа. Способ считывания оптический. В сканирующей головке размещаются оптоволоконные самофокусирующиеся линзы и фотоэлементы. Разрешающая способность в разных моделях составляет от 300 до 800 точек на дюйм (этот параметр часто обозначают dpi ). Считанная информация имеет растровую форму, программное обеспечение сканера представляет ее в одном из стандартных форматов, например TIFF , GIF , PCX , JPEG , и для дальнейшей обработки может выполнить векторизацию перевод графической информации в векторную форму, например, в формат DXF .

Для вывода информации применяют принтеры и плоттеры. Первые из них ориентированы на получение документов малого формата (A3, А4), вторые для вывода графической информации на широкоформатные носители.

В этих устройствах преимущественно используется растровый (т. е. построчный) способ вывода со струйной технологией печати. Печатающая система в струйных устройствах включает в себя картридж и головку. Картридж баллон, заполненный чернилами (в цветных устройствах имеется несколько картриджей, каждый с чернилами своего цвета). Головка матрица из сопел, из которых мельчайшие чернильные капли поступают на носитель. Физический принцип действия головки термический или пьезоэлектрический. При термопечати выбрасывание капель из сопла происходит под действием его нагревания, что вызывает образование пара и выбрасывание капелек под давлением. При пьезоэлектрическом способе пропускание тока через пьезоэлемент приводит к изменению размера сопла и выбрасыванию капли чернил. Второй способ дороже, но позволяет получить более высококачественное изображение.

Типичная разрешающая способность принтеров и плоттеров 300 dpi , в настоящее врёмя она повышена до 720 dpi . В современных устройствах управление осуществляется встроенными микропроцессорами. Типичное время вывода монохромного изображения формата А1 находится в пределах от 2 до 7 мин, цветного в два раза больше.

Дигитайзеры, сканеры, принтеры, плоттеры могут входить в состав АРМ или разделяться пользователями нескольких рабочих станций в составе локальной вычислительной сети.

Особенности технических средств в АСУТП

Специфические требования предъявляют к вычислительной аппаратуре, работающей в составе АСУТП в цеховых условиях. Здесь используют как обычные персональные компьютеры, так и специализированные программируемые логические контроллеры (ПЛК), называемые промышленными компьютерами. Специфика ПЛК наличие нескольких аналоговых и цифровых портов, встроенный интерпретатор специализированного языка, детерминированные задержки при обработке сигналов, требующих незамедлительного реагирования. Однако ПЛК в отличие от персональных компьютеров IBM PC рассчитаны на решение ограниченного круга задач в силу специализированности программного обеспечения.

В целом промышленные компьютеры имеют следующие особенности: 1) работа в режиме реального времени (для промышленных персональных компьютеров разработаны такие ОС реального времени, как OS -9, QNX , VRTX и др.); 2) конструкция, приспособленная для работы ЭВМ в цеховых условиях (повышенные вибрации, электромагнитные помехи, запыленность, перепады температур, иногда взрывоопасность); 3) возможность встраивания дополнительных блоков управляющей, регистрирующей, сопрягающей аппаратуры, что помимо специальных конструкторских решений обеспечивается использованием стандартных шин и увеличением числа плат расширения; 4) автоматический перезапуск компьютера в случае «зависания» программы; 5) повышенные требования к надежности функционирования. В значительной мере специализация промышленных компьютеров определяется программным обеспечением. Конструктивно промышленный компьютер представляет собой корзину (крейт) с несколькими гнездами (слотами) для встраиваемых плат. Возможно использование мостов между крейтами. В качестве стандартных шин в настоящее время преимущественно используют шины VME - bus (Versabus Module Europe - bus ) и PCI (Peripheral Component Interconnect ).

VME - bus системная шина для создания распределенных систем управления на основе встраиваемого оборудования (процессоры, накопители, контроллеры ввода-вывода). Представляет собой расширение локальной шины компьютера на несколько гнезд объединительной платы (до 21 слота), возможно построение многомастерных систем, т.е. систем, в которых ведущими могут быть два или более устройств. Имеет 32-разрядные немультиплексируемые шины данных и адресов, возможно использование мультиплексируемой 64-разрядной шины. Пропускная способность шины 320 Мбайт/с.

РС1 более удобная шина для однопроцессорных архитектур, получает все большее распространение. Пропускная способность до 264 Мбайт/с, разрядность шины 2x32 и (или) при мультиплексировании 64, архитектура с одним ведущим устройством. Имеется ряд разновидностей шины, например шина CompactPCI , в которой унифицирован ряд геометрических и механических параметров.

Программная связь с аппаратурой нижнего уровня (датчиками, исполнительными устройствами) происходит через драйверы. Межпрограммные связи реализуются через интерфейсы, подобные OLE . Для упрощения создания систем разработан стандарт ОРС ( OLE for Process Control ).

2.1. Требования, предъявляемые к техническому обеспечению

2.3. Периферийные устройства

2.5. Технические средства сбора полевых данных

2.6. Приборы, используемые при проведении инженерно-геологических изысканий

2.1. Требования, предъявляемые к техническому обеспечению

Техническое обеспечение САПР – совокупность технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

· выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее программное обеспечение ;

· взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

· взаимодействие между членами коллектива , работающими над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточной производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода/вывода данных и, прежде всего, устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение технических средств САПР в вычислительную сеть.

2.2. Техническое обеспечение САПР

Основные функции технического обеспечения:

· Вычислительные и логические операции,

· Выдача текстовой, табличной и графической документации.

Техническое обеспечение ПК - физические составные части вычислительной машины. Основными блоками современного персонального компьютера являются системный блок, клавиатура и монитор .

Системный блок содержит электронные схемы для управления работой компьютера (микропроцессор, оперативную память и т. д.), блок питания и накопители информации (внешнюю память). Он является главным, в нем располагаются основные узлы ПК:

1. Электронные схемы, управляющие работой ПК: микропроцессор (схема, выполняющая все вычисления и обработку информации), оперативная память (из нее процессор берет программы и данные, в нее же помещает результаты, там находится программа, которая выполняется в данный момент) и контроллеры устройств (адаптеры – схемы, управляющие работой внешних устройств).

2. Блок питания – преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы.

3. Накопители для гибких дисков (дискет).

4. Накопитель на жестком магнитном диске (Винчестер).

Основные характеристики микропроцессора – тип или модель, определяющие производительность (Intel-8088, 80286, 80386, 80486, Pentium), тактовая частота, которая определяет, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду (измеряется в мегагерцах).

Клавиатура используется для ввода информации (чисел, текста, программ, команд) в компьютер.

Монитор (дисплей) служит для отображения вводимой информации и результатов расчета в текстовом или графическом виде.

К основному блоку ПК могут быть подключены различные периферийные устройства ввода-вывода, которые значительно расширяют его функциональные возможности.

2.3. Периферийные устройства

Периферийное оборудование включает в себя три группы устройств:

· устройства ввода и вывода информации, объединенные или связанные каналами связи с центральным процессором; мониторы; плоттеры; принтеры; сканеры; манипуляторы и т. д.

· устройства сбора, регистрации и обработки данных, не связанные с центральным процессором или периодически подключаемые к нему; аэро - и наземное стереосъемочное, стереофотограмметрическое оборудование; геодезическое оборудование для сбора топографической или других видов информации о местности (электронные теодолиты, электронные и компьютерные тахеометры, нивелиры, лазерные дальномеры, наземные устройства систем спутниковой связи GPS, геодезические лазерные сканеры и т. д.); инженерно-геологическое и геофизическое оборудование для инженерно-геологической разведки и т. д.;

· обслуживающие устройства: хранилища, бумагорезательные, копировальные машины, переплетные мастерские и т. д.

Принтер - устройство для вывода информации на бумажные носители. В настоящее время используются следующие типы принтеров: матричные, струйные и лазерные.

В матричных принтерах используется ударная техника печати за счет прижатия к бумаге красящей ленты. В струйных принтерах изображение формируется струйками чернил, подающихся через форсунку. В лазерных принтерах используется принцип ксерографии. Изображение переносится на бумагу с помощью специального барабана, к которому притягиваются частицы красящего порошка. Барабан электризуется лучом лазера по команде компьютера.

Печатающая головка матричного принтера представляет собой матрицу или вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Каждая иголка управляется отдельно и движется самостоятельно. Головка движется вдоль строки, и иголки ударяют по бумаге через красящую ленту. Так формируется изображение, которое представляет матрицу точек. Матричные принтеры дают возможность печатать графики, чертежи, схемы, рисунки, символы и буквы различных начертаний. Разрешающая способность принтера определяется числом иголок в матрице. Существуют 9-, 18-, 24- и 48-игольные модели принтеров. Чаще всего используются 9-игольные, они наиболее дешевые. Для повышения качества печати задают несколько проходов печатающей головки по одной строке. Скорость печати от 100 до 500 символов в секунду.

Струйные принтеры работают за счет распыления на бумагу чернил специального состава и работают практически бесшумно. Качество печати приближается к типографскому, скорость печати как у матричных принтеров. Периодически производится замена баллончика с чернилами.

https://pandia.ru/text/78/493/images/image005_15.jpg" align="left" width="133" height="151">Принтеры дают возможность выводить на печать графики, чертежи, схемы, символы и буквы различных начертаний, что позволяет представлять в полном объеме результаты автоматизированного проектирования в удобной для восприятия форме, а также оформлять все виды пояснительных записок, отчетов.

Манипулятор мышь (координатный манипулятор)- является важнейшим средством ввода информации. В современных программных продуктах, имеющих сложную графическую оболочку, мышь является основным инструментом управления программой.

По принципу действия мыши делятся на механические, оптико-механические и оптические.

Подавляющее число компьютерных мышек используют оптико-механический принцип кодирования перемещения. С поверхностью стола соприкасается тяжелый, покрытый резиной шарик сравнительно большого диаметра. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на перпендикулярных друг другу осях с двумя датчиками. Датчики, представляющие собой оптопары (светодиод-фотодиод), располагаются по разные стороны дисков с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов - скорость. Хороший механический контакт с поверхностью обеспечивает специальный коврик.

Более точного позиционирования курсора позволяет добиться оптическая мышь. Для нее используется специальный коврик, на поверхности которого нанесена мельчайшая сетка из перпендикулярных друг другу темных и светлых полос. Расположенные в нижней части мыши две оптопары освещают коврик и по числу пересеченных при движении линий определяют величину и скорость перемещения. Оптические мыши не имеют движущихся частей и лишены такого присущего оптико-механическим мышам недостатка, как перемещение курсора мыши рывками из-за загрязнения шарика. Разрешающая способность применяемого в мыши устройства считывания координат составляет 400 dpi (Dot per Inch точек на дюйм) и выше, превосходя аналогичные значения для механических устройств.

Для оптимального функционирования мышь должна передвигаться по ровной поверхности. Лучше всего подходят специальные коврики (Mouse Pad). Указатель мыши передвигается по экрану синхронно с движением мыши по коврику. Устройством ввода мыши являются кнопки (клавиши).

К основным тенденциям развития современных мышей можно отнести постепенный переход на шину USB, а также поиски в области эргономических усовершенствований. К ним можно отнести беспроводные (Cordless) мыши, работающие в радио - или инфракрасном диапазоне волн, а также мыши с дополнительными кнопками. Наиболее удачными решениями являются наличие между двумя стандартными кнопками колесика (мышь Microsoft IntelliMouse) или качающейся средней кнопки (мыши Genius NetMouse NetMouse Pro), которые используются для быстрой прокрутки документа под Windows.

Графопостроители (плоттеры) - устройства, обеспечивающие графическое представление результатов проектирования в виде чертежей и схем. Необходимость использования этого устройства возникает при вычерчивании схем и чертежей больших форматов (перспективные изображения, результаты решения геодезических задач и т. д.).

Графопостроители (плоттеры) обеспечивают высококачественное графическое представление информации на бумаге, кальке, пленке. Графопостроители – механические чертежные программно-управляемые устройства, снабженные подвижной кареткой с закрепленными на ней специальными пишущими перьями. Пишущие элементы – фитильные (фломастеры), шариковые или иконографические (трубчатые рейсфедеры, заправленные специальной тушью) элементы. Многоперьевые графопостроители могут автоматически менять рабочее перо, что позволяет получать многоцветные изображения. Устройства дорогие, но дешевле, чем цветные принтеры.

Конструктивно графопостроители делят на два класса – планшетные и рулонные.

В планшетных бумага закреплена неподвижно на плоской поверхности, перо перемещается в двух направлениях. В рулонных графопостроителях бумага перемещается в продольном направлении (на барабане), а перо движется в одном (поперечном) направлении.

Плоттеры второго класса более компактные и дешевые. Стандарт в области плоттеров задает фирма Hewlett-Packard. Этой фирмой разработан графический язык HPGL.

Наименее качественные чертежи получаются при работе с шариковыми узлами, более качественное изображение дают фитильные перья и трубчатые (керамические) пишущие узлы обеспечивают самое высокое качество чертежей.

Для подключения плоттера к ПК необходим специальный кабель, а в состав программного обеспечения ПК должна быть включена программа-драйвер языка HPGL. В настоящее время существует большое число графических пакетов, которые могут использовать плоттер.

Сканер - устройство для считывания с листа-оригинала текстов, графических изображений. Программное обеспечение, ориентированное на работу со сканерами, преобразовывает считанную информацию к виду, пригодному для использования в текстовых редакторах или издательских системах.

Принцип действия устройства состоит в следующем: сканер освещает оригинал, светочувствительный датчик делает замеры интенсивности отраженного света с определенной частотой (сканирует изображение). Чем выше частота замеров, тем выше разрешающая способность сканера. Значение интенсивности отраженного света преобразуется в двоичный код, который и используется компьютером при последующей обработке.

Чем выше разрешающая способность сканера, тем большие ресурсы ПК требуются для работы с ним. В настоящее время на мировом рынке представлено не менее 150 видов сканеров производства фирм Европы, США, Японии и большой выбор программного обеспечения к ним.

В соответствии с функциональными возможностями и устройством сканеры можно разделить на настольные и портативные (ручные). Они могут быть черно-белые и цветные.

По внешнему виду ручной сканер напоминает увеличенный манипулятор мышь. Сканирование осуществляется путем перемещения вручную сканера по поверхности оригинала. Качество изображения зависит от опыта оператора. Ширина полосы сканирования от 100 до 150 мм, программное обеспечение дает возможность «Склеивать» общее изображение из отдельных полос.

Настольные сканеры – устройства, которые позволяют считывать в автоматическом режиме стандартную страницу (формат А4) информации. Конструктивно они выполнены в виде планшета, похожего на множительный аппарат. Планшетные сканеры получили более широкое распространение.

Программное обеспечение позволяет распознавать символы, шрифты, обрабатывать тексты и графические изображения. При приобретении программного обеспечения необходимо обращать внимание на совместимость форматов хранения информации, чтобы сканированное изображение можно было использовать для работы с текстовым и графическим редакторами.

Средства связи – это устройства, обеспечивающие связь между компьютерами, а также между компьютерами и периферийными устройствами, телефонная, радио - и другие виды связи между пользователями и компьютерами, электронная почта и т. д.

При проведении поисковых исследований, анализе научно-технической информации, для проектирования дорог и обмена результатами работы используются модемы и телефаксы . Эти устройства позволяют передавать информацию на большие расстояния от одного компьютера к другому.

Модем предназначен для передачи информации на большие расстояния от одного компьютера к другому. Слово модем происходит от двух слов: модуляция / демодуляция.

Принцип работы устройства заключается в следующем: модем принимает данные от ПК, разделяет их на команды и информацию. Команды выполняются, а информация преобразуется в сигнал и поступает в канал связи. На противоположном конце линии данные поступают из канала связи на другой модем, демодулируются в цифровой сигнал и пересылаются в ПК.

Скорость передачи информации измеряется в Бодах (бит в секунду) и для различных моделей составляет от 300 до 9600 бод. Правила обмена информацией называются протоколом обмена. Пользователь их знать не обязан, их знают те, кто устанавливает аппаратуру. Принимающий и передающий модемы должны быть совместимы по протоколу обмена.

Телефакс используется для передачи копий документов. Устройство представляет собой блок, в который входят сканер (для считывания документов), передающий и принимающий модемы, принтер для распечатки бумажных копий документов. Для компьютерной телефаксной системы в состав устройства кроме вышеназванных компонентов входи и ПК.

Источники бесперебойного питания . На надежность работы ПК влияет стабильность сети электропитания. Сбои в сети приводят к сбоям в работе ПК, потере информации, выходу ПК из строя. Для этого ПК необходимо комплектовать стабилизаторами типа UPS (Uninterruptible Power Source). Он защищает от сбоев электропитания и позволяет закончить работу при внезапном полном отключении питания (до 15 мин после выключения).

Открытая архитектура персонального компьютера в принципе позволяет подключать к нему всевозможные приборы, используемые при проведении научных исследований и экспериментов для ввода результатов измерения в специальные файлы в памяти компьютера. Однако, это далеко не простая задача. Она может стать отдельным этапом экспериментальных исследований, на котором необходимо решить задачу кодировки поступающих сигналов, преобразования их в двоичный код, а также разработать программное обеспечение, позволяющее переводить эту информацию в форму, пригодную для ее обработки с помощью выбранных программных средств

2.4. Локальные вычислительные сети

Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью (WAN - Wide Area Network). В территориальной сети различают магистральные каналы передачи данных (магистральную сеть), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией или соединением "последней мили".

Обычно создание выделенной магистральной сети, т. е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для этой организации слишком дорого. Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера, т. е. фирмы, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования. В качестве такой сети можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных. Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям в настоящее время является обращение к глобальной вычислительной сети Internet.

Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet является желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотрудников собственной организации, но и для получения других информационных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS-технологий, с необходимостью подразумевает информационные обмены через территориальные сети, как правило, через Internet. Нужно, однако, отметить, что использование сетей общего пользования существенно усложняет задачу обеспечения информационной безопасности .

Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 3. Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР, называемая архитектурой клиент-сервер. В сетях "клиент-сервер" выделяется один или несколько узлов, называемых серверами, которые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными - их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций. Но если эти средства сосредоточены на конкретном узле вычислительной сети, то тогда понятие "сервер" относится именно к узлу сети.

Сети "клиент-сервер" различают по характеру распределения функций между серверами, - другими словами, их классифицируют по типам серверов. Различают файл-серверы для хранения файлов, разделяемых многими пользователями, серверы баз данных АС, серверы приложений для решения конкретных прикладных задач, коммутационные серверы (называемые также блоками взаимодействия сетей или серверами доступа) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы для выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например серверы электронной почты.

Локальные ВС имеют открытую архитектуру, обеспечивающую возможность подключения к сети любых других ЛВС, в том числе и крупных сетей ЭВМ. Основное достоинство ЛВС - низкая стоимость системы передачи данных.

https://pandia.ru/text/78/493/images/image013_6.jpg" width="479" height="320 src=">

Локальные вычислительные сети САПР должны обеспечивать: использование режимов пакетной и диалоговой обработки, разделения времени, виртуальной памяти; экономичную обработку информации по принципу "наиболее важные процессы САПР выполняются техническими средствами с развитым программным обеспечением и высокой производительностью, наименее ответственные - на дешевых мини - и микро-ЭВМ"; высокую надежность и достоверность функционирования, высокую производительность; применение разнообразного проблемно-ориентированного ПО, централизованных и локальных БД с необходимым объемом памяти; работу с автоматизированными рабочими местами различного назначения и с другим специализированным оборудованием; централизованную и децентрализованную обработку информации.

Использование ЛВС позволяет создать САПР нового поколения, объединяющие контрольно-измерительные комплексы и места сбора информации с автоматизированными рабочими местами проектировщиков и т. д.

Основное назначение ЛВС - распределение ресурсов ЭВМ (программ, совокупности периферийных устройств, терминалов, памяти) для эффективного решения задач автоматизированного проектирования.

Локальные вычислительные сети классифицируют:

· по топологическим признакам: иерархической, кольцевой и звездообразной конфигурации, конфигурации типа "общая шина";

Принцип работы: измерение времени прохождения лазерного луча от излучателя до отражающей поверхности и обратно до приемника. Путем деления скорости прохождения лазерного луча на время прохождения лазерного луча определяется расстояние до объекта.

В зависимости от модели тахеометра также могут использоваться отражающие поверхности: поверхность белого цвета или отражающая пленка. Также работа прибора может вестись по призмам.

Дальность измерений:

На отражающую поверхность (в зависимости от модели) м;

По призмам до 7 км.

Точность измерения углов – до 1 сек.

На Российском рынке широко представлены приборы фирм Trimble, Nikon, Sokkia.

Нивелирование на основе лазерных построителей плоскостей

Среди существующего в настоящее время многообразия лазерной геодезической техники наиболее эффективно применение для изысканий дорог лазерных построителей плоскостей.

Опыт этого вида изысканий накоплен в научно-исследовательском институте проблем дорожного транспортного комплекса РГСУ. Компьютерная лазерная система позволяет с геодезической точностью определять отметки точек поперечных сечений с шагом 10 см. Прибор оснащен специальной тележкой со встроенным счетчиком пути и имеет электронные сегменты с матричной схемой расположения фотодиодов. Отдельно располагаемый излучатель генерирует луч в видимом спектре, который, попадая на определенный сегмент и фотодиод прибора, вызывает срабатывание соответствующей цепи электронной схемы и записывается в оперативную память. Частота регистрируемых точек регулируется и составляет 100-300 точек на поперечник, обуславливая отображение фактической поверхности в виде плотной последовательности точек (земляного полотна).

После конвертации полученной информации в цифровую модель системы автоматизированного проектирования можно приступать к процессу проектирования на основе полной информации об очертаниях существующей поверхности ремонтируемой (модернизируемой) автомобильной дороги.

Лазерные сканеры

Назначение: создание сети опорных пунктов, 3D-сканирование, 3D-моделирование, поиск пересечений и проведение измерений.

Область применения: промышленное и гражданское строительство , маркшейдерское обеспечение горных работ.

Принцип работы: аналогичен принципу работы безотражательного тахеометра.

Работа лазерного сканера основана на измерении наклонной дальности D от источника измерения (лазера) до наземного объекта (дороги), являющегося препятствием на пути распространения лазерного луча. Такое препятствие вызовет появление отраженного импульса, который будет зарегистрирован приемником, а по времени задержки от момента излучения зондирующего импульса до регистрации отраженного импульса можно определить дальность D.

Одновременно определяются координаты пространственного положения носителя X, Y,Z за счет использования системы спутниковой навигации, а также углы ориентации зондирующего луча.

Знание этих 6-ти параметров внешнего ориентирования позволяет математически перейти к координатам точки, вызвавшей отражение. Основным результатом работы лазерного локатора является получение лазерно-локационного изображения или «облака» лазерных точек. Отметим важную деталь – лазерно-локационное изображение всегда дискретно.

Преимущества: лазерное сканирование может применяться там, где невозможна тахеометрическая съемка и безопасность измерений.

Результаты: получение в кратчайшие сроки полноценных сведений о происходящих деформациях зданий и сооружений, земной коры и кровли подземных выработок, информации о смещении оползней и обрушений.

Измерения проводятся в той же системе координат, в которой ведется документация, но может быть произведено и преобразование координат.

Лазерное сканирование в архитектуре: фасадные съемки, трехмерные модели зданий и внутренних помещений.

Виды лазерного сканирования:

1. Наземное лазерное сканирование.

Технология наземного лазерного сканирования: измерение расстояний до большого количества точек, расположенных на снимаемом объекте. Необходима прямая видимость. Данные сканирования с разных точек сводятся в единое трехмерное “облако точек”. По результатам сканирования составляется трехмерная модель, конвертируемая в CAD и ГИС-приложения.

Использование модели: создание любых сечений, измерение геометрических параметров, создание моделей отдельных элементов.

Существует несколько моделей лазерного сканирования наземного базирования. Для съемки с больших расстояний (до 76 м) крупных объектов и поверхностей и при отрицательных температурах подходит сканер ILRIS-3D Канадской фирмы Optech. Он применялся при съемке храма в Москве, Съемке горных склонов в Башкортостане и на Кольском полуострове, при работах на Норильский никель, при фасадных съемках в Самаре и Калининграде.

2. Подземное лазерное сканирование

Cavity Monitoring System (система мониторинга полостей) (той же фирмы).

Назначение: съемка недоступных полостей (очистных камер, рудоспусков).

GPS -съемка (системы спутниковой навигации (позиционирования)). Этот вид съемки, в последнее время, достаточно массово применяется при изысканиях автомобильных дорог. Однако, в виду того, что прибор (режим «кинематика ») устанавливается на автомобиль (подрессоренная часть), точность таких измерений остается низкой. В режимах «статика» и «stop and go» GPS является достойной альтернативой тахеометрической съемке.

Существенным недостатком этого метода является и то, что в закрытой местности (залесенность, застройка, тоннели) показания GPS могут давать сбои и отказы. Избежать этого можно совместным применением спутниковых и гироскопических систем.

Информационно-вычислительные центры" href="/text/category/informatcionno_vichislitelmznie_tcentri/" rel="bookmark">вычислительным центром и станции загрузки данных на борт спутников.

Спутники проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Собранная на станциях слежения информация об орбитах спутников используется для прогнозирования точного положения спутников на орбите. Вся совокупность сведений о траекториях всех спутников называется альманахом и загружается на все спутники сразу.

В спутниковых системах GPS и ГЛОНАСС имеется по 24 основных работающих и несколько резервных спутников (рис. 3.73), которые равномерно распределены в околоземном пространстве на высотах около 20 тыс. км в 6 и 3 орбитальных плоскостях соответственно (рис. 3.74). В системе Galileo будет 27 основных и 3 резервных спутника, расположенных на высоте 23 200 км.

Область применения GPS-приемников: геодезия, геодинамика, земельный кадастр , землеустройство, управление транспортом.

Назначение: проведение топографической съемки, сбор данных для ГИС приложений, создание опорных геодезических сетей.

Способ работы: пользователи ГНСС с помощью GPS-приемников принимают сигналы от навигационных космических аппаратов и определяют собственное местоположение. При проведении геодезических изысканий они используются обычно только для съемки отдельных ключевых точек на местности, например, тех, где устанавливаются тахеометры. Это связано с низкой скоростью работы спутниковых приемников и их невысокой точностью.

Приемники бывают кодовыми и кодово-фазовыми. Первые из них являются очень компактными (умещаются на ладони) и совмещают в одном корпусе приемник, антенну и источник питания. Такие приемники часто называют навигационными, т. к. они выдают относительно неточные координаты. В целом эти приемники достаточно дешевы и потому доступны для массового применения.

Фазово-кодовые приемники позволяют достигать гораздо большей точности координат. Они также являются очень компактными, но с отдельной выносной антенной; часто имеют внешние аккумуляторы и отдельные клавиатуру и дисплей. В случае, когда фазово-кодовые приемники работают в паре со вторым приемником в так называемом дифференциальном режиме, то возможно достижение точности до 1-2 сантиметров.

В силу определенных особенностей определения координат приемники глобальных систем позиционирования могут измерять координаты одной точки достаточно долго. Чем больше времени отводится на съемку, тем точнее результат. В навигационных приемниках определение координат выполняется достаточно быстро (секунды), однако точность составляет метры и даже десятки метров. В геодезических приемниках время установления координат может составлять от 5 минут до одного часа. Причем время и точность съемки существенно зависит от количества доступных на небосводе спутников.

Одно из применений навигационных приемников – это съемка осей автомобильных дорог для нанесения на мелкомасштабные карты. Одним из недостатков работы GPS-приемников в движении является снижение точности измерений и возможная временная потеря видимости некоторых спутников, например, при проезде автомобиля с GPS-приемником через густой лес, в низине или в тоннеле.

GPS-приемники бывают:

1) одночастотный (точность до 1 см/км);

2) двухчастотный (точность до 1 мм/км).

GPS-приемники снабжаются контроллерами – прочными карманными компьютерами (накопителями данных) для работы в полевых условиях. Для них разрабатывается специальное программное обеспечение, работающее в OS Windows.

Наиболее распространены GPS-приемники фирмы Trimble, но также существуют и отечественные приборы.

Спутниковые снимки

Для решения задач проектирования могут быть использованы спутниковые снимки. Они могут быть в разных вариантах: черно-белые, цветные и т. д.

Виды изображений:

1) базовое – для выполнения фотограмметрических процессов: ортоисправления и трехмерного моделирования;

2) стандартное – для визуального анализа, классификации объектов , основы для ГИС и картографических приложений;

3) ортоисправленное – подготовленное для ГИС и картографических приложений, с высокой степенью геометрической точности.

Применение: картографирование, землепользование , сельское и лесное хозяйство , мониторинг окружающей среды / стихийные бедствия.

2.6. Приборы, используемые при проведении инженерно-геологических изысканий

Инженерно-геологические изыскания должны выполняться с применением прогрессивных методов работ, современных приборов и оборудования, обеспечивающих повышение производительности труда, улучшение качества и сокращение продолжительности изысканий.

Основной объем изыскательских работ для построения геолого-литологических разрезов, отбора образцов грунта, изучения их свойств, изучения гидрогеологических условий выполняется бурением скважин .

Кроме буровых и шурфовочных работ, для изучения инженерно-геологических условий проложения проектируемой дороги, применяют геофизические методы и георадарные технологии.

Георадар – цифровой, портативный, геофизический прибор , предназначенный для решения широкого спектра геотехнических , геологических, экологических, инженерных и других задач, где есть необходимость оперативного мониторинга среды, получения разрезов грунта, не требующих бурения или раскопок.

Работа георадара основана на проникновении электромагнитной волны короткой продолжительности в многослойные среды, приеме и преобразовании отраженного сигнала.

По результатам георадарного сканирования получается непрерывная волновая картинка (радарограмма), которая по специальной программе обрабатывается и интерпретируется в разрез среды.

Преимущество: непрерывный разрез, неразрушающий и экологически чистый метод.

Область применения:

1) Инженерно-геологические изыскания.

2) Разведка и оценка запасов строительных материалов в карьерах.

3) Обследование автомобильных дорог:

Толщины слоев дорожной одежды;

Мощность и типы грунтов земляного полотна и подстилающего основания;

Однородность материалов дорожной одежды и грунта земляного полотна;

Локальные ослабления;

Участки инфильтрации поверхностных и подземных вод;

Пространственное геометрическое очертание водоупоров;

Положение подземных коммуникаций;

Глубина промерзания и оттаивания грунтов;

Местоположение кривой скольжения на оползневых участках;

Положение уровня грунтовых вод.

4) Контроль качества выполненных работ на автодороге: состояние земляного полотна, толщины слоев дорожной одежды.

5) Обследование плотин и гидроузлов.

6) Обследование взлетно-посадочных полос и перронов аэродромов.

7) Обследование зданий.

Георадары работают при температурах от -40˚С до +40˚С. Приборы компактные (массой 1,5-15 кг).

Высокая производительность в полевых условиях (от 5 до 30 км за смену), однако, в камеральных условиях – м разреза.

При использовании георадаров необходимы контрольные буровые работы или шурфование. С 2003 года георадары используются в ГП РосдорНИИ.

Для обработки и интерпретации данных георадиолокации (георадара) специально предназначена пограмма RadExplorer. Оптимизированный для георадиолокации набор возможностей, удобный и понятный русскоязычный интерфейс позволяют проводить обработку георадарных данных быстро, просто и эффективно.

https://pandia.ru/text/78/493/images/image026_3.jpg" width="500" height="342 src=">

проектных процедур , для которых имеется соответствующее программное обеспечение;

взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим проектом.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть .

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных ( рис. 5.1). 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.

Именно в АРМ должны существовать средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распределена между различными узлами вычислительной сети.

В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД) , выполняющее определенную работу по проектированию, и аппаратуру окончания канала данных (АКД) , предназначенную для связи ООД со средой передачи данных . Например, в качестве ООД можно рассматривать персональный компьютер , а в качестве АКД - вставляемую в компьютер сетевую плату.

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).

Близким является понятие канала ( канала связи ), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи.

Рис. 5.1.

В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация . При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.

5.2. Типы сетей

Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе - разделение по времени , или TDM - Time Division Method ), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM - Frequency Division Method) , при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

В САПР небольших проектных организаций , насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах), объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) , или LAN (Local Area Network) , имеет линию связи , к которой подключаются все узлы сети. При этом топология соединений узлов ( рис. 5.2) может быть шинная ( bus ), кольцевая (ring), звездная ( star ). Протяженность линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.

Рис. 5.2.

В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной . В ее структуре можно выделить ряд ЛВС , называемых подсетями , и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных, то они образуют новую подсеть , называемую опорной (или транспортной), а вся сеть оказывается частью иерархической структуры.

Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью (WAN - Wide Area Network) . В территориальной сети различают магистральные каналы передачи данных (магистральную сеть ), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных , связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией или соединением "последней мили" .

Обычно создание выделенной магистральной сети, т. е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для этой организации слишком дорого. Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера , т. е. фирмы, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования . В качестве такой сети можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных . Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям в настоящее время является обращение к глобальной вычислительной сети Internet .

Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet является желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотрудников собственной организации, но и для получения других информационных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS-технологий , с необходимостью подразумевает информационные обмены через территориальные сети, как правило, через Internet . Нужно, однако, отметить, что использование сетей общего пользования существенно усложняет задачу обеспечения информационной безопасности.

Структура ТО САПР для крупной организации представлена на рис. 5.3 . Здесь показана типичная структура крупных корпоративных сетей САПР , называемая архитектурой клиент-сервер . В сетях "клиент- сервер " выделяется один или несколько узлов, называемых серверами , которые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользователей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются терминальными - их называют клиентами, в них работают пользователи. В общем случае сервером называют совокупность программных средств, ориентированных на выполнение определенных функций . Но если эти средства сосредоточены на конкретном узле вычислительной сети, то тогда понятие " сервер " относится именно к узлу сети.

Сети "клиент- одноранговые сети нашли преимущественное распространение в небольших по масштабам САПР .

В соответствии со способами коммутации различают сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов . В первом случае при обмене данными между узлами А и В сети создается физическое соединение между А и В, которое во время сеанса связи используется только этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть . Здесь передача информации происходит быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при обмене данными возможны длительные паузы и канал "простаивает". При коммутации пакетов физического соединения, которое в каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов А и В , не создается. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами , которые передаются в разветвленной сети от А к В или обратно через промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запоминанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.

Материал из ПИЭ.Wiki

Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации.

Введение в САПР

Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Во первых, автоматизация проектирования - синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции.

Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 95/NT, языках программирования. С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.

Во вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из за невысокого качества проектов. Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в СССР относится к началу 60 х гг. Тогда были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных схем, проектирования печатных плат.

Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.

К настоящему времени создано большое число программно методических комплексов для САПР с различными степенью специализации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей; инженер, не владеющий знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться полноценным специалистом.

Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах.

Основные принципы построения САПР

Разработка САПР представляет собой крупную научно-техническую проблему, а ее внедрение требует значительных капиталовложений. Накопленный опыт позволяет выделить следующие основные принципы построения САПР.

1. САПР - человеко-машинная система. Все созданные и создаваемые системы проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них играет человек - инженер, разрабатывающий проект технического средства.

В настоящее время и по крайней мере в ближайшие годы создание систем автоматического проектирования не предвидится, и ничто не угрожает монополии человека при принятии узловых решении в процессе проектирования. Человек в САПР должен решать, во-первых, все задачи, которые не формализованы, во-вторых, задачи, решение которых человек осуществляет на основе своих эвристических способностей более эффективно, чем современная ЭВМ на основе своих вычислительных возможностей. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования - один из принципов построения и эксплуатации САПР.

2. САПР - иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем.

Следует особо подчеркнуть целесообразность обеспечения комплексного характера САПР, так как автоматизация проектирования лишь на одном из уровней оказывается значительно менее эффективной, чем полная автоматизация всех уровней. Иерархическое построение относится не только к специальному программному обеспечению, но и к техническим средствам САПР, разделяемых на центральный вычислительный комплекс и автоматизированные рабочие места проектировщиков.

3. САПР - совокупность информационно-согласованных подсистем. Этот очень важный принцип должен относиться не только к связям между крупными подсистемами, но и к связям между более мелкими частями подсистем. Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами. Две программы являются информационно согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект переработки в обеих программах, входят в числовые массивы, не требующие изменений при переходе от одной программы к другой. Так, информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи будут исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива с участием человека, который добавляет недостающие параметры, вручную перекомпоновывает массив или изменяет числовые значения отдельных параметров, то программы информационно не согласованы. Ручная перекомпоновка массива ведет к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому уменьшает спрос на услуги САПР. Информационная несогласованность превращает САПР в совокупность автономных программ, при этом из-за неучета в подсистемах многих факторов, оцениваемых в других подсистемах, снижается качество проектных решений.

4. САПР - открытая и развивающаяся система. Существует, по крайней мере, две веские причины, по которым САПР должна быть изменяющейся во времени системой. Во-первых, разработка столь сложного объекта, как САПР, занимает продолжительное время, и экономически выгодно вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности. Введенный в эксплуатацию базовый вариант системы в дальнейшем расширяется. Во-вторых, постоянный прогресс техники, проектируемых объектов, вычислительной техники и вычислительной математики приводит к появлению новых, более совершенных математических моделей и программ, которые должны заменять старые, менее удачные аналоги. Поэтому САПР должна быть открытой системой, т. е. обладать свойством удобства использования новых методов и средств.

5. САПР - специализированная система с максимальным использованием унифицированных модулей. Требования высокой эффективности и универсальности, как правило, противоречивы. Применительно к САПР это положение сохраняет свою силу. Высокой эффективности САПР, выражаемой прежде всего малыми временными и материальными затратами при решении проектных задач, добиваются за счет специализации систем. Очевидно, что при этом растет число различных САПР. Чтобы снизить расходы на разработку многих специализированных САПР, целесообразно строить их на основе максимального использования унифицированных составных частей. Необходимым условием унификации является поиск общих черт и положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов. Безусловно, может быть сформулирован и ряд других принципов, что подчеркивает многосторонность и сложность проблемы САПР.

Системный подход к проектированию

Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Для специалиста в области системотехники они являются очевидными и естественными, однако, их соблюдение и реализация зачастую сопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженеры используют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализа может оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задач инженерной деятельности.

Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход выявляет структуру системы ее внутренние и внешние связи.

Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.

Структура САПР

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Виды обеспечения САПР

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:

техническое (ТО) , включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);
математическое (МО) , объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
программное (ПО) , представляемое компьютерными программами САПР;
информационное (ИО) , состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, которые используются при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, база данных вместе с СУБД носит название банка данных;
лингвистическое (ЛО) , выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
методическое (МетО) , включающее различные методики проектирования; иногда к нему относят также математическое обеспечение;
организационное (ОО) , представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые регламентируют работу проектного предприятия.

Разновидности САПР

Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы - ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:

САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD);
САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation);
САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т. п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы.

По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер.

В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Urographies и ACIS фирмы Intergraph).

2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.

Техническое обеспечение САПР

С точки зрения системной модели САПР, техническое обеспечение представляет собой самый нижний уровень, в который “погружается” и реализуется операционно-программное и другие виды обеспечений САПР.

Задача проектирования технического обеспечения, таким образом, может быть сформулирована как задача оптимального выбора состава технических средств САПР. Исходной информацией при этом являются результаты анализа задач внутреннего проектирования и ресурсные требования к техническим средствам в виде критериев и ограничений.

Основные требования к техническим средствам САПР состоят в следующем:

эффективность;
универсальность;
совместимость;
надежность.

Технические средства (ТС) в САПР решают задачи:

ввода исходных данных описания объекта проектирования;
отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;
преобразования информации (изменения формы и структуры представления данных, перекодировки и др.);
хранения информации;
отображения итоговых и промежуточных результатов решения;
оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.

Для решения этих задач ТС должны содержать:

процессоры,
оперативную память,
внешние запоминающие устройства,
устройства ввода- вывода информации,
технические средства машинной графики,
устройства оперативного общения человека с ЭВМ,
устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами.

При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в состав ТС должны быть включены устройства, преобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками.

ТС САПР могут одно- и многоуровневыми.

ТС, в состав которых входит одна ЭВМ, оснащенная широким набором периферийного оборудования, носят название одноуровневых. Они широко применяются при проектировании изделий общепромышленного применения с установившейся конструкцией, имеющих узкоспециализированные математические модели и фиксированную последовательность этапов проектно- технологических работ.

Развитие САПР предполагает расширение набора терминальных устройств, представление каждому проектировщику возможности взаимодействия с ЭВМ, обработку технической информации непосредственно на рабочих местах. С этой целью терминальные устройства снабжаются мини - и микроЭВМ, имеющими специальное математическое обеспечение интеллектуальные терминалы. Они соединяются с ЭВМ высокой производительностью с помощью специальных или обычных телефонных каналов.