Разработка САПР электронной аппаратуры

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования  

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

В. В. ЛИСЯК

РАЗРАБОТКА САПР

ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Учебное пособие

Ростов-на-Дону – Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2017

УДК 658.512(075)
ББК 32.84(Я73)

Л639

Печатается по решению кафедры систем автоматизированного 

проектирования Института компьютерных технологий и информацион
ной безопасности Южного федерального университета

(протокол №6 от  13 января 2017 г.)

Рецензенты:

зав. кафедрой математики и информатики Таганрогского института 

управления и экономики, доктор технических наук, 

профессор В. П. Карелин

зав. кафедрой систем автоматизированного управления Института 

радиотехнических систем и управления ЮФУ, доктор технических наук, 

профессор В. И. Финаев

Лисяк, В. В.

Л639
Разработка САПР электронной аппаратуры : учебное пособие /

В. В. Лисяк ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ;
Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2017. –
93 с.

ISBN 978-5-9275-2518-8
Рассматриваются вопросы, связанные с процессом создания 

САПР. Основное внимание уделено моделированию САПР с целью 
анализа её эффективности, рассмотрены также методики разработки 
САПР и инструментальные средства, ускоряющие процесс создания 
САПР.

Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обуче
ния, обучающихся по магистерской программе «Интеллектуальные 
САПР» направления 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника», а также для студентов, обучающихся по направлению 09.04.02 
«Информационные системы и технологии».  

УДК 658.512(075)

ББК 32.84(Я73)

ISBN 978-5-9275-2518-8

© Южный федеральный университет, 2017
© Лисяк В. В., 2017
© Оформление. Макет. Издательство

Южного федерального университета, 2017

ПРЕДИСЛОВИЕ

Системы автоматизированного проектирования (САПР) относятся к 

числу наиболее наукоёмких систем в современной технике. Разработчик 
САПР является системным специалистом, который ищет пути формализации проектных процедур, их алгоритмизации, а также выбора и адаптации 
существующего или разработки нового программного обеспечения САПР.

Дисциплина «Разработка САПР» обобщает и систематизирует зна
ния, полученные студентами при изучении ряда предшествующих дисциплин, и дает новые знания и навыки создания САПР, как целостной, сложной системы. 

Пособие знакомит студентов с основными вопросами, связанными с 

процессом разработки САПР электронной аппаратуры. Рассматривается 
методы и средства, предназначенных для решения задач разработки САПР 
в конкретных предметных областях, называемых метаСАПР. Даётся материал по методике разработки САПР, в котором изучается последовательность проектных процедур, их взаимозависимость, требования к применяемым методам и средствам, а также вопросы определения состава технических средств и разработки программно-методических комплексов. 

Особое внимание уделено вопросу оценки эффективности САПР, 

рассмотрение которого необходимо для повышения качества процесса разработки САПР, определения оптимальных вариантов построения и модернизации САПР. Такая оценка выполняется на основе рассмотрения различных методов моделирования САПР.

Наиболее проработанным по вопросам разработки САПР является 

учебник И. П. Норенкова [2], который к настоящему времени стал редкой 
книгой и материал которого частично использован при рассмотрении методик разработки САПР.

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ САПР

1.1. Системы автоматизации предприятия

САПР является частью системы автоматизации деятельности пред
приятия. Поэтому для правильного подхода к разработке САПР важно уяснить ее взаимосвязь с другими автоматизированными системами предприятия (АС), такими, как:

 АСНИ – АС научных исследований;
 АСУП – АС управления предприятием;
 АСПр – АС плановых расчетов;
 АСТПП – АС технологической подготовки производства;
 АСУТП – АС управления технологическими процессами.
На (рис. 1.1) приведён вариант фрагмента организационной структу
ры предприятия и служб автоматизации.

С помощью АСУП осуществляется планирование, контроль и учет 

выполняемых работ, а также затрачиваемых ресурсов (людских, временных, стоимостных, материальных). Для этого необходима информация в 
нужные моменты времени о состоянии ведущихся разработок (о принятых 
решениях, состоянии их проектирования и изготовления). Поэтому САПР, 
как и АСТПП и АСУТП, должны поставлять АСУП необходимую информацию (на основании чего ведется заказ материалов, комплектующих 
и т.п.).

Отделение развития организации

Отдел перспективного 

планирования

Отдел технико-экономических 

исследований

Отдел автоматизации

Сектор
АСУП

Сектор
АСНИ

Сектор
САПР

Сектор
АСТПП
ИВЦ

Сектор
АСУТП

Рис. 1.1. Фрагмент организационной структуры  предприятия

и служб автоматизации

1.2. Концепция гибких производственных систем

5

Техническая документация, полученная в САПР и АСТПП разраба
тывающего предприятия, передается и вводится в АСУ серийного завода 
как первичная информация для подготовки производства. Отсюда ясна 
необходимость её сопряжения.

На различных этапах проектирования САПР взаимодействует с 

АИПС и АИСС для поиска научной информации или готовых технических 
решений. В наиболее полной форме такая информация содержится в 
АСНИ. Основные виды работ, выполняемые АСНИ:

 сбор и анализ научной и измерительной информации; 
 формулирование идей;
 постановка задач и определение концепций их решения;
 обработка и накопление экспериментальных данных;
 формирование баз знаний для экспертных систем.
В различных системах автоматизации и даже в разных подсистемах 

САПР на одном и том же предприятии можно наблюдать ввод в ЭВМ одних и тех же реквизитов (например, сведения о радиоэлементах в подсистеме проектирования печатных плат, подсистеме выпуска технической 
документации и подсистеме учета движения материальных ценностей). Система управления базами данных (СУБД) дала возможность стандартизации обработки данных на предприятии для различных целей. Некоторые 
системы автоматизации предъявляют к СУБД часто противоречивые требования. Например, САПР и АСТПП обрабатывают информацию в режиме 
проектирования, что требует большей оперативности, чем для АСУП. С 
другой стороны, в АСУП обрабатывается значительно больше информации, чем в САПР, что влияет на технологию обработки информации. Поэтому часто используется распределенная база данных и ряд сопряженных 
СУБД для обработки баз данных.

С учетом того, что на предприятии все перечисленные системы авто
матизации реализуются в вычислительном центре, основой их организационно-технической интеграции является интегрированная система обработки данных (ИСОД).

1.2. Концепция гибких производственных систем

Наиболее полно учет связи САПР с автоматизированными системами 

предприятия прослеживается в концепции гибких производственных систем (ГПС).

1. Общие вопросы разработки САПР

6

ГПС являются компьютеризированными интегрированными произ
водствами, обеспечивающими выпуск товарной продукции в условиях меняющегося рыночного спроса и функционирующими при ограниченном 
числе работников. В свою структуру ГПС включает автоматизированные 
участки, линии, цеха, завод. ГПС применяются в массовом, серийном, мелкосерийном и единичном перестраиваемых производствах изделий в различных отраслях экономики. 

ГПС требуют дорогостоящего оборудования, что обусловлено запро
сами потребителей на разнообразие изделий, повышением требований к их 
качеству и увеличением выпуска наукоёмкой продукции. Такой подход 
позволяет организовывать выпуск продукции с эффективной эксплуатацией оборудования, производственных площадей и минимизировать затраты
средств и времени на обновление продукции, а также снижает участие человека в техпроцессах и, как следствие, исключает субъективизм в управлении производством.

Применение ГПС позволяет в несколько раз повысить отдачу станков 

с числовым программным управлением (ЧПУ), используя при этом безлюдные или малолюдные технологии.

ГПС должны обеспечивать автоматизированную переналадку обору
дования на выпуск новых изделий, роль человека в ГПС состоит в выработке и принятии нестандартных решений и участия в автоматизированной 
перенастройки системы на выпуск нового класса продукции. Функционирование ГПС в общем случае обеспечивается решением следующих задач:


диспетчеризация и контролирование хода производства;


доставка полуфабрикатов и инструмента к оборудованию;


автоматическая загрузка-разгрузка оборудования;


приём из подсистем более высокого уровня программ управления 

оборудованием, их трансляция и редактирование;


управление работой оборудования и её контроль;


контроль качества изготовляемого объекта и инструмента;


доставка горюче-смазочных материалов и удаление отходов.

В связи с приведенными задачами можно выделить типовые функци
ональные подсистемы ГПС, объединенные в следующую функциональную 
структуру (рис. 1.2).

В информационный поток входят перечень объектов, технические 

требования к их изготовлению и функционированию, конструкторская и 

1.2. Концепция гибких производственных систем

7

технологическая документация. Материальный поток состоит из предметов 
труда (сырье, материалы, полуфабрикаты, комплектующие), топливноэнергетических и трудовых ресурсов.

Из функциональной структуры ГПС видно, что для программно
информационного обеспечения ГПС определяются две группы задач. Первая – управленческая – связана с организацией процессов транспортировки 
материальных потоков, загрузки оборудования, использования операций 
изготовления и контроля как основного изделия, так и оснастки. Вторая 
группа задач связана с созданием информационного базиса, в который входят конструкторская и технологическая документации по основным изделиям и оснастке.

Формирование 
технологической 
документации 
осуществляется 

АСТПП на основе конструкторской документации, выпускаемой САПР. 
Поэтому цепочка САПР-АСТПП представляет собой систему конструкторско-технологического проектирования. С выхода САПР на АСТПП поступает комплект конструкторской документации, включающий описание 
геометрии изделия и спецификацию с полным описанием конструктивных 
элементов. С выхода АСТПП снимается технологическая документация, 
содержащая маршрутные и операционные технологические процессы с 
полным набором управляющих программ для операций изготовления и 
контроля как самого изделия, так и оснастки техпроцесса.

Рис. 1.2. Функциональная структура ГПС

Подсистемы

Входные воздействия

Материальный поток
Информационный поток
ГПС

технологического оснаще
ния производства

контроля качества инстру
мента и оснастки
управления

складирования и учёта
перемещения объектов

1. Общие вопросы разработки САПР

8

Изложенная концепция программно-информационного обеспечения 

отображена в виде двухконтурной структуры (рис. 1.3).

Эта структура имеет две цепи: формирования информационной базы 

и оперативного управления ГПС. Совокупность технологических процессов по изделиям, подлежащим обработке в ГПС на планируемый отрезок 
времени, определяет первую часть информационной базы – базу технологической документации ГПС. Вторую часть информационной базы составляет библиотека, учитывающая все элементы материального потока. Абонентом первой части базы является АСУ производственных цехов, а абонентом второй части базы – АСУ складов и транспортных систем.

Входными данными для системы управления производством является 

плановое задание, которое определяет в неформальном виде работу производства на определенный отрезок времени. На основе этого задания АСУ 
производством формирует программу работы ГПС. При этом программа 
ГПС должна быть оформлена в виде упорядоченной последовательности 
заданий. Загрузка ГПС пакетом заданий осуществляется периодически. По 
каждой позиции этого пакета операционная система выбирает из базы данных комплект технологической документации для изготовления изделия 
оснастки. Затем операционная система совместно с АСУ формирует управляющие программы для автоматизированных цехов складов и транспортных систем. Эти программы согласованы по номенклатуре изделий производства и ранжированы по времени исполнения основных и вспомогательных операций.

Рис. 1.3. Структура программно-информационного обеспечения ГПС

Календарное 
планирование

Программа ГПС
Оперативное плани
рование

САПР

(конструкторская

документация)

АСТПП

(технологическая

документация)

База данных

ГПС

Операционная система

АСУ
цехов

АСУ

складов

Автоматизированное про
изводство

1.4. Виды обеспечений САПР

9

1.3. Принципы создания САПР

САПР входит в структуру предприятия и является его организацион
но-технической системой, которая выполняет проектирование на базе комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП). Связь подразделений предприятия с КСАП определяется организационным обеспечением.

При создании новой САПР независимо от ее концепции рекоменду
ется опираться на ряд основополагающих принципов:

Принцип системного единства, который обеспечивает системную 

связь проектирования элементов объекта и всего объекта в целом, т.е. реализует иерархический подход в проектировании. Соблюдение этого принципа даёт максимальный эффект при использовании САПР за счет исключения ручного ввода информации при переходе от одного этапа проектирования к другому.

Принцип совместимости и развития ориентирует разработчиков 

САПР на создание открытой, развивающейся системы, в которой возможна 
модернизация подсистем и компонентов. Соблюдение этого принципа экономит трудовые ресурсы за счет преемственности и развития САПР, т.е. 
пополнения и обновления её составных частей.

Принцип стандартизации позволяет реализовать унификацию, типи
зацию и стандартизацию элементов САПР, которые инвариантны к объектам проектирования и отраслевой ориентации. При этом типизацию проходят элементы с перспективой многократного применения, которые периодически модифицируются. Разработка САПР с учетом типизации предполагает создание базового варианта КСАП с последующей его модификацией.

Принцип автономности подсистем означает ввод в действие каждой 

подсистемы независимо от других подсистем.

Соблюдение рассмотренных принципов в целом обеспечивает высо
кую эффективность создаваемой САПР. 

1.4. Виды обеспечений САПР

САПР объединяет несколько видов обеспечений процесса проекти
рования, среди которых базовыми являются следующие: