В состав специального программного обеспечения САПР включаются прикладные программы или пакеты прикладных программ (ППП), ориентированные на решение конкретных задач; сервисные программы, выполняющие в рамках САПР сервисные функции и обеспечивающие использование полученных результатов.
Таким образом, специальное ПО САПР направлено на решение определенного круга проектных задач. Именно это ПО является в первую очередь предметом разработки системы.
От характеристик и особенностей его определяющим образом зависят функциональные возможности САПР.
Специальное ПО не может функционировать без общесистемного ПО, поэтому его можно рассматривать как узкоспециализированное продолжение общесистемного обеспечения ЭВМ и САПР.
Любая САПР может иметь различные принципы организации от простейшей — в виде пакета типа библиотеки прикладных программ, до сложной структуры САПР, использующей общесистемные программные средства управления базами данных, проблемно-ориентированные языки и т. д.
В любом случае создание и использование ПО САПР требует соблюдение определенных основополагающих принципов, главные из которых рассмотрены выше. Уже отмечалось, что одним из главных принципов является принцип модульности системы.
Модуль специального ПО САПР можно рассматривать как совокупность определенных программных и операционных компонентов, которыми являются (при иерархическом разложении, начиная снизу):
операция ЭВМ;
макрооперация, представляющая типовую совокупность нескольких операций;
стандартная программа;
подпрограмма решения функциональной подзадачи;
функциональная программа;
набор функциональных программ.
Преимущества модульного построения системы рассмотрены выше. Однако следует отметить, что при модульном построении комплекса программ длительность их исполнения возрастает на 10—15%.
Каждый программный модуль должен иметь свой паспорт, содержащий имя и параметры модуля, список подпрограмм, которые используют данный модуль при своей работе. Паспорт обеспечивает пользователю быстрое понимание назначения и структуры модуля без рассмотрения текста его программы. Кроме того» паспорт должен обеспечивать автоматическую выборку модулей для решения конкретной задачи.
Специальное ПО, как правило, создается на едином процедурно-ориентированном языке, так как в рамках одноязыковой системы наиболее просто может быть обеспечена программная совместимость различных частей ПО. Наиболее полно удовлетворяет требованиям создания ПО САПР алгоритмический язык ФОРТРАН. В качестве дополняющего языка для реализации специальных системных функций целесообразно использовать АССЕМБЛЕР.
Для расчета и проектирования силовых трансформаторов в настоящее время разработано уже достаточное количество программных комплексов и пакетов прикладных программ, которые с более или менее значительными модификациями могут использоваться в составе САПР. Примерами таких комплексов являются: программы расчета электрических полей в трансформаторах [45, 46], программы механических расчетов конструктивных элементов трансформаторов [47, 48] и др. Примером организации пакетов программ в единый программный комплекс является система автоматизированного проектирования трансформаторов общего назначения САПР-ТОН, разработанная во Всесоюзном институте трансформаторостроения [6, 85].
Программное обеспечение САПР-ТОН представлено в форме проблемно-ориентированного пакета прикладных программ, работающего под управлением базовой операционной системы. ПП САПР-ТОН состоит из ведущей программы, лингвистического процессора, прикладных программ и обслуживающих программ. В памяти ЭВМ постоянно находится одна основная часть ведущей программы — корневой сегмент (монитор). Все другие программы загружаются в память и выполняются последовательно по мере необходимости.
На рис. 3.13 показана структура программного обеспечения САПР-ТОН. Ведущая программа ПП состоит из монитора системы и администратора и предназначена для управления общим ходом работы. Корневой сегмент ведущей программы — монитор формирует данные, необходимые базовой операционной системе для вызова той или иной части пакета и передачи ей управления. Администратор САПР проверяет пароль пользователя и вырабатывает сообщение системе о допуске к работе с теми или иными программами. Например, пользователю-проектировщику разрешается заносить данные только в определенные файлы, управление которыми осуществляется соответствующими программами. Программами организации базы данных может пользоваться только служба сопровождения системы. Эти программы также входят в состав администратора САПР-ТОН. Остальные программы администратора определяют порядок работы прикладных и обслуживающих программ. Информация пользователя сначала обрабатывается программой «Анализатор», которая выявляет наличие в базе данных программ, справочных или определенных ранее данных, необходимых для работы. После этого формируется пакет заданий, который через монитор передается базовой ОС для вызова обслуживающих или прикладных программ пакета.
Вторым компонентом ПО САПР-ТОН является лингвистический процессор, предназначенный для обработки сообщений, написанных на внешних языках системы. Он состоит из предпроцессора, осуществляющего синтаксический и семантический контроль входной информации; транслятора с внешних языков системы; программ диагностики, осуществляющих логический контроль входной информации и выдачу сообщений об ошибках; программ управления файлом лингвистического процессора, обеспечивающих ввод—вывод сообщений САПР и запросов пользователя, сопоставление базовой и входной информации.
Рис. 3.13. Структурная схема программного обеспечения САПР-ТОН
САПР-ТОН состоит из комплексов программ и отдельных модулей, предназначенных для выполнения процедур расчетного и конструкторского проектирования, т. е. отдельные комплексы пакета сами могут являться самостоятельными ПП.
В САПР-ТОН комплексы программ электромагнитного, теплового, механического расчетов, расчета электрических воздействий и прочности изоляции являются пакетами взаимосвязанных программ простой структуры с управляющими программами; программы остальных пакетов могут вызываться независимо друг от друга.Управляющие программы ПП работают по-разному в зависимости от значений управляющих параметров, заданных пользователем. Управляющие параметры определяют тип применяемой математической модели, форму входной и выходной информации, признак режима работы (режим диалогового проектирования, режим автоматического проектирования, режим тестирования). Настройку управляющих параметров и организацию оптимизационного процесса осуществляют обслуживающие программы, которые работают под управлением администратора САПР.
При создании специального программного обеспечения САПР большое значение в последнее время приобретают комплексные технологии проектирования, программирования, отладки и сопровождения программ. Они заметно отличаются от так называемого традиционного программирования, базирующегося исключительно на использовании свойств и особенностей соответствующего языка программирования, но тем не менее используют модульный принцип построения программных систем. Каждая технология ограничивает поле деятельности программиста, дисциплинируя его усилия в направлении создания наиболее эффективной и надежной программы.
Наибольшее распространение в СССР получили Р-технология разработки программ [107] и инструментальная система программирования ПРИЗ [108].
P-технология предполагает использование ЭВМ для достижения целей различных технологических этапов: декомпозиции исходной программы, ее кодирования, отладки и разработки документации.
Применение P-технологии обеспечивает высокую системность работ и практически неограниченные возможности распараллеливания программ. В результате производительность труда программистов при разработке программ повышается в 2—2,5 раза. Наиболее перспективно использование P-технологии для обработки символьной информации и для сборки программного продукта из имеющихся программных модулей, различающихся по уровню и языку программирования. К этому классу относятся задачи построения трансляторов, макрогенераторов, информационно-поисковых систем и т. д.
Применение системы программирования ПРИЗ при разработке крупных комплексов прикладных программ повышает производительность труда программиста в 1,5—2 раза.
В состав системы входят транслятор и генератор; последний, в свой очередь, состоит из планировщика и компилятора. Поступающий на вход системы текст задачи, написанный на проблемно-ориентированном языке, переводится на внутренний язык транслятором. В результате формируется модель задачи и управляющая программа. Модель задачи есть семантическая модель входного текста. Она составляется из вычислительных моделей, взятых из архива системы. Управляющая программа содержит описание этапов решения задачи.
Планировщик составляет точный алгоритм решения задачи в случае, если она разрешима. Компилятор по управляющей программе и алгоритмам решения отдельных подзадач готовит рабочую программу на языке загрузки.
Широкое использование системы программирования ПРИЗ для решения самых разнообразных задач подтверждает ее высокую эффективность.
