Системное автоматизированное проектирование

Радиотехники,

Электроники и Автоматики

Московский Государственный Институт(Технический Университет)

С.А.Шишов

Лекции по дисциплине:

“Системное автоматизированное проектирование”

1996

ЛЕКЦИЯ (1

Тема: "Системы автоматизированного проектирования и процесс

разработки радиоэлектронной аппаратуры"

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:

1. Ознакомить с основными понятиями системного автоматизированного проектирования. Определить место систем автоматизированного проектирования в процессе проектирования.

2. Изучить структуру системы автоматизированного обеспечения.

Время: 2 часа

Литература: Бутаков Е.А. и др. Обработка изображений на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1987, стр. 119-124.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ

Предварительно остановимся на рассмотрении ряда понятий.

СИСТЕМА - целостное образование, состоящее из взаимосвязанных
(взаимодействующих) компонент, (элементов, частей) и обладающее свойствами, не сводимыми к свойствам этих компонент и не выводимыми из них.

В приведенном определении зафиксировано основное свойство системы - ее целостность, единство, достигаемое через посредство определенных взаимосвязей (взаимодействий) элементов системы и проявляющееся в возникновении новых свойств, которыми элементы системы не обладают. Данное определение включает наиболее характерные особенности концепции системы.

Вместе с тем необходимо представлять, что реальные системы существуют в пространстве и во времени и следовательно, взаимодействуют с окружающей их средой и характеризуются теми или иными переменными во времени величинами.

Важным шагом на пути от вербального к формальному определению системы является определение понятия модели системы.

МОДЕЛЬ - (некоторой исходной системы) система, в которой отражаются по определенным законам те или иные стороны исходной системы.

Среди различных способов моделирования важнейшее место занимает моделирование с помощью средств математики - математическое моделирование.

Формальное определение системы по существу сводится к определению соответствующей математической модели.

В основу построения математических моделей систем может быть положено следующее определение системы:

СИСТЕМА - определяется заданием некоторой совокупности базисных множеств (элементов, компонент системы), связанных между собой рядом отношений, удовлетворяющих тем или иным правилам (аксиомам) сочетания как элементов множеств , так и самих отношений.

Последнее определение содержит необходимую основу для формализации. В простейших случаях это определение описывает систему как одно или несколько взаимосвязанных отношений, заданных на одном или нескольких множествах. В то же время данное определение допускает возможность нескольких вариантов таких представлений для одной и той же системы, а также использование их композиции. Последнее имеет место в случае необходимости многоаспектного моделирования системы.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ - комплекс работ по исследованию, расчетам и конструированию нового изделия или нового процесса.

В основе проектирования - первичное описание - техническое задание.

Проектирование называют АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ, если осуществляется преобразование первичного описания при взаимодействии человека с ЭВМ, и автоматическим, если все преобразования выполняются без вмешательства человека только с использованием ЭВМ.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ - организационно-техническая система, представляющая собой подразделения проектной организации и комплекс средств автоматизированного проектирования.

Автоматизация приводит к существенному изменению методов проектирования.

Вместе с тем, сохраняются многие положения и принципы традиционного проектирования, такие как:
- необходимость блочно-иерархического подхода,
- деление процесса проектирования на этапы,
- деление на уровни представления об объектах.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАЗРАБОТЧИКОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование изделий радиоэлектронной аппаратуры представляет собой многоэтапный процесс (итеративный). В ходе проектирования последовательно уточняется и детализируется описание будущего изделия. Этот процесс предполагает наличие многих уровней описания. На рис.1 изображен процесс проектирования в виде совокупности основных этапов и переходов между ними, показаны основные виды документации , получаемые при выполнении этапов.

Например, эскизный проект является результатом эскизного проектирования.
С другой стороны, эскизный проект служит исходным документом для технического проектирования.
Переходы от одних этапов проектирования к другим в направлении сверху вниз естественны и соответствуют нормальному ходу. Переходы в противоположных направлениях возникают, когда на последующих стадиях проектирования выявляется невозможность практической реализации решений, принятых на предшествующих этапах. Это заставляет проектировщиков пересматривать ранее принятые решения. Иногда ошибки проявляются на этапах изготовления серийной продукции или даже в ходе эксплуатации.

Этапы Документация

Рис.1. Этапы проектирования и выпускаемая документация

Последовательность прохождения этапов разработки изделия, цели и задачи, стоящие перед проектировщиками на отдельных этапах, состав проектной документации и требования к ней регламентированы соответствующими ГОСТами.

Кратко охарактеризуем основные этапы проектирования.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП.

Основная задача - изучение назначения изделия, условий эксплуатации и производств, на которых предполагается его изготовление. Цель этапа - разработка технического задания (ТЗ), в котором содержится информация о назначении , основных технических характеристиках, условиях эксплуатации, транспортировки и хранения.

ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

Основная задача - определение возможности разработки изделия в соответствии требованиям ТЗ. При этом определяют техническую основу изделия (физические элементы и детали), ориентировочную оценку состава и количества оборудования, разрабатывают структуру, определяют технические характеристики изделия и устройств, входящих в его состав.

При этом может выявиться невозможность построения изделия, отвечающего требованиям ТЗ. В этом случае требуется корректировка ТЗ с последующим его утверждением заказчиком, либо дальнейшая разработка прекращается.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Задачи :

- подробная разработка принципа работы изделия и всех его составных блоков;

- уточнение технических характеристик;

- разработка конструкции блоков, узлов и всего изделия;

- получение конструкторских характеристик;

- согласование взаимодействия всех составных частей изделия;

- разработка технологии их изготовления;

- определение технологии сборки и наладки, методики и программных испытаний.

В результате должно быть подготовлено производство опытного образца.

РАБОЧЕЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Основная задача - разработка технологической оснастки и оборудования для серийного выпуска изделия.

Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) не изменяет сути процесса проектирования. Тем не менее, характер деятельности разработчика с внедрением САПР существенно меняется, так как разработка изделия в автоматизированном варианте предполагает согласованное взаимодействие оператора и ЭВМ. Это обеспечивает существенное повышение производительности труда и повышение качества проекта.

В процессе автоматизированного проектирования на оператора возлагаются творческие функции. Как правило, это связано с выбором варианта решения, определения структуры, метода расчета и др. Эти функции трудно формализовать. Здесь опыт и талант конструктора, инженера определяют конечный результат.

ЭВМ поручают рутинную работу. Перечислим ее основные виды:

- хранение и накопление в машинном архиве сведений, необходимых разработчику;

- поиск и выдача информационных справок по запросам пользователя
(типовые решения, характеристики узлов, рекомендации по применению, сведения об уровне запасов комплектующих материалов и др.);

- обеспечение редактирования текстовой конструкторской документации, создаваемой инженером;

- автоматическое вычерчивание графической документации (чертежи деталей, схемы электрические и др.);

- решение некоторых частных, хорошо алгоритмизированных задач, которые характерны для автоматизированного проектирования определенного класса изделий. Примененительно к разработке радиоэлектронной аппаратуры хорошо алгоритмизированными задачами являются следующие:

- моделирование поведения того или иного узла по описанию его принципиальной электрической схемы при заданном входном воздействии,

- трассировка соединений на этапе конструирования платы печатного монтажа,

- расчет тепловых режимов узлов аппаратуры,

- построение последовательности обхода точек сверления платы и др.

..ПРОЦЕСС ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

уровней),

- выделения аспектов описания объекта проектирования.

Уровни абстрагирования И РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Рассмотрим несколько подвопросов.

1. Уровни абстрагирования и аспекты описаний проектируемых объектов.

Большинство видов электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры, а также большие и сверхбольшие интегральные схемы относятся к сложным системам.

Дадим определение сложной системы.
СЛОЖНАЯ СИСТЕМА - система, обладающая, по крайней мере, одним из перечисленных признаков: а) допускает разбиение на подсистемы, изучение каждой из которых, с учетом влияния других подсистем в рамках поставленной задачи, имеет содержательный характер; б) функционирует в условиях существенной неопределенности и воздействие среды на нее обусловливает случайный характер изменения ее параметров или структуры; в) осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.

Процесс их проектирования характеризуется высокой размерностью решаемых задач, наличием большого числа возможных вариантов, необходимостью учета разнообразных факторов.

В основе проектирования сложных систем блочно-иерархический подход.
Сущность блочно-иерархического состоит в уменьшении сложности решаемой проектной задачи. Это осуществляется за счет:

- выделения ряда уровней абстрагирования (иерархических различаются степенью детализации представлений об объекте.

Этапы нисходящего проектирования:

Компоненты объекта, рассматриваемые как элементы на некотором уровне с номером k, описываются как подсистемы на соседнем уровне с номером k+1.

Относительно аспектов описания объекта.

Аспекты могут быть:

- функциональные,

- конструкторские,

- технологические. а) Функциональные аспекты можно разделить на:

- системный,

- функционально- логический,

- схемотехнический,

- компонентный.

На системном уровне в качестве систем выделяют комплексы. Примерами комплексов могут быть ЭВМ, радиолокационная станция. В качестве элементов выделяют блоки (устройства) аппаратуры процессор, модем, передатчик.

На функционально-логическом уровне эти блоки рассматривают как системы, состоящие из элементов. Элементами являются функциональные узлы - счетчики, дешифраторы, отдельные триггеры, вентили, усилители, модуляторы и др.

На схемотехническом уровне функциональные узлы описываются как системы, состоящие из элементов радиоэлектронных схем - транзисторов, конденсаторов, резисторов и др.

На компонентном уровне рассматриваются процессы, которые имеют место в схемных компонентах. б) Конструкторскому аспекту присуща своя иерархия компонент. Она включает различные уровни описания рам, стоек, панелей, типовых элементов замены, дискретных компонент и микросхем, топологических фрагментов функциональных ячеек и отдельных компонент в кристаллах интегральных микросхем.

2. Операции, процедуры и этапы проектирования.

Процесс проектирования делится на этапы.

ЭТАП ПРОЕКТИРОВАНИЯ - условно выделенная часть процесса проектирования, состоящая из одной или нескольких проектных процедур. Обычно этап включает процедуры, которые связаны с получением описания в рамках одного аспекта и одного или нескольких уровней абстрагирования. Иногда в процессе проектирования выделяют ту или иную последовательность процедур под названием "маршрут проектирования".

Этапы, в свою очередь, делятся на процедуры и операции.

ПРОЦЕДУРА - формализованная совокупность действий, выполнение которых заканчивается проектным решением.

ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ - промежуточное или окончательное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончательного проектирования.

При проектировании возможны различные последовательности выполнения процедур и этапов.

Различают два способа проектирования (два типа маршрутов):

- восходящее проектирование,

- нисходящее проектирование.

Восходящее проектирование (снизу-вверх) имеет место, если проектируются типовые объекты, предназначенные для использования в качестве элементов во многих объектах на более высоких уровнях иерархии (например, серийные микросхемы, стандартные ячейки матричных больших интегральных схем).

Нисходящее проектирование охватывает те уровни, на которых проектируются объекты, ориентированные на использование в качестве элементов в одной конкретной системе.

Проектированию свойственен итерационный характер. При этом приближение к окончательному варианту осуществляется путем многократного выполнения одной и той же последовательности процедур с корректировкой исходных данных.
Итерации могут охватывать различные части проектирования, включающие как несколько операций, так и несколько этапов.

ПРИМЕР 1.

- системотехническое проектирование (анализ тактико-технических требований на проектируемый комплекс, определение основных принципов функционирования, разработка структурных схем);

- схемотехническое проектирование ( разработка функциональных и принципиальных схем);

- конструкторское проектирование ( выбор формы, компоновка и размещение конструктивов, трассировка межсоединений, изготовление конструкторской документации);

- технологическое проектирование ( разработка маршрутной и операционной технологии, определение технологической базы).

ПРИМЕР 2.

Этапы восходящего проектирования БИС:

- приборно-технологическое проектирование (выбор базовой технологии, выбор топологии компонентов, расчет диффузионного профиля);

- схемотехническое проектирование ( синтез принципиальной электрической схемы, оптимизация параметров элементов, статистический анализ применительно к типовым ячейкам БИС);

- функционально-логическое проектирование (синтез комбинационных схем, реализация памяти, синтез контролирующих и диагностических тестов);

- конструкторско-топологическое проектирование (размещение элементов, трассировка меж- соединений, проверка соответствия топологической и электрической схем , расслоение, вычерчивание послойной технологии).

3. Классификация параметров проектируемых объектов.

В описаниях проектируемых объектов фигурируют переменные и их параметры.
Среди переменных выделяют:

- фазовые переменные - характеризуют физическое или информационное состояние объекта.

Параметры разделяют на ряд групп. К их числу можно отнести следующие:

- внешние параметры - характеризуют свойства внешней по отношению к исследуемому объекту Сравнение нескольких полиномиальных и экспоненциальных функций

Таблица 1 позволяет сравнить скорости роста нескольких типичных среды;

Полиномиальные алгоритмы и труднорешаемые задачи

Разные алгоритмы имеют разную временную сложность и выяснение того, какие алгоритмы достаточно эффективны и какие совершенно не эффективны будет всегда зависеть от конкретной ситуации. Для решения этой задачи предлагается следующий подход - вводятся понятия: полиномиальный алгоритм; экспоненциальный алгоритм.
Полиномиальный алгоритм (полиномиальной временной сложности) - это алгоритм, временная сложность которого определяется выражением (((((((, где
(((( - полиномиальная функция, ( - входная длина.
Алгоритм, временная сложность которого не поддается такой оценке называется экспоненциальным.

Таблица 1.

|Функция |Размерность, ( |
|временной| |
|сложности|10 |20 |30 |40 |50 |60 |
|( |10-5 с |2*10-5 с |3*10-5 с |4*10-5 с |5*10-5 с |6*10-5 с |
|(2 |10-4 с |4*10-4 с |9*10-4 с |16*10-4 с|25*10-4 с|36*10-4 с|
|(3 |10-3 с |8*10-3 с |27*10-3 с|64*10-3 с|125*10-3 |216*10-3 |
| | | | | |с |с |
|(5 |0,1 с |3,2 с |24,3 с |1,7 мин |5,2 мин |13,0 мин |
|2( |0,001 с |1 с |17,9 мин |12,7 дней|35,7 лет |366 |
| | | | | | |столетий |
|3( |0,059 с |58 мин |6,5 лет |3855 |2*108 |1,3* 1013|
| | | | |столетий |столетий |столетий |

Быстродействие ЭВМ 1000000 операций в секунду.

Таблица 2.
|Быстродействие ЭВМ |
|106 |108 |109 |
|(1 |100*(1 |1000*(1 |
|(2 |10*(2 |31,6*(2 |
|(3 |4,64*(3 |10*(3 |
|(4 |2,5*(4 |3,9*(4 |
|(5 |(5+6,64 |(5+9,97 |
|(6 |(6+4,19 |(6+6,29 |

((-задачи

Выделено 2 класса трудно решаемости:
1. Для отыскания решения требуется экспоненциальное время.
2. Искомое решение настолько велико, что не может быть представлено в виде выражение, длина которого ограничена некоторым полиномом. Эти задачи в курсе рассматриваться не будут.

Первые результаты о трудно решаемых задачах были получены
Тьюрингом. Он доказал, что некоторые задачи “неразрешимы” в том смысле, что вообще не существует алгоритма их решения. Некоторые задачи по теории автоматов, теории формальных языков и математической логики являются трудно решаемыми.

((-полная задача - это задача, к которой сводится за полиномиальной время любая задача из класса ((-задач. Фундаментальные исследования и теорию ((-задач разработал С.Кук в 1971 году. Им определено понятие сводимости за полиномиальное время. Если одна задача сводится за полиномиальное время к другой, то любой полиномиальный алгоритм - решение другой задачи может быть превращен в полиномиальный алгоритм первой задачи.

Выделен класс задач распознавания свойств, которые могут быть решены за полиномиальное время на недетерминированном вычислительном устройстве. Доказано, что любая задача из класса ((-задач может быть сведена к задаче выполнимой за полиномиальное время.

Существуют 6 основных классов ((-полных задач:

1. Задачи выполнимости.

2. Трехмерное сочетание.

3. Вершинное покрытие.

4. Поиск клики.

5. Гамильтонов цикл.

6. Разбиение.

- внутренние параметры - характеризуют свойства элементов ;

- выходные параметры - характеризуют свойства систем;

- ограничения выходных параметров.

ПРИМЕР 3.

Применительно к операционному усилителю: а) переменные

- фазовые переменные - напряжение и токи всех ветвей (рассматриваются как функции времени или частоты); б) параметры

- внешние параметры - напряжения источников питания, параметры входных сигналов и нагрузки, температура окружающей среды;

- внутренние параметры - номиналы резисторов, барьерные емкости и тепловые токи переходов в транзисторах, емкости конденсаторов;

- выходные параметры - коэффициент усиления на средних частотах, полоса пропускания, потребляемая мощность, динамический диапазон;

- ограничения - верхние границы допустимых значений коэффициентов усиления, полосы пропускания, динамического диапазона.

Применительно к вычислительной системе: а) переменные

- фазовые переменные - состояния отдельных устройств; б) параметры

- внешние параметры - параметры входных источников заявок;

- внутренние параметры - емкости запоминающих устройств, быстродействие процессоров, число каналов;

- выходные параметры - производительность системы, коэффициент загрузки оборудования, вероятность решения поступающих задач, средние длины очередей заявок на обслуживание;

- ограничения - нижние границы допустимых диапазонов значений производительности, коэффициентов загрузки оборудования, вероятности обслуживания заявок.

При блочно-иерархическом подходе внутренние параметры k -го уровня являются выходными параметры (k+1) -го уровня. При многоаспектном рассмотрении систем, включающих физически разнородные подсистемы, роль внешних переменных для данной подсистемы играют фазовые переменные других подсистем. Они влияют на рассматриваемую подсистему.

Внутренние параметры являются случайными величинами из-за разброса параметров комплектующих изделий, материалов и нестабильности условий изговления. Выходные параметры также имеют случайный характер следствие случайных значений внутренних параметров.

4. Классификация проектных процедур.

Классификация проектных процедур приведена в табл.1.

ТАБЛИЦА 1. ПРОЕКТНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ

В процедурах анализа оцениваются варианты построения объектов, а в процедурах синтеза - разрабатываются.

Одновариантный анализ заключается в определении вектора выходных параметров Y при заданных:

- структуре системы,

- значениях векторов параметров элементов X,

- значениях внешних параметров Q.

Структура системы задана, если заданы перечень типов элементов и способ их связи друг с другом в составе системы. По известной структуре и значениям X и Q могут быть созданы физическая или математическая модели и по результатам исследования модели оценены значения gпараметров вектора Y.

Приемлемость полученных значений выходных параметров из вектора Y определяется путем сопоставления их со значениями параметров из вектора T, указанных в техническом задании (ТЗ).
Требуемое по ТЗ соотношение между значениями параметров yi и ti , i=1,n называют условием работоспособности по параметру yi.

Условия работоспособности могут быть представлены в следующем виде: yi = t i, (2)

tнi yл ) .

На рис.12 приведена иллюстрация левого перекоса изображения.

Рис.12. Определение расстояния от точки на эскизе слоя топологии до горизонтальной линии координатной сетки

Определение номера горизонтальной линии координатной сетки, к которой должна быть привязана точка а с координатами хa и ya осуществляется по правилу близости этой точки к линии координатной сетки.

При небольшом перекосе изображения в качестве расстояния от точки а до линии координатной сетки можно взять длину вертикального отрезка аb, где b
- точка пересечения вертикального отрезка с линией координатной сетки.
Точка а привязывается к той линии координатной сетки, расcтояние до которой минимально.

Суть привязки состоит в замене ya на значение ординаты, соответствующей этой линии координатной сетки.

Подобным образом осуществляется привязка произвольной точки по оси абсцисс.

3) Выделение контактных площадок

Выделение площадок круглой формы основано на обнаружении коротких отрезков, входящих в состав креста. Крест соответствует изображению площадки. Обнаружение креста инициирует процесс изучения области его расположения. При этом отыскиваются изображения точек, которые несут информацию о типе контактной площадки.

4) Выделение произвольных конфигураций типа контуров

Нахождение произвольных конфигураций типа контуров является основой для решения задач корректировки положения узловой точки и выделения контактных площадок. При поиске осуществляется обход контура. Обнаружение контура осуществляется тогда, когда возвращаются к исходному отрезку.

Для идентификации обнаруженного контура необходимо знать, является он внутренним или внешним.

Если при просмотре внутреннего контура встречается штрих, характерный для границы области металлизации, то это является основанием для его идентификации.

Изучение внутренних контуров также служит основой для отыскания границ библиотечных групп.

При удалении элементарных отрезков, входящих в состав контактных площадок круглой формы, границ областей металлизации и границ библиотечных групп на изображении остаются только печатные проводники.

Обработка этой части информации сводится к обнаружению указателей типа проводников в разрывах трасс печатных проводников и увязки их области действия с отрезками.

5) Генерация завершающего файла

Представляет собой процесс формирования записей, которые несут информацию о найденных обьектах, с последующим их включением в файл.

ЛЕКЦИЯ (6

Тема: “Основные проектные процедуры в САПР”

ВВЕДЕНИЕ

Достаточно очевидным является вывод относительно экспертного сопрождения подсистемы моделирования объекта проектирования.

Рассмотрим множество операций, которые совершает коллектив проектантов над этой подсистемой.

На основе этого анализа представляется разумным установить, насколько поддается формализации инженерная деятельность в среде системы автоматизированного проектирования и существует ли возможность опираться на какие-то фундаментальные положения типа формула изобретения. Попутно целесообразно обобщить практический опыт в различных предметных областях и на разных иерархических уровнях проектирования и сформулировать требования к экспертному сопровождению процедур.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

, если структура синтезируемого объекта оговорена либо ТЗ, либо единственными условиями физической реализуемости (единственный физический принцип, обеспечивающий выполнение ТЗ) .
В результате решения задачи синтеза может возникнуть счетное

Нестрогая классификационная схема проектных процедур представлена на рис.1. На схеме показаны основные проектные процедуры, их выбор продиктован следующими соображениями.

Для большинства объектов низшим уровнем проектирования можно считать компонентный.

Понятно, что объект проектирования на этом уровне имеет структурное и параметрическое описания. Композиция отдельных компонент на схемотехническом уровне имеет также двойное описание. То же можно наблюдать на различных уровнях системы автоматизированного проектирования. Любая проектная процедура может быть классифицирована на структурную и параметрическую.

Техническое задание на объект проектирования - это всегда некорректно поставленная задача. Поэтому при технологии нисходящего проектирования, даже если возможно выполнение процедуры синтеза, проектных решений всегда может быть больше одного по структуре и значениям конструктивных параметров.

Уточнение ТЗ порождает необходимость выполнения процедуры анализа.
Заметим, что при восходящем проектировании процедура анализа той или иной гипотехнической структуры объекта проектирования становится едва ли не единственно возможной.

Если система автоматизированного проектирования построена по принципу генерации проектных решений, то процедура оптимизации является одной из основных. Даже в случае нисходящего проектирования в САПР, допускающего выполнение синтеза по ТЗ без генерации вариантов, уточнение значений конструктивных параметров осуществляется процедурами оптимизации.

Рис.1. Основные проектные процедуры в САПР

В процессе выполнения проектных процедур приходится всегда приводить в соответствие способ описания ТЗ, проектного решения (которое часто является ТЗ для более низкого уровня структуры проектирования) способу модельного представления объекта проектирования.

Преобразованию может быть подвергнуто либо ТЗ, либо собственно модельное представление.

Таким образом, процедура преобразования описаний как структуры так и параметров, является неотъемлемой частью любой САПР.

Многие проектные решения принимаются в среде САПР в формализованном виде, зачастую на метаязыке системы. Поэтому для преобразования описания проектного решения (а иногда и ТЗ) используют процедуру идентификации проектного решения (ТЗ).

Множество рассмотренных проектных процедур не является замкнутым по номенклатуре и детализации описания. Однако можно утверждать, что для рассматриваемых здесь предметных областей оно достаточно полно детализирует процесс проектирования.

Последнее утверждение основывается на том, что в указанных предметных областях существует в той или иной мере адекватное модельное представление объекта проектирования в виде некоторого оператора:

La : X ( Y ; a ( A, здесь X и Y описывают множество входных и выходных сигналов .

Данное соотношение устанавливает связь между фазовыми переменными над множеством {A} конструктивных параметров a.

Теоретико-множественный анализ этого оператора и его отображения для модельного представления объекта проектирования показал, что существует счетное множество его преобразований, а также операций над ним: декомпозиция и композиция (преобразование) синтез и анализ. Операции над множеством {A} связаны с поиском единственного ai , которое определяет La .

Возможно также либо определение Y при определенных La {} ,{A} и X, либо
La{} при заданных Y и X .

Поскольку Y и X зачастую инвариантны к классу объектов проектирования в данной САПР, неизбежно преобразование описаний (представлений) Y , X , {A}.
Формализм представления La {} требует решения задачи идентификации.

АНАЛИЗ ПРОЦЕДУР

1. Процедура анализа

Процедура анализа понимается как процесс представления выходных характеристик объекта проектирования при известных входных воздействиях или начальных условиях по какому-либо описанию объекта проектирования
(модельному представлению). Одновариантный анализ проводится с целью установления соответствия входных характеристик требованиям ТЗ.
Многовариантный анализ направлен на установление в явном, наглядном виде связи между входными данными, характеристиками и конструктивными параметрами.

2. Процедура синтеза

Решение задачи синтеза обеспечивает получение описания объекта проектирования по ТЗ на объект в виде структуры и совокупности значений конструктивных параметров. Параметрический синтез проводится конечное множество проектных решений. Если решение одно, синтезируемый объект будем называть "оптимальным по ТЗ". Оптимизация конструктивных параметров приводит к полному описанию объекта проектирования.

Оптимизация допусков проводится с целью установления совокупности значений каждого конструктивного параметра по заданному теоретически обоснованному критерию. Оптимизация технических требований обеспечивает назначение оптимальных (в смысле теоретически обоснованного критерия) требований к выходным характеристикам объекта проектирования.

3. Процедуры преобразования

Процедуры преобразования осуществляются над множеством лингвистических и математических переменных.

Их последовательность образует запись либо ТЗ, либо проектного решения, с целью: а) обеспечить представление ТЗ на метаязыке конкретной САПР, б) представить в форме, понятной проектанту, то или иное проектное решение, сформулированное на метаязыке системы, в) обеспечить совместимость проектных процедур

Вторая группа преобразования выделена в отдельную процедуру идентификации. Если преобразование осуществляется над неформальным описанием, то оно представимо на языке логики предикатов первого порядка.

Например, если для множества лексем, образующих определенную совокупность требований технического задания Ln, и множества критериев проектных решений Kp ввести предикат Q (Ln , Kp ), обозначающий факт однозначного соответствия L и K любой лексемы li из множества {L} одной и только одной формальной записи критерия Ki p ({K} , то соответствующая формула имеет вид:

(( lin ( Ln ) (( Kip ( Kp) ( Q(Ln, Kp).

Если преобразование не выполнимо за одну процедуру, но существуют две совместимые процедуры и результат преобразования не зависит от порядка их применения, то

(( lin ( Ln, ( Kip ( Kp) ( Q(Ln, Kp) Q (Ln-m , Kp).

Если в качестве терминов, входящих в формулу, используются математические переменные, то операция преобразования записывается математической формулой, которая реализуется алгоритмически.

Процедура преобразования, применяемая к тому или иному проектному решению, записанному в виде топологии объекта проектирования, может осуществляться либо объединением (композицией), либо декомпозицией. В свою очередь, композиция проектных решений имеет несколько модифицированных представлений и их множество счетно.

То же можно сказать относительно декомпозиции проектного решения. Здесь отметим, что процедура композиции характерна для восходящего проектирования, а декомпозиция - для нисходящего.

4. Процедура идентификации

Процедура идентификации осуществляется либо над множеством данных (из базы данных) когда ставится задача преобразования проектного решения, либо над множеством проектных решений, когда ставится задача занесения его в базу данных.

Указанные задачи, решаемые в соответствии с классифицируемыми процедурами, как отмечалось, сделаны относительно объектов. Они имеют описание в виде цепочек формульных зависимостей (модельных представлений, реализуемых алгоритмически) либо цепочек термов, лексем, лингвистических переменных). Поэтому можно предположить, что множество перечисленных процедур факторизуется по классификационному признаку, связанному со способом описания и реализации в среде САПР.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕДУР

Каждая из перечисленных процедур может быть отнесена к одному из трех типов процедур:

- формальная,

- формализуемая,

- эвристическая.

Дадим несколько определений.

а) Формальная процедура - совокупность действий, которая порождает проективное (или счетное множество проектных решений) без участия проектанта. В этом случае проектант только формулирует задачу: назначает входные данные и указывает критерий проектного решения. б) Формализуемая процедура - процедура, которая может лишь частично формально описываться в виде какого-либо алгоритма, иногда даже реализующего численный метод, но исходные данные для нее требуют преобразования, а условия ее протекания, критерии проектных решений требуют уточнения не при переходе от одного объекта проектирования к другому, но и процессе ее выполнения.

Проектант может влиять на условия протекания формализуемой и эвристической процедур, руководствуясь только лишь опытом, интуицией, здравым смыслом, причем как своим собственным, так и по выбору, и накопленным в данной САПР. в) Эвристическая процедура - процедура, которая не поддается никакому формальному описанию, не может быть описана никаким алгоритмом и при определенных условиях не обеспечивает принятия проектного решения.

Приведем примеры процедур.

а) Формальные процедуры:

- анализ чувствительности модели проектирования, применяемой в теории автоматического регулирования,

- синтез оптимального фильтра (решение задачи Винера-Хопфа), когда критерий сформулирован в ТЗ,

- поиск безусловного экстремума целевой функции, сформулированной для задачи непосредственно в ТЗ.

Перечисленные процедуры позволяют оперировать со строгими математическими моделями, являются реализацией конкретно поставленной задачи и инвари

Вернуться