Типові маршрути і процедури проектування

ТИПОВІ МАРШРУТИ І ПРОЦЕДУРИ ПРОЕКТУВАННЯ

(реферат)

План

• 1. Загальні вимоги до комплексів засобів для САПР
• 2. Вимоги до програмно-методичного комплексу ПМК
• 3. Вимоги до програмно-технічного комплексу ПТК
• 4. Компоненти видів забезпечення САПР і вимоги до них
• 5. Процедури синтезу й аналізу
• 6. Принципи побудови маршрутів проектування
• 7. Підходи до верифікації
• 8. Типові проектні процедури

1. Загальні вимоги до комплексів засобів для САПР

Загальнотехнічні вимоги до комплексів засобів, що відносяться до продукції виробничо-технічного призначення, встановлює ГОСТ 23501.201−85, вимоги до компонентів видів забезпечення САПР - ГОСТ 23501.101−87.

Комплекси засобів для САПР повинні створюватися на базі компонентів технічного забезпечення, що серійно випускаються із застосуванням стандартних програмно-апаратних інтерфейсів. При необхідності в технічно обґрунтованих випадках можуть бути розроблені комплекси, призначені для виконання конкретних процедур, на базі спеціальних компонентів технічного забезпечення (спеціальні комплекси засобів).

Комплекси засобів для САПР повинні забезпечувати:

автоматизацію проектування виробів, технологічних процесів, об'єктів будівництва і організаційних систем;

заданий науково-технічний рівень проектних рішень;

документування результатів проектування (проміжних та кінцевих) з необхідною повнотою і в передбачених формах;

простоту і зручність роботи користувача як в пакетному, так і в діалоговому режимах з можливістю переходу з одного режиму в інший на будь-якому етапі проектування.

Комплекси засобів для САПР повинні володіти наступними властивостями:

високою якістю функціонування;

можливістю до розвитку, який забезпечує розширення можливостей комплексу при ускладненні задач, які вирішуються;

адаптація, що забезпечує застосування комплексу широким колом користувачів;

захищеністю, що забезпечує незалежність функціонування комплексу від зовнішніх впливів;

повнотою документування.

Стадії розробки, склад робіт по стадіям, комплектність документації на компоненти і комплекси засобів для САПР повинні відповідати ГОСТ 23501.119-83.

Вимоги технічної естетики, ергономіки, безпеки при експлуатації, а також по складу експлуатаційних характеристик повинні вказуватися в ТЗ на розробку конкретних комплексів засобів.

Комплекси засобів для САПР повинні бути забезпеченні централізованим технічним обслуговуванням.

2. Вимоги до програмно-методичного комплексу ПМК

Загальносистемні ПМК призначені для забезпечення працездатності САПР на системному рівні і виконання уніфікованих обслуговуючих процедур. В сполученні з операційною системою вони являються операційним середовищем, в якому функціонують базові комплекси засобів.

Загальносистемні ПМК повинні бути інваріантні до об'єктів проектування і захищенні від користувачів САПР. Їх функціонування повинне забезпечуватися спеціальними підрозділами (спеціалістами) в складі служби САПР.

Базові ПМК призначені для проектування об'єктів визначеного класу, виду (деталей загально машинобудівельного застосування, друкованих плат, великих інтегральних схем, монтажних одиниць і виробів в цілому та ін) або виконання уніфікованих проектних процедур (вибір фізичного принципу дій, проектування маршруту обробки деталей та ін).

Базові ПМК поділяються на: проблемно-орієнтовані; об'єктно-орієнтовані.

Проблемно-орієнтовані базові ПМК призначені для виконання уніфікованих проектних процедур, об'єктно-орієнтовані — для проектування об'єктів визначеного класу (виду).

ПМК всіх видів повинні мати:

модульну структуру побудови, яка забезпечує адаптацію і зручність модернізації ПМК;

гнучку організацію, яка забезпечує ефективність використання ПМК різними користувачами і при рішенні задач;

засобами, які забезпечують зручність освоєння і супроводження, а також повноту діагностичних повідомлень.

3. Вимоги до програмно-технічного комплексу ПТК

Центральний обчислювальний комплекс (ЦОК) представляє собою ПТК, призначений для об'єднання дій сукупності АРМ в єдиний процес проектування, збереження і представлення загальносистемної інформації, а також для доповнення обчислювальних потужностей окремих АРМ.

ЦОК в залежності від складності об'єкта проектування створюють на базі серійно випускаючих ЕВМ, а також багатопроцесорних обчислювальних комплексів. Можливе підключення ЦОК до територіально розподілених обчислювальних мереж.

В ЦОК повинні бути передбачені засоби міжмашинного зв’язку і засобів зв’язку з АРМ, які віддалені на відстань до 10 км. Вони повинні мати розвинуту систему зовнішніх запам’ятовуючих пристроїв; технічні і програмні засоби спряження з АРМ і об'єднання їх в локальну мережу і бути укомплектовані загальносистемними ПМК.

АРМ представляє собою ПТК, призначений для виконання наступних функцій: оперативного вводу, виводу, відображення, редагування і перетворення текстової і (або) графічної інформації; настройки, виконання і контролю програм користувачів в діалоговому режимі; формування архіву проектних рішень і бібліотеки стандартних елементів і процедур (меню); здійснення взаємодії з іншими АРМ і при необхідності з ЦОК; доповнення проектних процедур.

АРМ в залежності від виду вхідних в них програмно-методичних комплексів поділяються на проблемно-орієнтовані, об'єктно-орієнтовані. Вони повинні функціонувати як в автономному режимі, так і сумісно з ЦОК.

В залежності від виду і працездатності процесорів, що використовуються розрізняють АРМ високої, середньої і малої працездатності.

АРМ високої і середньої працездатності повинні забезпечувати мультипрограмний і багатокористувацькі режими праці. Компоненти технічного забезпечення АРМ повинні включати в себе необхідні засоби спряження їх з іншими компонентами АРМ.

При розробці АРМ повинні враховуватися умови його експлуатації (лабораторія, конструкторське бюро, виробництво) і вказуватися в експлуатаційних документах і технічному завданні на розробку АРМ.

4. Компоненти видів забезпечення САПР і вимоги до них

Компоненти програмного забезпечення, які об'єднані в ПМК, повинні мати ієрархічну організацію, в якій на нижньому рівні розміщуються монітор управління компонентами нижніх рівнів програмних модулів.

Програмний модуль повинен регламентувати функціонально закінчене перетворення інформації; бути написаний на одній з стандартних мов програмування; задовольняти угодам про представлення даних, прийнятим в даній САПР; бути оформленими у відповідності з вимогами ЕСКД.

Монітор призначений: для управління функціонованим набором програмних модулів ПМК, включаючи контроль послідовності і правильності виконання; для реалізації спілкування користувача з ПМК і програмних модулів з відповідними базами даних (БД); для збору статистичної інформації.

Основною формою реалізації компонентів інформаційного забезпечення являються БД в розподіленій або централізованій формі, організація даних в яких забезпечує їх оптимальне використання в конкретних застосуваннях.

Сукупність БД САПР повинна задовольняти принципу інформаційної єдності, тобто використовувати терміни, символи, класифікатори, умовні позначення, способи представлення даних, які прийняті в САПР об'єктів конкретних видів.

Незалежно від логічної організації даних БД повинні забезпечувати:

інформаційну сукупність проектуючих і обслуговуючих підсистем САПР;

незалежність даних на логічному і фізичному рівнях, в том числі інваріантність до програмного забезпечення;

можливість одночасного використання даних з різних БД і різними користувачами;

можливість інтеграції неоднорідних БД для сумісного їх використання різними підсистемами САПР;

можливість нарощування БД;

контролюючу надмірність даних.

Створення, підтримка і використання БД, а також взаємозв'язок між інформацією в БД і обробляючими програмними модулями здійснюється системою управління базами даних, які є загальносистемними ПМК, тобто частиною одної з обслуговуючих підсистем.

До компонентів методичного забезпечення відносять: затверджену документацію інструктивно-методичного характеру, яка встановлює технологію автоматизованого проектування; правила експлуатації КЗАП, ПТК і ПМК; нормативи, стандарти та інші документи, що регламентують процес і об'єкт проектування.

Компоненти методичного забезпечення повинні розміщатися на машинних носіях інформації, що дозволяють здійснювати як довгострокове збереження документів, так і їх оперативний вивід в форматах, що установленні відповідними стандартами.

До компонентів математичного забезпечення відносять методи математичного моделювання об'єктів і процесів проектування, математичні моделі об'єктів і процесів проектування, алгоритми рішення задач в процесі проектування.

Взаємозв'язки між компонентами математичного забезпечення повинні забезпечувати формалізацію процесу проектування і його цілісність.

До компонентів лінгвістичного забезпечення відносять мови проектування (МП), інформаційно-пошукові (ІПМ) і допоміжні мови, що використовуються в обслуговуючих підсистемах, і для зв’язку з ними проектуючих підсистем.

Компоненти лінгвістичного забезпечення повинні бути узгодженими з компонентами забезпечення інших видів, бути відносно інваріантними до конкретного вмісту баз даних, надавати в компактній формі засоби для опису всіх об'єктів і процесів заданого для системи класу з необхідним степенем деталізації і без суттєвих обмежень на об'єкт опису, бути розрахований в основному на діалоговий режим їх використання.

Мови проектування повинні базуватися на термінах, прийнятих в конкретній системі, забезпечувати опис, управління і контроль процесу проектування, бути орієнтованими на користувачів з різним рівнем професіональної підготовки (в тому числі не маючих спеціальної підготовки в області програмування), забезпечувати однозначне представлення інформації, стандартний опис однотипних елементів і високу надійність ідентифікації опису.

5. Процедури синтезу й аналізу

Маршрутом проектування називається послідовність проектних процедур, що веде до одержання необхідних проектних рішень. Приклад типового маршруту проектування: розрізування принципової схеми пристрою на частини, розміщення мікросхем на платі, розшарування між з'єднань, трасування, оформлення конструкторської документації і керуючої інформації для програмно-керованого технологічного устаткування.

Проектні процедури поділяються на процедури синтезу й аналізу.

Процедури синтезу полягають у створенні описів проектованих об'єктів. У таких описах відображаються структура і параметри об'єкта і відповідно існують процедури структурного і параметричного синтезу. Під структурою об'єкта розуміють склад його елементів і способи зв’язку елементів один з одним. Параметр об'єкта — величина, що характеризує деяку властивість об'єкта чи режим його функціонування. Прикладами процедур структурного синтезу служать синтез логічної схеми (структура якої виражається переліком вхідних до неї логічних елементів і з'єднань) чи синтез алгоритму (його структура визначається складом і послідовністю операторів). Процедура параметричного синтезу полягає в розрахунку значень параметрів елементів при заданій структурі об'єкта, наприклад геометричних розмірів інтегральних компонентів при заданому ескізі топології чи мікросхеми номіналів пасивних елементів у заданій принциповій електричній схемі.

Структурування об'єкта іноді може викликати ускладнення. Це відноситься, наприклад, до проектування інтегральних схем на компонентному рівні. Однак і тут можна умовно виділити ділянки напівпровідникового кристала і розглядати їх як елементи структури.

Процедури аналізу полягають у дослідженні проектованого об'єкта чи його опису, спрямованому на одержання корисної інформації про властивості об'єкта. Ціль аналізу — перевірка працездатності об'єкта. Часто задача аналізу формулюється як задача установлення відповідності двох різних описів того самого об'єкта. При цьому один з описів вважається первинним і його коректністю передбачається встановленою. Інший опис відноситься до більш докладного рівня чи ієрархії до іншого аспекту, і його правильність потрібно установити зіставленням з первинним описом. Таке зіставлення називається верифікацією.

6. Принципи побудови маршрутів проектування

Основні принципи побудови маршрутів проектування: розділення складної задачі синтезу повного комплекту конструкторсько-технологічної документації на більш прості задачі синтезу проміжних проектних рішень; чергування процедур синтезу і верифікації; ітераційність проектування; посилення старанності аналізу (багато варіантність, ускладнення моделей) у міру наближення до остаточного проектного рішення.

Розчленовування складної задачі синтезу на ряд простих виконується відповідно до розглянутих положень блочноієрархічного підходу до проектування. Розчленовування дозволяє розподілити роботу між відповідними підрозділами проектного підприємства, організувати паралельно-послідовне виконання проектних процедур колективом розроблювачів.

Чергування процедур синтезу і верифікації обумовлене тим, що для більшості задач структурного синтезу відсутні методи, що забезпечують безпомилкове одержання проектних рішень, що задовольняють вимогам ТЗ. Це зв’язано з труднощями формалізації задач синтезу, тому основні рішення приймає людина на основі евристичних прийомів. При цьому неможливо врахувати все різноманіття якісних і кількісних вимог і уникнути помилок. Тому результати запропонованих при синтезі проектних рішень контролюються виконанням верифікації.

Ітераційність проектування обумовлена двома факторами. По-перше, вона випливає з особливостей блочно-ієрархічного підходу. Дійсно, при спадному проектуванні на n-м ієрархічному рівні можна лише приблизно судити про властивості не спроектованих елементів, що будуть розроблятися на наступному (n+1) — м рівні. При висхідному проектуванні невизначеність зв’язана з вимогами ТЗ, коректність яких може бути встановлена тільки при виконанні процедур самого верхнього ієрархічного рівня. Тому помилковість чи не оптимальність рішень, отриманих на попередніх етапах, виявляється в наступному, що вимагає повернення до попередніх етапів для перепроектування. По-друге, ітераційність зв’язана з чергуванням синтезу і верифікації, що представляє собою послідовне наближення до прийнятного проектного рішення. Очевидно, що на перших ітераціях синтезовані варіанти гірше з погляду виконання ТЗ, чим наступні. Тому на перших ітераціях за допомогою досить наближених моделей отримані варіанти оцінюються швидко і просто. Чим ближче черговий варіант до остаточного рішення, тим більше точне і всебічне дослідження потрібно для його оцінки. Отже, у процедурах верифікації потрібно використовувати не одну модель об'єкта, а ієрархічний ряд моделей, що розрізняються складністю і точністю.

Посилення старанності аналізу в міру наближення до остаточного рішення виражається також у тому, що перевірка виробляється по все більшому числу показників, що обмовляються в ТЗ, найчастіше з урахуванням статистичного характеру параметрів і нестабільності зовнішніх умов.

7. Підходи до верифікації

Існують два підходи до верифікації проектних процедур: аналітичний і чисельний.

Аналітичний підхід заснований на використанні формальних методів доказу відповідності двох порівнюваних описів. Для реалізації аналітичного підходу необхідно в рамках деякої формальної системи установити мову представлення проектних рішень і правила перетворення пропозицій і конструкцій цієї мови, потрібно розробити алгоритми цілеспрямованого застосування правил для приведення порівнюваних варіантів до виду, по якому можна зробити висновок про наявність чи відсутність відповідності цих варіантів. В даний час клас об'єктів, для яких удається реалізувати аналітичний підхід обмежений.

Чисельний підхід заснований на математичному моделюванні процесів функціонування проектованих об'єктів. Моделювання — це дослідження об'єкта шляхом створення його моделі й оперування нею з метою одержання корисної інформації про об'єкт. При математичному моделюванні досліджується математична модель (ММ) об'єкта.

Математичною моделлю технічного об'єкта називається сукупність математичних об'єктів (чисел, скалярних перемінних, векторів, матриць, графів і т.п.) і єднальних їхніх відносин, що відбиває властивості моделюючого технічного об'єкта, що цікавлять інженера-проектувальника. Математична модель, що відбиває поводження моделюючого об'єкта при заданих зовнішніх впливах, що змінюються в часі, називається імітаційною.

При конструюванні необхідно визначити насамперед геометричні і топологічні властивості об'єктів: форму деталей і їхнє взаємне розташування в конструкції. Ці властивості відображаються за допомогою структурних математичних моделей, що можуть бути виражені рівняннями поверхонь і ліній, системами нерівностей, графами, матрицями інциденцій і т.п.

При функціональному проектуванні моделюють стан чи процеси — послідовності змінюючих друг друга станів об'єкта. Таке моделювання здійснюється за допомогою функціональних математичних моделей. Типова форма функціональних ММ — система рівнянь, що виражає взаємозв'язок між фазовими (характеризують стан об'єкта), зовнішніми (характеризують стан зовнішньої стосовно об'єкта середовища) і незалежними перемінними, якими можуть бути час t і просторові координати. Рішенням системи рівнянь є залежності елементів вектора фазових перемінних, що представляються у виді сукупності графіків чи у табличній формі.

8. Типові проектні процедури

Рис. 1.2 Класифікація проектних процедур

На рис. 1.2 представлена одна з можливих класифікацій проектних процедур.

Процедури структурного синтезу по характеру проектованого об'єкта поділяються на синтез схем (принципових, функціональних, структурних, кінематичних і ін), конструкцій (визначення геометричних форм, взаємного розташування деталей), процесів (технологічних, обчислювальних і ін), документації (креслень, пояснювальних записок, відомостей і ін). Основні процедури параметричного синтезу — оптимізація номінальних значень параметрів елементів і їхніх допусків. Важлива задача призначення технічних вимог на параметри об'єкта, розв’язувана при зовнішньому проектуванні, віднесена до задачі оптимізації допусків. Ідентифікація моделей полягає в розрахунку параметрів, які використовуються у ММ. Для процедур оптимізації, як правило, потрібно виконання великого обсягу обчислень за допомогою складних програмних комплексів. В окремих випадках задовільні результати параметричного синтезу виходять на основі спрощених методик, подібних до розрахункових методик неавтоматизованого проектування.

Детермінована верифікація може бути спрямована на виявлення відповідності структур об'єктів, заданих двома різними описами (структурна верифікація), чи значень вихідних параметрів (параметрична верифікація). Параметрична верифікація може виконуватися по повній сукупності параметрів чи по їхній частині, в останньому випадку розрізняють верифікацію статичну, динамічну, у частотній області. Статистичний аналіз призначений для одержання статистичних зведень про вихідні параметри при заданих законах розподілу параметрів елементів. Результати статистичного аналізу можна представляти гістограмами, оцінками числових характеристик розподілів вихідних параметрів. Аналіз чутливості полягає в розрахунку коефіцієнтів чутливості вихідних параметрів y_j змінам параметрів елементів (чи зовнішніх параметрів) x_i.

Розрізняють абсолютний і відносний коефіцієнти чутливості:

де та — номінальні значення параметрів і відповідно.

Задачі, у яких дослідження властивостей об'єкта зводиться до однократного рішення рівнянь моделі при фіксованих значеннях внутрішніх і зовнішніх параметрів, називаються задачами одноваріантного аналізу. Задачі, що вимагають багаторазового рішення рівнянь моделі при різних значеннях внутрішніх і зовнішніх параметрів, називаються задачами різноманітного аналізу.