Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра РЕЗ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Типова схема процесу автоматизованого проектування РЕЗ. Структура і класифікація проектних завдань »
МІНСЬК, 2008
Типова схема процесу автоматизованого проектування РЕЗ
Рис.1. Схема процесу автоматизованого проектування РЕЗ
Вихідним документом для початку проектування є технічне завдання (ТЗ). У ньому перераховані всі технічні вимоги, що пред'являються до створюваної апаратури. До складу основних вимог входять:
· Значення вихідних характеристик та їх допустимі розкид;
· Показники надійності: ймовірність безвідмовної роботи, час експлуатації, термін служби та ін;
· Умови експлуатації: вологість, тиск, температура і ін;
· Спеціальні впливу: вібрація, удари, акустичний шум, радіація та ін;
· Умови зберігання та транспортування.
На основі технічного завдання створюється проект (стрілка 1). Це евристичний начерк схеми і конструкції. На цьому етапі розробляються ескізи структурної та функціональної схем пристрою, проводиться попередня компонування і розміщення.
Далі розроблений проект досліджується і багаторазово уточнюється (стрілки 2 - 7), при цьому відбувається поступовий перехід від ескізного проекту до технічного.
На основі ескізів схем і конструкцій виробляється формалізація проекту (стрілка 2), результатом якої є фізичні моделі схеми і конструкції, складені в термінах відповідної наукового напрямку, наприклад електричні - в термінах електротехніки, механічні - в термінах механіки, теплові - в термінах теорії теплообміну . Формалізація проекту проводиться з позиції системного підходу і полягає в обліку тих чи інших факторів, що впливають на функціонування апаратури при побудові фізичних моделей.
На основі фізичних моделей отримують математичні моделі (стрілка 3), отримані з використанням математичних методів і законів відповідних наук. Вони є основою для розрахунку вихідних характеристик, проектованої апаратури, а також параметри і факторів за яким оцінюється фактичний стан схеми або конструкції.
У результаті розрахунку з використанням математичних моделей (стрілка 4) виходить інформаційна модель устрою, яка включає в себе розрахункові значення вихідних характеристик, вимоги технічного завдання, інформацію з технічних умов на елементи схеми і конструкції, розрахункові значення електричних, теплових і механічних режимів роботи елементів, показники, що визначають надійність і якість виробу, а також безліч внутрішніх параметрів схеми і конструкції, які можуть бути керованими. Під безліччю керованих параметрів розуміється перелік внутрішніх параметрів апаратури, які можна змінювати в процесі проектування, для поліпшення вихідних характеристик апаратури і режимів роботи її елементів.
Шляхом зіставлення вимог ТЗ з розрахунковими характеристиками, режимів роботи елементів з допустимими режимами, наведеними в технічних умовах (стрілка 5) виявляються ті характеристики і режими роботи елементів які необхідно змінити і на цій основі будується модель чутливості.
У результаті розрахунку моделі чутливості (стрілка 6) визначаються функції чутливості, що показують ступінь впливу керованих параметрів на вихідні характеристики і дозволяють остаточно сформулювати проектні завдання, які необхідно вирішити для доопрацювання проекту. Існує три групи проектних завдань:
1. Завдання синтезу, розрахунку та оптимізації структури і параметрів схеми і конструкції.
2. Завдання дослідження розкидів параметрів навколо номінальних значень.
3. Завдання забезпечення показників надійності і якості.
Рішення сформульованих проектних завдань (стрілка 7) дозволяє внести відповідні зміни в схему і конструкцію пректіруемой апаратури і уточнити проект.
Таким чином з наведеного опису схеми автоматизованого проектування слід:
1. Процес проектування носить ітераційний характер тому рішення в цьому процесі приймаються в умовах відсутності повної інформації, тому виникають ситуації коли були прийняті не реалізовані, з тих чи інших причин, рішення. Їх виправлення відбувається шляхом повторного виконання проектних процедур.
2. Процес проектування реалізується шляхом моделювання різних фізичних процесів, що протікають в апаратурі при її функціонуванні.
Завдання синтезу технічних об'єктів направлені на створення нових варіантів проектних рішень. Створювані в процесі синтезу проектні рішення повинні бути оформлені на мові оформлення проектної документації, наприклад у вигляді креслень, схем і пояснювального тексту. У цій мові діють правила, встановлені єдиною системою конструкторської документації (ЕСКД).
Розрізняють задачі структурного та параметричного синтезу. У першому випадку синтезується структура проектованого об'єкта, а в другому його параметри.
Завдання аналізу технічних об'єктів направлені на вивчення їх властивостей. У процесі аналізу не створюються нові об'єкти, а лише досліджуються задані.
Рішення задачі аналізу дозволяє отримати інформацію про вихідні характеристиках об'єкта, режимах роботи його елементів, теплових і механічних режимах конструкції і т.д.
Необхідно відзначити, що часто завдання синтезу вирішуються шляхом багаторазового вирішення завдань аналізу.
Рішення задачі оптимізації спрямовані на пошук не будь-якого, а найкращого, в деякому розумінні, проектного рішення. Якщо в процесі оптимізації шукається найкраща структура, то таке завдання називають структурної оптимізацією, а якщо при заданій структурі відшукуються параметри об'єкта, що задовольняють заданому критерію, то таке завдання називають параметричною оптимізацією.
Параметри елементів будь-якого технічного об'єкта не можуть мати точно задані значення. Це є наслідком неминучих похибок технологічного обладнання, впливу зовнішніх факторів, розкидів параметрів матеріалів і т.д. Тому параметри елементів є випадковими величинами. А це означає, що при серійному виробництві кожен примірник проектованої апаратури буде мати випадкові значення вихідних характеристик. Іншими словами вихідні характеристики партії об'єктів будуть лежати в деякому діапазоні. Добре якщо цей діапазон не виходить за рамки регламентованого в технічному завданні. В іншому випадку, ті об'єкти значення вихідних характеристик, виходять за межі діапазону, регламентованого технічним завданням, вважаються не працездатними. Врахувати вплив розкидів параметрів елементів на вихідні характеристики і зменшити цей вплив дозволяє вирішення завдання дослідження розкидів.
Завдання забезпечення надійності спрямована на досягнення, заданих в технічному завданні, показників надійності. Перша особливість цього завдання полягає в тому, що її рішення здійснюється на всіх етапах проектування і при виконанні більшості проектних операцій. Друга особливість полягає в тому що вирішення цього завдання інтегрує в собі результати вирішення практично всіх завдань аналізу характеристик об'єкта і дослідження їх розкидів.
3. Структура САПР
У складі САПР прийнято виділяти такі основні частини:
· Математичне забезпечення;
· Лінгвістичне забезпечення;
· Програмне забезпечення;
• інформаційне забезпечення;
· Технічне забезпечення;
· Організаційне забезпечення;
· Методичне забезпечення.
ЛІТЕРАТУРА
1. Автоматизація проектування радіоелектронних засобів: Навчальний посібник для ВНЗ. / О. В. Алексєєв, А. А. Головков, І.Ю. Пивоваров та ін: Під ред. О. В. Алексєєва. - М.: Вища школа, 2000.
2. Корячко В.П., Норенков І.П., Курейчик В.М., Теоретичні основи САПР. М., «Енргоатоміздат», 2007р. - 400 с.
3. САПР. Системи автоматизованого проектування. Уч. посібник для технічних ВНЗ у 9-ти книгах. під ред. Норенкова І.П. М., «Вища школа», 2006р.
4. Деньдобренко Б.М., Маліка А.С., Автоматизація конструювання РЕА. Підручник для вузів. М., «Вища школа», 2000 - 384 з.
5. Фролов В.М., Львович Я.Є., Метьолкін Н.П. Автоматизоване проектування технологічних процесів і систем виробництва РЕЗ. - М., Вища школа, 2001.
Кафедра РЕЗ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Типова схема процесу автоматизованого проектування РЕЗ. Структура і класифікація проектних завдань »
МІНСЬК, 2008
Типова схема процесу автоматизованого проектування РЕЗ
Рис.1. Схема процесу автоматизованого проектування РЕЗ
Вихідним документом для початку проектування є технічне завдання (ТЗ). У ньому перераховані всі технічні вимоги, що пред'являються до створюваної апаратури. До складу основних вимог входять:
· Значення вихідних характеристик та їх допустимі розкид;
· Показники надійності: ймовірність безвідмовної роботи, час експлуатації, термін служби та ін;
· Умови експлуатації: вологість, тиск, температура і ін;
· Спеціальні впливу: вібрація, удари, акустичний шум, радіація та ін;
· Умови зберігання та транспортування.
На основі технічного завдання створюється проект (стрілка 1). Це евристичний начерк схеми і конструкції. На цьому етапі розробляються ескізи структурної та функціональної схем пристрою, проводиться попередня компонування і розміщення.
Далі розроблений проект досліджується і багаторазово уточнюється (стрілки 2 - 7), при цьому відбувається поступовий перехід від ескізного проекту до технічного.
На основі ескізів схем і конструкцій виробляється формалізація проекту (стрілка 2), результатом якої є фізичні моделі схеми і конструкції, складені в термінах відповідної наукового напрямку, наприклад електричні - в термінах електротехніки, механічні - в термінах механіки, теплові - в термінах теорії теплообміну . Формалізація проекту проводиться з позиції системного підходу і полягає в обліку тих чи інших факторів, що впливають на функціонування апаратури при побудові фізичних моделей.
На основі фізичних моделей отримують математичні моделі (стрілка 3), отримані з використанням математичних методів і законів відповідних наук. Вони є основою для розрахунку вихідних характеристик, проектованої апаратури, а також параметри і факторів за яким оцінюється фактичний стан схеми або конструкції.
У результаті розрахунку з використанням математичних моделей (стрілка 4) виходить інформаційна модель устрою, яка включає в себе розрахункові значення вихідних характеристик, вимоги технічного завдання, інформацію з технічних умов на елементи схеми і конструкції, розрахункові значення електричних, теплових і механічних режимів роботи елементів, показники, що визначають надійність і якість виробу, а також безліч внутрішніх параметрів схеми і конструкції, які можуть бути керованими. Під безліччю керованих параметрів розуміється перелік внутрішніх параметрів апаратури, які можна змінювати в процесі проектування, для поліпшення вихідних характеристик апаратури і режимів роботи її елементів.
Шляхом зіставлення вимог ТЗ з розрахунковими характеристиками, режимів роботи елементів з допустимими режимами, наведеними в технічних умовах (стрілка 5) виявляються ті характеристики і режими роботи елементів які необхідно змінити і на цій основі будується модель чутливості.
У результаті розрахунку моделі чутливості (стрілка 6) визначаються функції чутливості, що показують ступінь впливу керованих параметрів на вихідні характеристики і дозволяють остаточно сформулювати проектні завдання, які необхідно вирішити для доопрацювання проекту. Існує три групи проектних завдань:
1. Завдання синтезу, розрахунку та оптимізації структури і параметрів схеми і конструкції.
2. Завдання дослідження розкидів параметрів навколо номінальних значень.
3. Завдання забезпечення показників надійності і якості.
Рішення сформульованих проектних завдань (стрілка 7) дозволяє внести відповідні зміни в схему і конструкцію пректіруемой апаратури і уточнити проект.
Таким чином з наведеного опису схеми автоматизованого проектування слід:
1. Процес проектування носить ітераційний характер тому рішення в цьому процесі приймаються в умовах відсутності повної інформації, тому виникають ситуації коли були прийняті не реалізовані, з тих чи інших причин, рішення. Їх виправлення відбувається шляхом повторного виконання проектних процедур.
2. Процес проектування реалізується шляхом моделювання різних фізичних процесів, що протікають в апаратурі при її функціонуванні.
2. Класифікація проектних завдань
Розглянемо класифікацію проектних завдань розв'язуються у процесі проектування РЕЗ (рис. 2.).Рис. 2. Класифікація проектних завдань |
Розрізняють задачі структурного та параметричного синтезу. У першому випадку синтезується структура проектованого об'єкта, а в другому його параметри.
Завдання аналізу технічних об'єктів направлені на вивчення їх властивостей. У процесі аналізу не створюються нові об'єкти, а лише досліджуються задані.
Рішення задачі аналізу дозволяє отримати інформацію про вихідні характеристиках об'єкта, режимах роботи його елементів, теплових і механічних режимах конструкції і т.д.
Необхідно відзначити, що часто завдання синтезу вирішуються шляхом багаторазового вирішення завдань аналізу.
Рішення задачі оптимізації спрямовані на пошук не будь-якого, а найкращого, в деякому розумінні, проектного рішення. Якщо в процесі оптимізації шукається найкраща структура, то таке завдання називають структурної оптимізацією, а якщо при заданій структурі відшукуються параметри об'єкта, що задовольняють заданому критерію, то таке завдання називають параметричною оптимізацією.
Параметри елементів будь-якого технічного об'єкта не можуть мати точно задані значення. Це є наслідком неминучих похибок технологічного обладнання, впливу зовнішніх факторів, розкидів параметрів матеріалів і т.д. Тому параметри елементів є випадковими величинами. А це означає, що при серійному виробництві кожен примірник проектованої апаратури буде мати випадкові значення вихідних характеристик. Іншими словами вихідні характеристики партії об'єктів будуть лежати в деякому діапазоні. Добре якщо цей діапазон не виходить за рамки регламентованого в технічному завданні. В іншому випадку, ті об'єкти значення вихідних характеристик, виходять за межі діапазону, регламентованого технічним завданням, вважаються не працездатними. Врахувати вплив розкидів параметрів елементів на вихідні характеристики і зменшити цей вплив дозволяє вирішення завдання дослідження розкидів.
Завдання забезпечення надійності спрямована на досягнення, заданих в технічному завданні, показників надійності. Перша особливість цього завдання полягає в тому, що її рішення здійснюється на всіх етапах проектування і при виконанні більшості проектних операцій. Друга особливість полягає в тому що вирішення цього завдання інтегрує в собі результати вирішення практично всіх завдань аналізу характеристик об'єкта і дослідження їх розкидів.
3. Структура САПР
У складі САПР прийнято виділяти такі основні частини:
· Математичне забезпечення;
· Лінгвістичне забезпечення;
· Програмне забезпечення;
• інформаційне забезпечення;
· Технічне забезпечення;
· Організаційне забезпечення;
· Методичне забезпечення.
| 3.1. Математичне забезпечення Математичне забезпечення включає в себе теорію, методи, способи та алгоритми для організації обчислень в САПР (рис. 3.). рис 3. Структура математичного забезпечення Існують наступні основні класифікації алгоритмів: а) Алгоритми рішення загальних задач обчислювальної математики: · Рішення неявних рівнянь F (x) = 0, · Лінійних рівнянь Ах = Δ, · Звичайних ДУ · Рівнянь в приватних похідних З-за частого вживання рішення оформляється у вигляді стандартних програм. б) Алгоритми пошуку та впорядкування інформації: · Алгоритми пошуку потрібного елемента або групи елементів - перебором, поділом на частини, по дереву ознак; · Алгоритми редагування інформації (алгоритми перекодування, перекомпонування та корекції); · Алгоритми сортування інформації, тобто поділ інформації на групи за якоюсь ознакою. Ці алгоритми має сенс використовувати тільки при складанні програм багаторазового використання. в) Алгоритми проблемної орієнтації: рішення групи завдань, пов'язаних з науковою тематикою (побудова гістограм, апроксимація отриманих гістограм теоретичними законами, обчислення статистичних параметрів характеристик). г) Алгоритми предметної орієнтації: формування та розрахунок математичних моделей об'єктів певного типу (підсилювачів, перемикачів і т.д.). Це основна група в САПР. д) Алгоритми вирішення системних завдань ЕОМ: відповідають за організацію роботи операційної системи та керування прикладними програмами. В якості основних вимог до алгоритмів виділяють наступні: · Висока алгоритмічна надійність, тобто гарантованість отримання правильних результатів за будь-яких значеннях вихідних даних; · Можливість формалізації - виключення алгоритмів, що вимагають доброго знання програмування; · Малі обчислювальні витрати, тобто вигідне співвідношення пам'ять / час; · Розумне співвідношення точність / час; · Алгоритмічна сумісність - узгодженість даної програми з іншими. |
3.2. Лінгвістичне забезпечення рис.4 Структура лінгвістичного забезпечення Мови, використовувані в САПР (рис.4), можна розбити на дві основні групи: мови програмування та мови проектування. Мови програмування призначені для написання текстів програм. При цьому процедурно-орієнтовані мови (Фортран, ПЛ1, Паскаль, АДА, Сі) призначені для широкого класу задач. Машинно-орієнтовані мови (Асемблер) дозволяють створювати програми, найбільш ефективні в сенсі використання ресурсів пам'яті, часу рахунки і т.д. Вибір мови визначається поставленим завданням, наприклад, потрібно розробити програму в гранично короткі терміни; програму, яка була б найбільш ефективною з точки зору обчислювальних витрат (витрат часу, пам'яті) або програму, максимально мобільну, тобто придатну для роботи на будь-якому комп'ютері. Таким чином, при виборі мови необхідно враховувати, яким вимогам повинна задовольняти програма. Основні міркування при виборі мови, яких потрібно дотримуватися, наступні. Якщо головне - швидкість написання, то програму слід писати на мовах високого рівня - процедурно - або проблемно-орієнтованих. Якщо основною вимогою є ефективність програми, то використовується мова низького рівня - Асемблер. Машинно-орієнтовані мови використовують також у разі, якщо основною вимогою виступає мобільність. При написанні складних програм можливий компроміс. Перераховані вище мови програмування не придатні для опису об'єктів і задач проектування, тому що в них відсутній такі поняття, як "тип об'єкту", "зв'язки об'єкта", "параметри об'єкта", немає опису типових процедур проектування. Для цього створені предметно-орієнтовані мови. Вони називаються вхідними мовами або просто мовами проектування. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мови проектування можна розділити на три групи: · Описові, або структурного типу; · Моделюють, або процедурного типу; · Діалогові, або директивного типу. Мова опису (структурний мова) складається з трьох частин: · Опису об'єкта; · Опису завдання; · Опису елементів. Кожна з частин, в свою чергу, має наступну структуру: · Тип елемента, · Тип моделі елемента, · Параметри моделі елемента, · Топологічні зв'язку елемента. Наприклад, опис транзистора включає в себе тип транзистора, тип його моделі в програмі, параметри цієї моделі і топологічні зв'язки. Спосіб опису топологічних зв'язків залежить від типу елемента - спрямованого (рис. 4. А) або ненаправленного (рис. 4. Б). Так резистор являє собою приклад ненаправленного елемента і порядок вказівки вузлів для нього не важливий. Логічний елемент навпаки є спрямованим елементом, тому порядок перерахування його висновків має значення. Таблиці для ненапрямлених елементів Таблиця 1. Елемент-вузол
Вузол-елемент
Таблиця 1. Елемент-вузол
Вузол-елемент
|
| Опис завдання зазвичай включає в себе наступну інформацію: · Опис розраховуються параметрів (вихідних) - тип параметра, рівні відліку, умови розрахунку; · Опис умов аналізу параметрів - тип варійованих внутрішніх параметрів, крок і діапазон зміни; · Опис умов оптимізації параметрів - відомості про варійованих параметрах, вихідних оптимізуються параметри, обмеження, критерії оптимізації; · Опис алгоритмів розрахунку, аналізу та оптимізації - типи алгоритмів і параметри, що визначають їх швидкість, точність і надійність; · Опис завдання на висновок результатів - форма представлення результатів (таблиця, графік, креслення), параметри вихідного документа (крок друку, масштаб, діапазон). Мова опису директив на проектування складається з переліку режимів, в яких послідовно повинна працювати САПР. Мови моделювання (процедурні мови) описують не тільки структуру та параметри об'єкта проектування, а й алгоритм, процедуру його функціонування (наприклад, алгоритм передачі сигналу від блоку до блоку). Часто мова моделювання поєднаний зі стандартною мовою програмування, в який додані додаткові конструкції. Така мова моделювання називається розширеним мовою програмування. Якщо мова моделювання заснований на самостійних конструкціях, то він називається автономним. Як правило, мови моделювання застосовуються на верхніх рівнях проектування - структурному і функціональному, коли алгоритми моделювання ще прості і доступні розробнику РЕА, що не має високої кваліфікації в алгоритмізації і програмування. Таким чином, користувач складає математичну модель схеми ні з допомогою математичних виразів, а користуючись спеціальною мовою моделювання. Мови діалогу призначені для організації взаємодії користувача і САПР у процесі проектування. Розрізняють три типи діалогових мови: · З ініціативою в користувача; · З ініціативою у ЕОМ; · Комбінований. У першому випадку питання вказівки задає користувач, а ЕОМ відповідає на питання і реалізує вказівки, у другому випадку, відповідно, навпаки. У третьому випадку користувач і ЕОМ можуть мінятися місцями у процесі роботи. Основними елементами мови є наступне: · Підказка ЕОМ користувачеві; · Директиви користувача ЕОМ; · Меню, яке надає ЕОМ, а частіше користувачеві можливість вибору; · Анкета (бланк). Використання діалогових мов істотно спрощує основні методики автоматизованого проектування, прискорює процес введення і коректування даних, дозволяє оперативно змінювати хід проектування в залежності від поточних результатів. |
ЛІТЕРАТУРА
1. Автоматизація проектування радіоелектронних засобів: Навчальний посібник для ВНЗ. / О. В. Алексєєв, А. А. Головков, І.Ю. Пивоваров та ін: Під ред. О. В. Алексєєва. - М.: Вища школа, 2000.
2. Корячко В.П., Норенков І.П., Курейчик В.М., Теоретичні основи САПР. М., «Енргоатоміздат», 2007р. - 400 с.
3. САПР. Системи автоматизованого проектування. Уч. посібник для технічних ВНЗ у 9-ти книгах. під ред. Норенкова І.П. М., «Вища школа», 2006р.
4. Деньдобренко Б.М., Маліка А.С., Автоматизація конструювання РЕА. Підручник для вузів. М., «Вища школа», 2000 - 384 з.
5. Фролов В.М., Львович Я.Є., Метьолкін Н.П. Автоматизоване проектування технологічних процесів і систем виробництва РЕЗ. - М., Вища школа, 2001.