7.2 Некоторые вопросы процесса автоматизированного проектирования

Автоматизация проектирования базируется на следующих рациональных принципах:

• научного обоснования методов автоматизированного решения задач;

• научного обоснования разделения творческих функций человека и автома­тизации нетворческих (ручных) функций на ЭВМ;

• истемного использования ЭВМ на различных уровнях стадий и этапов проектирования с соответствующим оформлением технической документа­ции на объекты проектирования.

В основе проектирования объектов заложены следующие три принципа: функциональный (схемный), конструкторский и технологический. Совокупность задач проектирования, заложенных в технических условиях, называется функ­циональным уровнем проектирования.

Схемотехническое проектирование есть проектирование на уровне принци­пиальных схем. Основной задачей является разработка вариантов принципиаль­ных схем узлов изделия, поддающихся полному автоматизированному изготов­лению, обеспечивающих заданные требования к их электрическим характери­стикам.

При проектировании устройства в виде ЭВМ по модульному принципу каж­дому уровню модуля соответствует следующая определенная схемная модуль­ность:

• первому — логический элемент — ИС;

• второму — узел функциональной схемы;

• третьему — функциональная схема;

• четвертому — функциональный блок;

• пятому — устройство.

На базе результатов схемотехнического проектирования переходят к конст­рукторскому уровню проектирования — разработке базовых конструкций по ГОСТ 16325.

В основу построения базовых конструкций технических средств Единой сис­темы ЭВМ положен модульный принцип конструирования, регламентируемый ГОСТ 25122 «Единая система электронно-вычислительных машин. Конструкции базовые технических средств».

Базовые конструкции должны состоять из определенных конструктивных модулей. Технологическое проектирование осуществляется для создания доку­ментации по технологии изготовления объекта в материале.

В системе автоматизированного проектирования радиоэлектронных объек­тов имеются три направления проектирования:

1) линейных схем;

2) нелинейных схем;

3) межсоединений в схемах.

Нелинейные схемы работают в режиме переключения, они составляют ос­новную часть ИМС. Использование ИМС в качестве элементной базы РЭА яв­ляется гарантией повышения ее быстродействия, надежности и др.

Центральным фундаментальным вопросом расчета и проектирования ИМС, а на их базе устройств и систем РЭА, а также ЭВМ является разработка мате­матических моделей активных и пассивных компонентов ИМС.

При проектировании цифровой вычислительной аппаратуры существует де­ление на иерархические уровни, отражающие: логические элементы, функцио­нальные узлы, функциональные устройства и функциональные комплексы.

При более сложном объекте проектирования число уровней может быть больше. Например, при разработке ЭВМ уровень функциональных схем разби­вается на подуровни проектирования логических и регистровых схем.

При моделировании радиоэлектронных объектов производится предвари­тельное разделение их структуры на участки, которые представляют совокуп­ность простейших элементов и изображаются в виде эквивалентных схем и гра­фов (рисунок 7.3). Например, на рисунке 7.3а приведена электрическая принци­пиальная схема однополупериодного выпрямителя. На рисунке 7.36 полупроводниковый диод заменен эквивалентной схемой, где R₂отображает объемное сопротивление полупроводниковых нейтральных в электрическом от­ношении областей;I_Ди С₂отображают электронно-дырочный переход; А — анод и К — катод. На рисунке 7.3в представлена эквивалентная схема электрической цепи однополупериодного выпрямителя, а на рисунке 7.3г изображен ее граф. Для каждой ветви графа составляется уравнение связи токов и напряжения.

Рисунок 7.3 — Формальное представление заданной структуры однополупериодного Выпрямителя

Условная структурная схема проектирования объектов — изделий или сис­тем в САПР, осуществляемая на базе реализации научно-технической информа­ции и теоретических исследований, показана на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4 — Структурная схема автоматизированного роектирования

Данная структура акцентирует внимание студентов на поисковом методе оптимального проектирования и применения системного комплексного подхода в решении задач курсового и дипломного проектирования хотя бы на примере нахождения и использования новой научно-технической информации. На этапе предварительного проектирования используется частично ЭВМ для формализа­ции вариантов задач проектируемого объекта. После экспертной оценки вариан­тов составляется техническое задание (ТЗ).

Следующий этап — автоматизированное проектирование. Сначала осущест­вляется системотехническое проектирование или проектирование на уровне функциональных блоков.

Системотехническое проектирование состоит в анализе нескольких конку­рирующих вариантов и выборе оптимального варианта (вариантов) по критерию (критериям) оптимальности, определяющему цели и назначение проектируемого объекта. Критерии оптимальности (целевая функция) — это такие показатели, По которым желательно получить наиболее предпочтительные оценки, в отличие от других показателей, удовлетворяющих некоторым ограничениям.

Схемотехническое проектирование — проектирование на уровне принципи­альных схем. Оно начинается с анализа ТЗ на отдельные узлы разрабатываемо­го объекта и завершается разработкой ТЗ на создание конструкторской и техно­логической документации. Основной задачей этого проектирования является разработка вариантов принципиальных схем узлов объекта, обеспечивающих за­данные требования к их электрическим характеристикам.

Итеративный характер проектирования сводится к выделению технически возможных оптимальных вариантов проектов. Дальнейшая итеративная доработ­ка выбора оптимального варианта продолжается в узле сравнения в виде мик­ро-ЭВМ или микропроцессора, оснащенных программным и информационным обеспечением.

Окончательный экономический эффективный вариант определяется рацио­нальным выбором между технически возможными вариантами и учетом ограни­чений по фактору стоимости и времени внедрения нововведений в проект. Про­цесс нововведения (или его результат) есть выработка и практическая реализа­ция научной и технической информации. Следовательно, узел сравнения сопоставляет различные варианты в зависимости от их экономической целесо­образности.

В связи с этим окончательный вариант по параметрам может быть несколь­ко ниже или выше экономически приемлемого варианта в зависимости от того, какой экстремальный характер имеют параметры (максимум или минимум). На­пример, если параметры технически возможного варианта соответствуют макси­мальным значениям, то параметры оптимального варианта могут быть несколько ниже максимального.

В соответствии с данными окончательного варианта автоматизированным способом выполняются документация технического проекта и рабочая докумен­тация, на основании которых на этапе опытного производства создается опыт­ный образец объекта (например изделия).

Полученная фактическая физическая модель по своим параметрическим ха­рактеристикам соответствует математической модели проектируемого объекта.

Одним из главных вопросов САПР является оптимальное сочетание воз­можностей человека в совместной работе с ЭВМ, обеспечивающее активный ре­жим обмена информацией между ними, при работе в реальном режиме времени.