Реферат: Разработка и исследование подсистемы учебно-исследовательской САПР РЭА

                           РЕЦЕНЗИЯ

                 на дипломную работу на тему:

            «Разработка и исследованиеподсистемы

              учебно-исследовательской САПРРЭА»

                Горбач Дмитрия Александровича,

        студента тр.Р-53, специальности«Радиотехника»

         Дальневосточного Технологическогоинститута.

     Представленная на  рецензию дипломная работа содержит по-

яснительнуюзаписку в объеме 102  страницы  печатного текста,

включая 37илл.,  7 таблиц,  14 библ. и 6 листов графического

материала форматаА3.

     В настоящее  время в промышленности широкое распростране-

ние получилиразличные системы автоматизированного проектиро-

вания  (САПР). В частности,  для проектированияпечатных плат

(ПП) широко используетсясистема P-CAD,  разработанная  фирмой

Personal CADSystem.

     При подготовке  специалистов радиотехнических  специаль-

ностей  целесообразно организовать  учебнуюисследовательскую

работу студентовна системах автоматизированного  проектирова-

ния промышленногоуровня.

     В связи с этим,  представленная на рецензию дипломная ра-

бота являетсяактуальной.

     В работе приводится обзор современныхалгоритмов, исполь-

зуемых наразличных этапах радиотехнических САПР — при расчете

конструктивногообъема РЭА,  компоновке  печатных плат  и  их

трассировке.  На примере разработки двух блоков,  отличающихся

составомэлементной  базы,  произведены исследования  возмож-

ностей программпакета P-CAD.  Приведена методикакомпоновки в

автоматическом иинтерактивном режимах программы PC-PLACE, оп-

ределена  последовательность  действий оператора,  позволяющая

достичьмаксимального использования ресурсов печатной  платы.

Дан  сравнительный анализ  алгоритмов  трассировки программы

PC-ROUTE. Расчетэкономической эффективности САПР с применени-

ем данного пакетаубедительно показывает снижение трудоемкости

работыпроектировщиков более чем в два раза.

     Дипломником самостоятельно разработанапрограмма,  содер-

жащая описаниябольшого количества РЭК, позволяющая рассчитать

конструктивный  объем проектируемых изделий и размерыпечатной

платы, что непозволяет сделать система P-CAD.

     Пояснительная записка  содержит большое количество рисун-

ков,  выполненных средствами компьютерной графики,в частности

в пакетах P-CAD,Picture Maker, Paint Brush и др.

     Графический материал представленплакатами,  исполненными

на плоттере подуправлением программы PC-PLOT. Подготовлен ряд

демонстрационныхслайдов,  поясняющих ход экспериментов инаг-

лядноотображающих результаты исследований.

     Результаты работы — методика исследованийи данные экспе-

риментов — могутбыть использованы при организации курса лабо-

раторных работ наоснове пакета P-CAD,  а так же будутполезны

разработчикамРЭА, использующим эту систему.

     Дипломная работа заслуживает оценки«Отлично»,  а диплом-

ник Горбач Д.А.присвоения квалификации радиоинженера.

     Начальник отдела САПР

     АО Приморгражданпроект                      И.В.Третьяков

.

           Дальневосточный технологическийинститут

       Кафедра радиоэлектроники и компьютернойтехники

                                            «УТВЕРЖДАЮ»

                                            Зав.кафедрой

                                         ____________________

                                       "___"__________ 1993г.

                        З А Д А Н И Е

                 на дипломное проектирование

            студенту Горбач Дмитрию Александровичу

     1. Тема работы:  Разработка  и исследование  подсистемы

учебно-исследовательскойСАПР РЭА.

     Утверждена приказом по институту No 191/1от 22.03.93.

     2. Срок сдачи работы  01.06.93

     3. Техническое задание к работе

        3.1. Цель:  исследование и  разработка  подсистем  и

звеньевучебно-исследовательской САПР РЭА.

        3.2. Решаемые  задачи: обзор  алгоритмов  и  методов

конструирования  печатных плат;  pазpаботка пpогpаммыpасчета

констpуктивногообъема РЭА; исследование алгоритмов, использу-

емых  в системе  автоматизированногопроектирования на основе

пакета  P-CAD; технико-экономическое обоснование   внедpения

pассматpиваемойСАПР в пpомышленное пpоизводство.

     4. Работа представляется пояснительной запиской и гpафи-

ческимматеpиалом.

     5. Содержание пояснительной записки:  введение; обзоp ал-

гоpитмов,используемых в САПР РЭА (pасчет констpуктивного объ-

ема, модельпечатной платы, алгоpитмы компоновки и тpассиpовки

печатных плат);исследование методов пpоектиpования и алгоpит-


мов,  используемых в САПР РЭА на основе пакетаP-CAD; экономи-

ческоеобоснование внедpения pассматpиваемой САПР в пpомышлен-

ное пpоизводство;пpиложения (пpогpамма pасчета констpуктивно-

го объема РЭА, стpуктуpыбаз данных пpогpаммы).

     6. Перечень гpафического матеpиала(плакаты формата А3):

1) Пример I. Блоквидеомагнитофона. Схема  электрическаяприн-

ципиальная;

2) Пример I.Компоновочный эскиз печатной платы.

3) Пример I.Трассировка в слое COMP.

4) Пример I.Трассировка в слое SOLDER.

5) Диаграмма — сравнение эффективности алгоритмов трассировки.

6) Диаграмма — снижение трудоемкости при внедрении САПР.

     7. Консультант по экономическому разделуработы

        _______________________________________Бешенцева О.В.

     Дата выдачи задания  10.03.93.

     Руководитель дипломного проектирования

        _______________________________________Колесник Н.Я.

.

                          АННОТАЦИЯ

Горбач Д.А.

             Разработка и исследованиеподсистемы

              учебно-исследовательской САПРРЭА.

        Дипломная работа. ДВТИ, 1993, 102 с.,37 илл.,

                   7 табл., 14 библ., 6 пл.

     Цель дипломной  работы -   исследование   и  разработка

подсистем извеньев учебно-исследовательской САПР РЭА на осно-

ве пакета P-CAD,в частности программ компоновки и трассировки

печатных плат,как наиболее трудоемкого и нуждающегося в авто-

матизации этапапроектирования радиоэлектронной аппаратуры.

     В работе приводится обзор современныхалгоритмов, исполь-

зуемых наразличных этапах радиотехнических САПР — при расчете

конструктивного  объема РЭА,  компоновке  печатных плат и их

трассировке.  С целью облегчить расчет конструктивного  объема

проектируемых  изделий была разработана программа RTN (IBMPC,

Clipper),  содержащая описание более 2000 компонентовотечест-

венной элементнойбазы. На примере разработки двух разнотипных

блоков произведенряд экспериментов с целью исследовать  воз-

можности программпакета P-CAD.  Приведена методикакомпоновки

в автоматическоми интерактивном режимах  программы  PC-PLACE,

определенапоследовательность действий оператора, позволяющая

достичьмаксимального использования ресурсов печатной платы.

Дан  сравнительный анализ  алгоритмов  трассировки программы

PC-ROUTE. Расчетэкономической эффективности САПР с применени-

ем данного пакетаубедительно показывает снижение трудоемкости

работыпроектировщиков более чем в два раза. При внедрении по-

добной  системы на  промышленном предприятии срококупаемости

составит 2-3месяца.

     Результаты работы — методика исследованийи данные экспе-

риментов — могутбыть использованы при организации курса лабо-

раторных работ наоснове пакета P-CAD,  а так же будутполезны

разработчикамРЭА, использующим эту систему.

.

                          СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                    4

1. АНАЛИЗАЛГОРИТМОВ САПР ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ                      6

1.1. Модель печатнойплаты для электрических соединений      6

1.2. Алгоритмыкомпоновки печатных плат                    11

1.3. Алгоритмыпроектирования печатного монтажа            19

1.4. Способысоединения контактов                          39

2. ИССЛЕДОВАНИЕАЛГОРИТМОВ,  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СИСТЕМЕP-CAD   41

2.1. Постановказадачи                                     41

2.2. ПримерI.  Блок видеомагнитофона.                      41

2.3. Пример II.Имитатор целей РЛС.                        65

3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ САПР P-CAD  81

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                 90

СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ                                           92

Приложение I.Программа RTV.                               93

.

     ВВЕДЕНИЕ

     С увеличением  степени интеграции современной радиоэлект-

ронной аппаратуры(РЭА) существенно возрастает и трудоемкость

еепроектирования. Это связано с ростом размерности задач, ре-

шаемых в процессеразработки.  Эффективным  средством решения

этой проблемыявляется применение компьютерной техники на всех

этапах созданияРЭА. В последнее время методы автоматизирован-

ногопроектирования, как и радиоэлектроника в целом, находятся

на этапестремительного совершенствования. Поскольку высокоэф-

фективныекомпьютеры перестали быть редкостью, методы машинно-

го проектированияпостепенно превращаются в инструмент, поль-

зоваться которымможет практически каждый.

     Инженер по радиоэлектронике и автоматике вусловиях  тех-

нической  оснащенности интеллектуальной деятельности  должен

свободно владетьсредствами математического и программного мо-

делирования  и решения задач проектирования и эксплуатацииап-

паратуры спомощью ЭВМ. При этом, направленное обучение специ-

алистов  по использованию компьютерной техники и программного

обеспечения  АРМ инженера,  является  весьма  актуальным   и

обусловлено  широким внедрением  в инженерную практикуперсо-

нальных ЭВМ.

     В настоящее время в промышленностиширокое  распростране-

ние  получили различные системыавтоматизированного проектиро-

вания(САПР).  В частности,  для проектирования печатных  плат

(ПП),  гибридных интегральных схем (ГИС),  микросборок (МБС) и

других  подобных конструктивов  широко  используется система

P-CAD,  разработанная фирмой  Personal CAD System.  По оценке

специалистовсистема P-CAD является несомненным лидером среди

других  систем аналогичного  назначения,  функционирующих  на

персональныхкомпьютерах класса IBM PC.

     Cистема P-CAD (Personal Computer AidedDesign) предназна-

чена для  автоматизированного  проектирования  печатных плат.

Данный пакетвключает в себя средства, позволяющие пользовате-

лю  создавать описания  радиоэлектронных  компонентов (РЭК),

электрических  принципиальных  схем, задавать  форму печатной

платы,  расставлять РЭК на плате как вручную,  так и автомати-

чески, а такжепроизводить трассировку печатной платы. Резуль-

таты могут бытьвыданы на принтер, плоттер, фотошаблон.


                            - 5 -

                              $$$

     При подготовке  специалистов радиотехнических  специаль-

ностейцелесообразно в курсах по конструированию РЭА (или ана-

логичных курсах)организовать учебную исследовательскую работу

студентов  на системах автоматизированногопроектирования про-

мышленногоуровня, преследуя при этом следующие цели:

     — сформировать достаточно полноепредставление об  основ-

ныхэлементах,  структуре и принципахфункционирования промыш-

ленных систем автоматизированногопроектирования;

     — способствовать получению своеобразного«фундамента» для

упрощения вдальнейшем освоения других промышленных систем ав-

томатизированногопроектирования.

     Необходимость организации  такой работы пользователей со

средствами САПРРЭА в диалоговом режиме ставит задачу  разра-

ботки учебныхсистем диалогового проектирования, ориентирован-

ных на дисплейныеклассы. Рассмотренная система на основе паке-

та  P-CAD предназначена для конструированияразнообразных уст-

ройств РЭА иизучения методов и алгоритмов автоматизированного

проектирования.

     Целью данной  дипломной работы является исследование раз-

личных алгоритмови методов,  используемых пакетом  P-CAD для

решения  задач размещения радиоэлектронных элементов итрасси-

ровки печатныхплат.  Эти задачи составляют основу  подсистемы

учебно-исследовательскойСАПР, связанной с вопросами компонов-

ки итопологии,  как наиболее трудоемкого инуждающегося в ав-

томатизации этапапроектирования радиоэлектронной аппаратуры.

.

                            — 6 -

                              $$$

     1. АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ САПР ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

     1.1. Модель печатной платы дляэлектрических соединений

     Использование формальных методов проектированиятопологии

проводников  на монтажных  платах  требует решения вопросов о

компьютерномпредставлении модели поверхностей слоев платы.

     Необходимым условием   корректности   модели  монтажного

пространстваявляется требование  адекватности  отображения в

ней всехфакторов, определяющих ресурсы и ограничения прообра-

за припроектировании печатного монтажа.  Кчислу основных па-

раметров моделиследует отнести: число слоев и размеры каждого

слоя платы,координаты и геометрию контактов, допустимые формы

печатных  проводников и  минимальные зазоры междуними,  зоны

запрета натрассировку.

     Наибольшее распространение в практикетрассировки получи-

ла ортогональнаямодель поля платы. Рассмотрим правила постро-

ения такоймодели.

     Пусть на каждый слой платы,  имеющей контакты, проводники

и зонызапрета,  наложена некоторая регулярнаясетка,  образо-

ваннаямножествами  вертикальных  и горизонтальных  прямых  и

состоящая изячеек размером (dx x dy) каждая.

     Каждой ячейке соответствует некоторый  признак, значение

которого  идентифицирует одну из следующих ситуаций:

— ячейка содержитучасток проводника, зоны запрета или контак-

  та,  тоесть ячейка занята и через нее недопустима прокладка

  проводника;

— ячейка не содержитперечисленных выше компонент.

     Размеры dx и  dy  выбираются из  условия:   dx >= Hmin,

dy >= Hmin,где Hmin — минимальное расстояние между осями двух

параллельныхсигнальных проводников.

     Введенную сетку,  покрывающую монтажное пространство слоя

платы, будемназывать дискретной сеткой.

     Описанная дискретная модель достаточнопросто формируется

и представляетсяв компьютерной памяти  с  помощью двумерного

числового  массива-матрицы,  каждый компонент которого взаим-

но-однозначносоответствует одной ячейке сетки. Соответствую-

щий ячейкенулевой код означает, что она свободна для проклад-

ки печатногопроводника, ненулевой код устанавливает запрет на


                            — 7 -

                              $$$

прокладку.

     Платы с двумя и более слоями монтажапрограммно представ-

ляются  в виде трехмерного массива-матрицы  M( x,y, z),  где

значения индексаz соответствуют номерам слоев платы.

     Недостатком матричного  отображения  монтажного   прост-

ранства платявляется большой объем компьютерной памяти, тре-

буемый дляпредставления этой  модели.  Однако до  настоящего

времени онаостается наиболее популярной.

     Рассмотрим вопрос о размещении матрицы вкомпьютерной па-

мяти и  систему адресации ее элементов. Актуальность данного

вопроса связана сповышением быстродействия алгоритмов трасси-

ровки,использующих  матричную модель.  Для большинства совре-

менныхкомпьютеров характерна векторная структура представле-

ния многомерныхмассивов (в частности, трехмерных M( x, y, z).

Положениеэлемента матрицы M( x, y, z) относительно начального

адреса вектора Vопределяется выражением

         kj = (zj — 1) * Xo * Yo + Xo * (yj — 1) + xj    (1.1)

где kj — индексвектора V;  Xo, Yo — максимальныезначения ин-

дексов x и y дляматрицы M.

     Представленная схема адресации элементовматрицы в векто-

ре V  имеет один существенный недостаток.  Действительно,  при

распространенииволнового фронта (см.п.1.3.6) на каждой итера-

ции обработкиочередного элемента выполняется анализ состояния

матрицы всоответствии с рис. 1.2.

     В данном случае  рассмотрениеосуществляется на одном из

слоев, напримерZj = 1. Если положить индексы текущего дискре-

та в M( x, y,z),  Xj и Yj, то в векторе V этот дискретзаймет

положение kj всоответствии с (1.1). Тогда дискреты 1, 2, 3, 4

(рис. 1.2)  будут занимать места в векторе V всоответствии со

следующимивыражениями:

                      1.   kj = kj + Xo

                      2.   kj = kj + 1

                      3.   kj = kj — Xo

                      4.   kj = kj — 1

.

                            — 8 -

                              $$$

            Zj = 1                      Zj = 2

           ┌───┬───┬───┐              ┌───┬───┬───┐

          3 │ G │ H │ I│             3 │ P │ R│ S │

           ├───┼───┼───┤              ├───┼───┼───┤

          2 │ D │ E │ F│             2 │ M │ N│ O │

           ├───┼───┼───┤              ├───┼───┼───┤

          1 │ A │ B │ C│             1 │ J │ K │ L│

           └───┴───┴───┘              └───┴───┴───┘

       Yj /  1   2  3            Yj  / 1   2   3  ]

              Xj                          Xj

                  а)                          б)

   V

 ┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬─  ─┬───┬───┐

 │ A │ B │ C │ D│ E │ F │ G │ H │ I │ J │ K │… │ R │ S │

 └───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴─  ─┴───┴───┘

   1  2   3   4  5   6   7  8   9   10 11      17  18

  Kj

                              в)

     Рис. 1.1. Иллюстрация  расположения  элементов матрицы в

векторнойструктуре:  а,  б — условное представление элементов

матрицы M( x, y,z) (Xo = Yo = 3);  в — расположениеэлементов

матрицы M( x, y,z) в векторной структуре.

                           ┌───┐

                            │ 1 │

                            │   │

                    ┌──────┼───┼──────┐

                     │ 4 <─│ O │ ─> 2 │

                    └──────┼───┼──────┘

                            │  │

                            │ 3 │

                           └───┘

     Рис. 1.2. Схема анализа соседнихэлементов.

.

                            — 9 -

                              $$$

     Очевидно, что  такое расположение элементов вектора явля-

етсянеудачным,  так как требует для анализаэтих четырех эле-

ментов четырекоманды обращения к памяти. Практика трассировки

показывает, чтооперации выборки и анализа дискретов при расп-

ространении  волнового фронта  полностью  определяют быстро-

действиеалгоритма.  Поэтому актуальной задачейявляется поиск

новых вариантовупаковки элементов массивов в векторы, позво-

ляющих сократитьколичество обращений к последним.

     Одним из решений  этой  задачи  является   диагональное

представление  рабочего поля платы в компьютерной памяти [1],

где упаковкамассива производится по следующей формуле:

kj = [(xj +yj)*Yo + yj + (zj — 1)*Xo*Yo] mod( Zo Xo Yo) (1.2)

где

              T,      при T <  q

T mod(q) = {

             (T — q), при T >= q

     В 1.2 предполагается,  что  индексы трехмерной  матрицы

M( x, y, z) лежатв следующих диапазонах:

                       x E [ 0, Xo — 1]

                       y E [ 0, Yo — 1]

                       z E [ 0, Zo — 1].

     На рис. 1.3  представлена иллюстрация упаковки  элементов

матрицы M( x, y,z) в вектор V.

     Анализ (1.2) и иллюстрация показывают, чтоданная упаков-

ка выгодноотличается от предыдущей тем,  чтоэлементы, сосед-

ние с каждымтекущим (рис.1.2) при распространении  волнового

фронта,располагаются в векторной структуре попарно с соседни-

ми. Такоерасположение элементов позволяет сократить число об-

ращений  к памяти  вдвое  за счет одновременной выборки пары

соседних   элементов.   Сопутствующий   положительный   эффект

представленнойупаковки элементов является и то, что программе

поиска путиволновым методом нет необходимости «помнить»,  на

каком слоенаходится данный текущий элемент. Переход с любого


                            - 10 -

                              $$$

            Zj = 1                      Zj = 2

           ┌───┬───┬───┐              ┌───┬───┬───┐

          3 │ G │ H │ I│             3 │ P │ R│ S │

           ├───┼───┼───┤               ├───┼───┼───┤

          2 │ D │ E │ F│             2 │ M │ N│ O │

           ├───┼───┼───┤              ├───┼───┼───┤

          1 │ A │ B │ C│             1 │ J │ K│ L │

           └───┴───┴───┘              └───┴───┴───┘

       Yj /  1   2  3            Yj /  1   2  3  ]

              Xj                          Xj

                  а)                          б)

   V

 ┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬─  ─┬───┬───┐

 │ A │ R │ B │ D│ S │ C │ E │ G │ J │ F │ H │… │ N │ P │

 └───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴─  ─┴───┴───┘

   1  2   3   4  5   6   7  8   9   10 11      17  18

  Kj

                              в)

     Рис. 1.3. Иллюстрация расположения элементов матрицы  в

векторной  структуре при  диагональном представлениирабочего

поля.

из двух слоев надругой выполняется всегда корректно при уве-

личении zj наединицу.

     И, наконец,  диагональное представление  модели рабочего

поля позволяетосуществлять эффективный контроль за процессом

распространенияволнового фронта, не позволяя значению индекса

элемента выходитьза границы размера массива.

.

                            — 11 -

                              $$$

     1.2. Алгоритмы компоновки печатных плат

     1.2.1. Общие вопросы практики компоновки

     Компоновка РЭА   -  размещение  в  пространстве или  на

плоскостиЭЛ,  имеющих электрические соединения всоответствии

с  принципиальной  схемой, и обеспечение допустимого минимума

паразитных  взаимодействий,  которые не   нарушают   значения

расчетныхвыходных параметров РЭА.

     Энергетическое несовершенство РЭА попреобразованию энер-

гии источниковпитания в энергию выходного сигнала (чаще всего

КПД =10e-3...10e-10) — причина  больших  тепловыделений,  для

отвода  которых требуется  развитие поверхностиконструкций и

высокаяэффективность теплоносителя.

     Емкостные и индуктивные ЭЛ РЭА требуют длянормальной ра-

ботыопределенного пространства,  в которомпри их работе воз-

никают электрическиеи магнитные поля.  Их локализация требует

увеличения объемаконструкции РЭА либо использования специаль-

ных экранов.

     Сложные условия  эксплуатации, энергетическое   несовер-

шенство  РЭА, необходимость  учета  при компоновке «объемов»

электрических имагнитных полей — причина усложнения  проблем

компоновки  ЭЛ РЭА,  которая может бытьопределяющим фактором

при выборе тогоили иного компоновочного решения РЭА. Поэтому

компоновочными  моделями ЭЛ РЭА в целом являются не геометри-

чески адекватныеим модели, а модели, геометрически обобщающие

всю совокупностьих свойств.  Такая модель называетсяобобщен-

нойгеометрической моделью (ОГМ).

     Сложность расчета  объема и  формы  ОГМ [2]  -  причина

использования впрактике компоновочных работ упрощенных компо-

новочных  моделей в виде установочных объемов Vуст илиплощади

Sуст ЭЛ.  Vуст (Sуст) — прямоугольныйпараллелепипед  (прямоу-

гольник),  описанный вокруг ЭЛ с учетом его максимальныхуста-

новочныхразмеров,  требований по монтажу ирегулировке и  до-

полнительныхобъемов или пространства, обеспечивающих его нор-

мальную работупри данном тепловыделении, электрических и маг-

нитныхвзаимодействиях.

     Размеры ОГМ (Vуст и Sуст) — функциягеометрии  ЭЛ  и  его

режима  работы. При малых коэффициентах нагрузки (Кн) по мощ-


                            — 12 -

                              $$$

ности (0.1...0.3)можно  использовать  упрощенные соотношения

для  вычислений Vуст и Sуст по нормированнымустановочным раз-

мерам (рис.1.4):

               Vуст = 1.5 * Amax * Bmax * Hmax

               Sуст = 1.3 * Amax * Bmax

     При значениях  Кн > 0.3...0.5 вычисление Vуст и Sуст зат-

рудняется,  так как необходимо вычисление объемной илиплоской

ОГМ со сложнымиобразующими (рис.1.5),  что требуетзнания на-

чальных играничных условий.

     1.2.2. Аналитическая компоновка

     В основе аналитической компоновки лежатвыражения

       Vs = Kv * SUM( Vустi) = ( 1/Kvзап) *SUM( Vустi)

       Ss = Ks * SUM( Sустi) = ( 1/Ksисп) *SUM( Sустi)

где Vs (Ss) — суммарный объем (площадь) РЭА;

    Kv (Ks) — коэффициенты увеличения  объема (площади),  за-

              висящие от  назначения и условий эксплуатации и

              равные 5..1 (3..1);

    Vустi (Sустi) — установочный объем(площадь) i-го элемента

    Kvзап  - коэффициент заполнения РЭА по объему (0.2...0.1)

    Ksисп  - коэффициент использования площади платы, шасси и

              т.п. (0.33...1).

     Объемная масса    РЭА   обычно    лежит    в   пределах

0.4...1.6 г/см^3.

     Расчет конструктивного  объема РЭА по вышеизложенному ме-

тоду реализован впрограмме RTV,  являющейся авторской  разра-

боткой(Приложение I). Программа производит расчет объемов из-

делия и площадипечатной платы,  а так же сообщаетрекомендуе-

мые размеры  платы. База  данных  программы насчитывает свыше

2000 компонентовотечественной элементной базы, проста и удоб-

на в  использовании.  Результаты расчетов могут использоваться

.

                            - 13 -

                              $$$

на различныхэтапах проектирования РЭА,  в частностислужить в

качестве исходнойинформации для компоновки печатных плат.

     1.2.3. Задачи компоновки печатных плат РЭА

     Цель компоновки заключается в созданиинаилучших  условий

для  последующего синтеза  топологии электрическихсоединений

при выполненииконструкторских и технологических ограничений.

На  решение задачи  компоновки большое влияниеоказывают типы

проектируемых блоков.  В зависимости от типа блока  (цифровой,

аналоговый  или цифроаналоговый)  решаютсяразличные задачи и

определяется тотили иной метод их решения.

     Элемент блока является одновременногеометрическим объек-

том Ti( Xi,  Qi), где Xi, Qi — параметры установкиэлемента, и

элементом схемысоединений.  Задача компоновки состоит вопти-

мизации оценкикачества Ф( X1,  Q1,  Г1,..., Xn, Qn, Гn), при

условияхнепересечения геометрических объектов, соответствую-

щих любой пареэлементов и расположения каждого элемента в по-

ле платы.

     Эта задача является многопараметрическойзадачей  оптими-

зации.  Аналитический вид зависимости оптимизируемогокритерия

от параметровкомпоновки неизвестен,  в связи с  этим решение

задачи в общейпостановке невозможно. Задача компоновки разби-

вается на рядчастных задач, которые согласуются со спецификой

проектированиясубблоков РЭА.

     В процессе размещения минимизируютсясуммарная длина сое-

динений имаксимальное число соединений в сечении канала. Об-

щая  стратегия состоит  в получении начальногоразмещения и в

последующем егоулучшении с помощью ряда итерационных алгорит-

мов, применяемыхв различных порядках.

     1.2.4. Допущения, упрощающие задачу

     Анализ практических задач, возникающих припроектировании

конкретныхустройств РЭА,  позволил выделитьследующие ограни-

чения, упрощающиепостановку задач упаковки: пространство про-

ектированиядвумерное; угол поворота системы координат элемен-


                            — 14 -

                              $$$

та относительносистемы координат платы может принимать значе-

ния: 0', 90',180' или 270'; координаты расположения элементов

на поле платы приупаковке  могут  принимать только  конечное

множество  значений; все  типы элементов,  как геометрические

объекты, имеютвид прямоугольников.

     1.2.5. Последовательный алгоритм  упаковки элементов  на

            плате с заданной сеткой посадочныхмест

     Пусть во множество A входят элементы kвидов T1, T2, ...,

Ti, ..., Tk.Некоторые элементы могут быть фиксированы на поле

платы.  Тогда упаковка производится в следующейпоследователь-

ности:

     Шаг 1. Вычеркивание  занятых посадочныхмест из заданной

сетки, в томчисле учитываются фиксированные элементы;

     Шаг 2. Выбор вида элемента. Из множества элементов A вы-

бирается одинвида Ti.  Критерии выбора могут бытьразличными.

Например:  выбор по наибольшим габаритам, по наибольшемуколи-

честву контактов,по наибольшему количеству элементов в виде;

     Шаг 3. Производится последовательно-одиночная упаковка

элементоввыбранного  вида  в заданное  множество  посадочных

мест. Занятыепосадочные места отмечаются;

     Шаг 4. Контроль упакованных элементов наналожение с сет-

кой посадочныхмест неупакованных элементов.

     Шаг 5. Проверка на возможность дальнейшей упаковки. Про-

веряется  возможность в  свободные посадочные местаупаковать

оставшиесяэлементы. Если возможно, переходим к следующему ша-

гу, иначеменяется последовательность упаковки.

     Шаг 6. Поиск незанятых посадочных мест, оставшихся после

упаковки  данного вида элементов.  Координаты этихпосадочных

мест запоминаютсядля  дальнейшего  использования программами

расстановки.

     Шаг 7. Проверка на завершение. Все виды элементов упако-

ваны?  Если нет, переходим ко второму шагу, иначеупаковка за-

вершена.

     Рассмотренный алгоритм  прост в  реализации,  не требует

большого объемакомпьютерной памяти,  время счеталинейно  за-

.

                            - 15 -

                              $$$

висит  от количества видов элементов и практически не зависит

от количестваэлементов в каждом виде.

     1.2.6. Упаковка  элементов на  плате  без задания сетки

            посадочных мест

     В данном случае возникает необходимостьв  автоматическом

построении сеткипосадочных мест.  Пространствопроектирования

покрываетсясеткой квадратов t1 x t2 и поле проектирования To

представляется ввиде упорядоченных пар ( t1, t2) индексов по-

павших в негоквадратов — позиций.  В каждую позициюполя про-

ектирования можетбыть установлен полюс элемента Ti( Xi, Qi),

где Xi=( t1i,t2i), Qi={ 0, 90', 180', 270').

     Задачу упаковки можно свести к линейной(одномерной). Это

даст возможностьиспользовать при решении методы целочисленно-

гопрограммирования, упростит и ускорит получение результата.

     1.2.7. Упаковка  элементов методом раскроя

     Для решения задачи упаковки без заданиясетки  посадочных

мест можноиспользовать алгоритмы задачи раскроя прямоугольно-

го листа напрямоугольные заготовки,  суть которогосостоит  в

следующем:  задан плоский лист размером X на Y и mпрямоуголь-

ных площадокразмером xi на yi, i = 1...m. Требуется найти на-

именьшеенеотрицательное решение функционального уравнения:

f(x,y)=MAX{ max(f(i,y)+f(x-i,y)), max( f(x,i)+f(x,y-i))} (1.3)

           i=0..x                 i=0..j

обеспечивающееусловия

f( x, 0)  = f(0,y) = 0,   f(xi,yi) >= Ci,                 (1.4)

где Ci — стоимостьi-й детали.

.

                            — 16 -

                              $$$

     Функция f(x,y),  являющаяся наименьшим решением уравнений

(1.3)-(1.4),кусочно-постоянна, не убывает по x и y и допуска-

ет представление

     f(x,y) =      max  ( fj  ),

              j:xj<=x,yj<=y

где { xj, yj, fj}- некоторый набор троек чисел.

     Идея метода состоит в последовательномитерировании реше-

ния (1.3) путемпересчета набора троек по следующим правилам.

     Пусть задан некоторый набор троек (xj, yj,fj), j = 1..R.

Примем, чтоxj<=X, yj<=Y для любых j1,j2 положим

     x'(j1,j2) = xj1 + xj2,

     y"(j1,j2) = yj1 + yj2,

     x"(j1,j2) = MAX{ xj1, xj2 },

     y'(j1,j2) = MAX{ yj1, yj2 }.

     Назовем записью набор из натуральных чиселn,  k и списка

n троек(xj,yj,cj),  расположенных  так, что  если  i=1..k и

j=i..n, то либоxi<x, либо xi=xj и yi<yj. Первые k троек назо-

вем началомсписка. Это стабильная часть списка, которая будет

изменяться толькоза счет увеличения.  Когда весь списокбудет

состоять из nтроек, процесс заканчивается.

     Алгоритм упаковки:

     Шаг 1. Начальное формирование записи с пустым началом. В

список включаютсявсе имеющие

еще рефераты
Еще работы по программному обеспечению