Реферат: Схема процесса автоматизированного проектирования РЭС. Структура и классификация проектных задач

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра РЭС

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

На тему:

«Типовая схема процесса автоматизированного проектированияРЭС. Структура и классификация проектных задач»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНСК, 2008


Типовая схема процесса автоматизированного проектирования РЭС

/>
Рис.1. Схема процесса автоматизированного проектирования РЭС

Исходнымдокументом для начала проектирования является техническое задание (ТЗ). В немперечислены все технические требования, предъявляемые к создаваемой аппаратуре.В состав основных требований входят:

· значения выходныххарактеристик и их допустимые разбросы;

· показателинадежности: вероятность безотказной работы, время эксплуатации, срок службы идр.;

· условияэксплуатации: влажность, давление, температура и др.;

· специальныевоздействия: вибрация, удары, акустический шум, радиация и др.;

· условия храненияи транспортировки.

На основе техническогозадания создается проект (стрелка 1). Это эвристический набросок схемы иконструкции. На этом этапе разрабатываются эскизы структурной и функциональнойсхем устройства, производится предварительная компоновка и размещение.

Далееразработанный проект исследуется и многократно уточняется (стрелки 2 – 7), приэтом происходит постепенный переход от эскизного проекта к техническому.

На основеэскизов схем и конструкций производится формализация проекта (стрелка2), результатом которой являются физические модели схемы и конструкции,составленные в терминах соответствующего научного направления, например,электрические — в терминах электротехники, механические — в терминах механики,тепловые — в терминах теории теплообмена. Формализация проекта производится спозиции системного подхода и заключается в учете тех или иных факторов,влияющих на функционирование аппаратуры при построении физических моделей.

На основефизических моделей получают математические модели (стрелка 3), полученные сиспользованием математических методов и законов соответствующих наук. Ониявляются основой для расчета выходных характеристик, проектируемой аппаратуры,а также параметов и факторов по которым оценивается фактическое состояние схемыили конструкции.

В результатерасчета с использованием математических моделей (стрелка 4) получаетсяинформационная модель устройства, которая включает в себя расчетные значениявыходных характеристик, требования технического задания, информацию изтехнических условий на элементы схемы и конструкции, расчетные значенияэлектрических, тепловых и механических режимов работы элементов, показатели,определяющие надежность и качество изделия, а также множество внутреннихпараметров схемы и конструкции, которые могут быть управляемыми. Под множествомуправляемых параметров понимается перечень внутренних параметров аппаратуры,которые можно изменять в процессе проектирования, для улучшения выходныххарактеристик аппаратуры и режимов работы ее элементов.

Путемсопоставления требований ТЗ с расчетными характеристиками, режимов работыэлементов с допустимыми режимами, приведенными в технических условиях (стрелка5) выявляются те характеристики и режимы работы элементов которые необходимоизменить и на этой основе строится модель чувствительности.

В результатерасчета модели чувствительности (стрелка 6) определяются функциичувствительности, показывающие степень влияния управляемых параметров навыходные характеристики и позволяющие окончательно сформулировать проектныезадачи, которые необходимо решить для доработки проекта. Существует три группыпроектных задач:

1. Задачи синтеза,расчета и оптимизации структуры и параметров схемы и конструкции.

2. Задачиисследования разбросов параметров вокруг номинальных значений.

3. Задачиобеспечения показателей надежности и качества.

Решениесформулированных проектных задач (стрелка 7) позволяет внести соответствующиеизменения в схему и конструкцию пректируемой аппаратуры и уточнить проект.

Таким образомиз приведенного описания схемы автоматизированного проектирования следует:

1. Процесспроектирования носит итерационный характер т.к. решения в этом процессепринимаются в условиях отсутствия полной информации, поэтому возникают ситуациикогда были приняты не реализуемые, по тем или иным причинам, решения. Их исправлениепроисходит путем повторного выполнения проектных процедур.

2. Процесспроектирования реализуется путем моделирования различных физических процессов,протекающих в аппаратуре при ее функционировании.

2. Классификация проектных задач

Рассмотрим классификациюпроектных задач решаемых в процессе проектирования РЭС (рис. 2.).

/>
Рис. 2. Классификация проектных задач

Задачисинтеза технических объектов направлены на создание новых вариантов проектныхрешений. Создаваемые в процессе синтеза проектные решения должны быть оформленына языке оформления проектной документации, например в виде чертежей, схем ипояснительного текста. В этом языке действуют правила, установленные единойсистемой конструкторской документации (ЕСКД).

Различаютзадачи структурного и параметрического синтеза. В первом случае синтезируетсяструктура проектируемого объекта, а во втором его параметры.

Задачианализа технических объектов направлены на изучение их свойств. В процессеанализа не создаются новые объекты, а лишь исследуются заданные.

Решениезадачи анализа позволяет получить информацию о выходных характеристикахобъекта, режимах работы его элементов, тепловых и механических режимахконструкции и т.д.

Необходимоотметить, что часто задачи синтеза решаются путем многократного решения задачанализа.

Решениезадачи оптимизации направлены на поиск не любого, а наилучшего, в некоторомсмысле, проектного решения. Если в процессе оптимизации ищется наилучшаяструктура, то такую задачу называют структурной оптимизацией, а если призаданной структуре отыскиваются параметры объекта, удовлетворяющие заданномукритерию, то такую задачу называют параметрической оптимизацией.

Параметрыэлементов любого технического объекта не могут иметь точно заданные значения.Это является следствием неизбежных погрешностей технологического оборудования,влияния внешних факторов, разбросов параметров материалов и т.д. Поэтомупараметры элементов являются случайными величинами. А это значит, что присерийном производстве каждый экземпляр проектируемой аппаратуры будет иметьслучайные значения выходных характеристик. Другими словами выходныехарактеристики партии объектов будут лежать в некотором диапазоне. Хорошо еслиэтот диапазон не выходит за рамки регламентируемого в техническом задании. Впротивном случае, те объекты значения выходных характеристик, выходят за пределыдиапазона, регламентируемого техническим заданием, считаются не работоспособными.Учесть влияние разбросов параметров элементов на выходные характеристики иуменьшить это влияние позволяет решение задачи исследования разбросов.

Задача обеспечениянадежности направлена на достижение, заданных в техническом задании,показателей надежности. Первая особенность этой задачи заключается в том, чтоее решение осуществляется на всех этапах проектирования и при выполнениибольшинства проектных операций. Вторая особенность заключается в том чторешение этой задачи интегрирует в себе результаты решения практически всехзадач анализа характеристик объекта и исследования их разбросов.


3. Структура САПР

В составе САПР принятовыделять следующие основные части:

· математическоеобеспечение;

· лингвистическоеобеспечение;

· программноеобеспечение;

· информационноеобеспечение;

· техническоеобеспечение;

· организационноеобеспечение;

· методическоеобеспечение.

 

3.1. Математическое обеспечение

 

Математическое обеспечение включает в себя теорию, методы, способы и алгоритмы для организации вычислений в САПР (рис. 3.).

/>

рис 3. Структура математического обеспечения

Существуют следующие основные классификации алгоритмов:

а) Алгоритмы решения общих задач вычислительной математики:

·  решение неявных уравнений

F(x) = 0,

·  линейных уравнений

Ах = Δ,

·  обыкновенных ДУ

/>,

·  уравнений в частных производных

/>.

Из-за частого употребления решение оформляется в виде стандартных программ.

б) Алгоритмы поиска и упорядочения информации:

·  алгоритмы поиска нужного элемента или группы элементов – перебором, делением на части, по дереву признаков;

·  алгоритмы редактирования информации (алгоритмы перекодировки, перекомпоновки и коррекции);

·  алгоритмы сортировки информации, т.е. разделение информации на группы по какому-либо признаку.

Эти алгоритмы имеет смысл использовать только при составлении программ  многоразового использования.

в) Алгоритмы проблемной ориентации:

решение группы задач, связанных с научной тематикой (построение гистограмм, аппроксимация полученных гистограмм теоретическими законами, вычисление статистических параметров характеристик).

г) Алгоритмы предметной ориентации:

формирование и расчет математических моделей объектов определенного типа (усилителей, переключателей и т.д.). Это основная группа в САПР.
д) Алгоритмы решения системных задач ЭВМ:

отвечают за организацию работы операционной системы и управление прикладными программами.

В качестве основных требований к алгоритмам выделяют следующие:

·  высокая алгоритмическая надежность, т.е. гарантированность получения правильных результатов при любых значениях исходных данных;

·  возможность формализации – исключения алгоритмов, требующих хорошего знания программирования;

·  малые вычислительные затраты, т.е. выгодное соотношение память/время;

·  разумное соотношение точность/время;

·  алгоритмическая совместимость – согласованность данной программы с другими.




3.2. Лингвистическое обеспечение

/>

рис.4 Структура лингвистического обеспечения

Языки, используемые в САПР (рис.4), можно разбить на две основные группы:

языки программирования и языки проектирования.

Языки программирования предназначены для написания текстов программ.

При этом процедурно-ориентированные языки (Фортран, ПЛ1, Паскаль, АДА, Си) предназначены для широкого класса задач.

Машинно-ориентированные языки (Ассемблер) позволяют создавать программы, наиболее эффективные в смысле использования ресурсов памяти, времени счета и т.д.

Выбор языка определяется поставленной задачей, например, требуется разработать программу в предельно короткие сроки; программу, которая была бы наиболее эффективной с точки зрения вычислительных затрат (затрат времени, памяти) или программу, максимально мобильную, т.е. пригодную для работы на любом компьютере.

Таким образом, при выборе языка необходимо учитывать, каким требованиям должна удовлетворять программа.

Основные соображения при выборе языка, которых нужно придерживаться, следующие.

Если главное – скорость написания, то программу следует писать на языках высокого уровня – процедурно – или проблемно-ориентированных.

Если основным требованием является эффективность программы, то используется язык низкого уровня — Ассемблер.

Машинно-ориентированные языки используют также в случае, если основным требованием выступает мобильность.

При написании сложных программ возможен компромисс.

Перечисленные выше языки программирования не пригодны для описания объектов и задач проектирования, т.к. в них отсутствует такие понятия, как «тип объекта», «связи объекта», «параметры объекта», нет описания типовых процедур проектирования.

Для этого созданы предметно-ориентированные языки. Они называются входными языками или просто языками проектирования.

Языки проектирования можно разделить на три группы:

·  описательные, или структурного типа;

·  моделирующие, или процедурного типа;

·  диалоговые, или директивного типа.

Язык описания (структурный язык) состоит из трех частей:

·  описания объекта;

·  описания задачи;

·  описания элементов.

Каждая из частей, в свою очередь, имеет следующую структуру:

·  тип элемента,

·  тип модели элемента,

·  параметры модели элемента,

·  топологические связи элемента.

Например, описание транзистора включает в себя тип транзистора, тип его модели в программе, параметры этой модели и топологические связи.

Способ описания топологических связей зависит от типа элемента – направленного (рис. 4. а) или ненаправленного (рис. 4. б).

Так резистор представляет собой пример ненаправленного элемента и порядок указания узлов для него не важен.

Логический элемент наоборот является направленным элементом, поэтому порядок перечисления его выводов имеет значение.

Таблицы для ненаправленных элементов

Таблица 1.

Элемент-узел

N элемента NNузлов 1 1, 2 2 2, 3 3 2, 4 4 3, 4

 

Таблица 2.

Узел-элемент

N узла NN элементов 1 1, 2 2 2, 3 3 2, 4 4 3, 4

Таблицы для направленных элементов

Таблица 1.

Элемент-узел

N элемента NN вх. узлов NN вых. узлов 1 1 2 2 2, 5 3 3 4 5 4 1, 3 4

 

Таблица 2.

Узел-элемент

N узла

NN элементов,

подкл. к узлу по входу

NN элементов,

подкл. к узлу по выходу

1 1, 4 2 2 1 3 4 2 4 3 4 5 2 3 <p/>

/>

/>

Описание задачи обычно включает в себя следующую информацию:

·  описание рассчитываемых параметров (выходных) – тип параметра, уровни отсчета, условия расчета;

·  описание условий анализа параметров – тип варьируемых внутренних параметров, шаг и диапазон изменения;

·  описание условий оптимизации параметров – сведения о варьируемых параметрах, выходных оптимизируемых параметрах, ограничениях, критериях оптимизации;

·  описание алгоритмов расчета, анализа и оптимизации – типы алгоритмов и параметры, определяющие их скорость, точность и надежность;

·  описание задания на вывод результатов – форма представления результатов (таблица, график, чертеж), параметры выходного документа (шаг печати, масштаб, диапазон).

Язык описания директив на проектирование состоит из перечисления режимов, в которых последовательно должна работать САПР.

Языки моделирования (процедурные языки) описывают не только структуру и параметры объекта проектирования, но и алгоритм, процедуру его функционирования (например, алгоритм передачи сигнала от блока к блоку).

Часто язык моделирования совмещен со стандартным языком программирования, в который добавлены дополнительные конструкции. Такой язык моделирования называется расширенным языком программирования.

Если язык моделирования основан на самостоятельных конструкциях, то он называется автономным.

Как правило, языки моделирования применяются на верхних уровнях проектирования – структурном и функциональном, когда алгоритмы моделирования еще просты и доступны разработчику РЭА, не имеющему высокой квалификации в алгоритмизации и программировании.

Таким образом, пользователь составляет математическую модель схемы ни с помощью математических выражений, а пользуясь специальным языком моделирования.

Языки диалога предназначены для организации взаимодействия пользователя и САПР в процессе проектирования.

Различают три типа диалоговых языка:

·  с инициативой у пользователя;

·  с инициативой у ЭВМ;

·  комбинированный.

В первом случае вопросы и указания задает пользователь, а ЭВМ отвечает на вопросы и реализует указания; во втором случае, соответственно, наоборот.

В третьем случае пользователь и ЭВМ могут меняться местами в процессе работы.

Основными элементами языка является следующее:

·  подсказка ЭВМ пользователю;

·  директивы пользователя ЭВМ;

·  меню, предоставляющее ЭВМ, а чаще пользователю возможность выбора;

·  анкета (бланк).

Использование диалоговых языков существенно упрощает основные методики автоматизированного проектирования, ускоряет процесс ввода и корректировки данных, позволяет оперативно изменять ход проектирования в зависимости от текущих результатов.


ЛИТЕРАТУРА

 

1. Автоматизацияпроектирования радиоэлектронных средств: Учебное пособие для ВУЗов./О.В.Алексеев, А.А.Головков, И.Ю. Пивоваров и др.: Под ред. О.В.Алексеева. – М.:Высшая школа, 2000.

2. Корячко В.П., Норенков И.П.,Курейчик В.М., Теоретические основы САПР. М., «Энргоатомиздат», 2007г. – 400 с.

3.  САПР. Системы автоматизированногопроектирования. Уч. пособие для технических ВУЗов в 9-ти книгах. под ред.Норенкова И.П. М., «Высшая школа», 2006г.

4. Деньдобренко Б.Н., Малика А.С.,Автоматизация конструирования РЭА. Учебник для вузов. М., «Высшая школа», 2000– 384 с.

5. Фролов В.Н.,Львович Я.Е., Метелкин Н.П. Автоматизированное проектирование технологическихпроцессов и систем производства РЭС. — М., Высшая школа, 2001.

еще рефераты
Еще работы по коммуникациям и связям