Структура автоматизированного проектирования

САПР является организационно-технической системой, входящей в структу­ру проектной организации и осуществляющей проектирование при помощи ком­плекса средств автоматизированного проектирования (КСАП). Взаимосвязь под­систем САПР, структурных частей КСАП с требованиями, регламентируемыми стандартами, показана на рисунке 7.1.

САПР состоит из структурных частей в виде подсистем, обладающих свой­ством систем и входящих как самостоятельные системы. Подсистемы обеспечи­вают получение соответствующих проектных документов.

Требования к компонентам видов обеспечения САПР регламентированы ГОСТ 23501.101.

Основная функция САПР — автоматизированное проектирование на всех или отдельных стадиях проектирования объектов и их составных частей.

Рисунок 7.1 — Общая структура САПР

Структурными частями КСАП в процессе его функционирования являются программно-методические (ПМК) и программно-технические (ПТК) комплексы и компоненты организационного обеспечения.

КСАП обслуживающих подсистем, а также отдельные ПТК этих систем мо­гут использоваться при функционировании всех подсистем. Структурная схема САПР показана на рисунке 7.2.

Все подсистемы САПР состоят из компонентов — элементов средств обес-ечения, выполняющих определенную функцию в подсистеме и обеспечиваю­щих ее работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения (рисунок 7.1)

Рисунок 7.2 — Структурная схема САПР

Методические компоненты — документы, в которых отражены состав, пра­вила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования.

Лингвистические компоненты — языки программирования, терминология.

Математические компоненты — методы, математические модели, алгорит­мы.

Программные компоненты — документы с текстами программ на машинных носителях и эксплуатационные документы.

Технические компоненты — устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительное и другие устройства или их сочетания.

Информационные компоненты — документы, содержащие описания стан­дартных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплек­тующих изделий, материалов и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов.

Организационные компоненты — положение, инструкции, приказы, штат­ные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламен­тирующие организационную структуру подразделений и их взаимодействие с комплексом автоматизации проектирования.

Основные принципы САПР:

• системное единство (обеспечение целостности системы и системной свя­занности проектирования отдельных элементов и всего объекта проекти­рования в целом);

• совместимость (обеспечение совместного функционирования составных частей САПР и сохранение открытой системы в целом);

• типизация (преимущественное создание и использование типовых и уни­фицированных элементов САПР. Типизации подлежат элементы, имею­щие перспективу многократного применения);

• развитие (обеспечение дальнейшего пополнения, совершенствования и обновления составных частей САПР).

При создании системы САПР необходимо руководствоваться ГОСТ 23501.108, регламентирующим метод и признаки классификации, основные классификационные группировки и правила обозначения САПР.

Документы, относящиеся к процессу создания САПР и КСАП, а также для ввода в действие системы и подсистемы САПР, и документы, содержащие опи­сание САПР (компонентов САПР) и правила эксплуатации КСАП при функцио­нировании САПР, регламентируются стандартами.

Предусмотрены следующие стадии создания:

ПИ — исследование и создание САПР;

ТЗ — техническое задание;

Э — эскизный проект;

Т — технический проект;

Р — рабочая документация;

И — изготовление несерийных компонентов КСАП;

ВД — ввод в действие.

Например, на стадии Р обязательными документами являются документы программного обеспечения комплектов (по ГОСТ 19.101; таблица 7.1 пособия).

По вопросу автоматизации выполнения текстовых и графических докумен­тов следует обратиться к ряду учебников и учебных пособий [4, 5, 8, 15] и спе­циальной литературе [7, 13, 16].

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 R₂ отображает объемное сопротивление полупроводниковых нейтральных в электрическом от­ношении областей; I_Д и С₂ отображают 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.