АВТОМАТИЗАЦІЯ КОНСТРУКТОРСЬКОГО ПРОЕКТУВАННЯ

Постановка задачі

Етап конструкторського проектування являє собою комплекс задач по перетворенню функціональних або принципових електричних схем в сукупність конструктивних вузлів, які здійснюють їх фізичну реалізацію. При цьому треба враховувати розміри ЕРВ, розміри з’єднань, вид монтажу, розміри змінних блоків, число контактів і т.д. і т.п. Крім того, необхідно забезпечити задані вимоги до надійності роботи пристроїв в заданих фізичних та кліматичних умовах, можливість ремонту, вимоги до заданих габаритів, ваги , вартості їх виготовлення та експлуатації.

Основним принципом конструювання електронних пристроїв є модульний принцип, при якому виділяються конструктивні модулі різних ступенів складності, що мають ієрархічний характер. Модулі різного рівня складності об’єднуються в пристроях в відповідності до їх функціональної ієрархії (рис.6.1).

Модуль рівня 1- це або ІС, що містить кілька логічних елементів типу І, АБО, НІ, або фрагмент ВІС-тригер, регістр. Модуль рівня 2 поєднує на одній друкованій платі кілька десятків ІС або декілька ВІС і є типовим елементом заміни (ТЕЗ), що використовується для оперативної заміни при виникненні несправностей у пристрої. Модуль рівня 3 об'єднує ТЕЗ-и в блоки, що конструктивно можуть бути оформлені у вигляді касети з панеллю, що має провідниковий або друкований монтаж.

Рисунок 6.1 - Ієрархія конструктивних модулів

Модуль рівня 4 представляє окремий пристрій і містить ряд касет, конструктивно об'єднаних у стійку або шафу, у якому міжпанельне з'єднання здійснюються джгутовим монтажем.

З'єднання в РЕА в значній мірі визначають їхні основні технічні параметри, такі як вага, об'єм, надійність, швидкодія. Наприклад, при переході від вузлів нижчого конструктивного рівня до вищого (ІС -> друковані плати -> панелі) відбуваються значні втрати щільності компонування елементів, що збільшує час поширення електричних сигналів.

Системи автоматизованого конструкторського (технічного) проектування в першу чергу були реалізовані для проектування двошарових і багатошарових друкованих плат, а також для випуску технічної документації, до складу якої входять електричні схеми і складові креслення, таблиці ланцюгів і специфікаційні таблиці, технологічна документація на машинних носіях. Технологічна документація у виді, наприклад, перфострічок являє собою керуючі програми автоматів для виготовлення фотошаблонів, збірки, пайки, свердління монтажних отворів, контролю монтажу, а потім і тестового контролю логічного функціонування елементів.

При технічному проектуванні перевага віддається автоматичним системам, коли по опису схеми забезпечується проектування і випуск документації без участі людини. Це значно знижує імовірність внесення помилок і підвищує продуктивність праці проектувальників, тому що ПК передаються стомлюючі рутинні операції.

Типові в змістовному плані задачі конструювання РЕА, що потрібно вирішувати для пристроїв як різного рівня складності, так і різного ступеня інтеграції, мають загальну природу з погляду автоматизації проектування. Такими типовими задачами є компоновка елементів в блоки, розміщення їх по конкретним установчим місцям і трасування монтажних з'єднань. Ці задачі є оптимізаційними.

Задачі конструкторського проектування мають по своїй сутності комбінаторний характер. РЕА, що проектується, при деталізації її до рівня компонентів має число елементів N=10² - 10⁷. Тому рішення комбінаторних задач оптимального проектування методами, що використовують прямий перебір N! варіантів, практично неприйнятно.

З метою скорочення часових витрат, що у реальних задачах конструкторського проектування дуже великі, використовуються різні способи скорочення перебору варіантів. Внаслідок цього в автоматизованому конструкторському проектуванні найбільше поширення одержали евристичні алгоритми, призначені для спеціалізованих методів, що враховують, як правило, особливості технології виготовлення схем. В евристичних алгоритмах також використовуються конструктивні й ітераційні процедури.

Очевидно, що саме виділення трьох етапів конструкторського проектування-компоновка, розміщення і трасування, спрямовано на зниження розмірності загальної задачі. Декомпозиція задачі виконується таким чином, що спочатку здійснюється компонування шляхом оптимального угрупування функціональних вузлів, потім розміщення компонентів виділених вузлів у їхньому монтажному просторі з урахуванням критеріїв, що відображають оптимальність наступного етапу — трасування міжз’єднань. Остання задача - трасування — є практично найбільш важливою, але і дотепер вона не має автоматичного рішення. Після роботи програм автоматичного трасування залишається порядку 5 - 10% нерозведених з'єднань, які потім допрацьовуються конструкторами.

Однією з найбільш розповсюджених систем автоматизованого конструкторського проектування є САПР P-CAD. Вона забезпечує створення принципових схем багатошарових друкованих плат, розміщення компонентів на друкованій платі та трасування з’єднань, виведення креслень на плотер, фотопобудовник, вивід даних на станки з числовим програмним керуванням.

Але крім цих задач, які в найбільшій мірі вирішуються методами автоматизованого проектування, є ще задача оцінки теплових режимів конструкцій, яка є дуже складною через труднощі отримання адекватної математичної моделі теплових процесів. Теплове моделювання конструкції дозволяє розрахувати температурні допуски на параметри елементів в залежності від зовнішнього чи внутрішнього температурного впливу.