textarchive.ru

Главная > Документ


КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ

Базовые понятия (САПР/АСТПП/САИТ)

САПР – система автоматизированного проектирования

(CAD – Computer Automation Design).

АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства

(CAM – Computer Automatic Manufacturing).

САИТ – система автоматизации инженерного труда

(CAI – Сomputer Auto

mation Engineering).

Проектирование – процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта на основе его первичного описания.

Проектирование разделяют на:

  • неавтоматизированное

  • автоматизированное

  • автоматическое

Будем рассматривать автоматизированное проектирование.

Пояснение:почему рассматриваем именно автоматизированное проектирование.

Почему не занимаемся неавтоматизированным проектированием. Такие сложные объекты, как изделия современной электронно-вычислительной техники вручную проектировать очень нелегко.

Почему не занимаемся автоматическим проектированием. Задача, которой мы занимаемся – это проектирование печатных плат и проектирование микросхем. Эти задачи относятся к классу комбинаторных задач, и более того, относятся к классу NP-полных задач. В этих задачах оптимальное решение может быть найдено только путем полного перебора всех возможных вариантов решений и выбора из них наилучшего. И сложность этих задач растет экспоненциально при добавлении каждого нового элемента в набор, из которого мы выбираем. На том числе элементов, с которым мы работаем при проектировании модуля электронно-вычислительной техники (платы, ИС), мощность современных машин исчерпывается достаточно быстро. И нет сегодня такой техники, на которой в автоматическом режиме могли бы решаться эти задачи (хотя до определенного уровня сложности это возможно).

А автоматизированное проектирование подразумевает диалог человека с машиной. В этой системе конструктор, человек, который проектирует, сам устанавливает (вместо полного перебора) пути решения. В этой ситуации есть такая вероятность, что мы попадем на оптимум, но совсем необязательно. И в этом плане мы меняем некий ориентир. Мы ищем не оптимальное решение, а мы ищем решение, которое удовлетворит конструктора (или пользователя). Т.е. если решение нас устраивает, мы считаем, что задача решена. Поэтому мы будем использовать автоматизированное проектирование, т.е. проектирование, в котором участие человека обязательно.

Пояснение. Если раньше были отдельно система САПР, система АСТПП, система САИТ, то теперь это подсистемы одной большой системы, которые неразрывно работают вместе в одном процессе проектирования. В дальнейшем вместо связки САПР/АСТПП/САИТ будем говорить просто САПР (для упрощения).

Выделяют две основные задачи САПР:

  1. Задача анализа связана с определением функций объекта или системы по заданному описанию и оценкой возможных проектных решений.

  2. Задача синтеза связана с описанием самого объекта и разработкой проектной документации.

Синтез бывает:

    • Структурным – это получение структурной схемы объекта, формирование сведений о составе элементов и способах их соединения между собой;

    • Параметрическим – это определение числовых значений параметров элементов или систем.

Синтез называют оптимизацией, если определяются наилучшие в заданном смысле структуры (структурная оптимизация) или параметры (параметрическая оптимизация). Проведение оптимизации требует задания критериев оптимизации. Если критерий один – это скалярная оптимизация, если несколько – это векторнаяоптимизация.

Критерии оптимизации бывают:

  • частные

  • аддитивные

  • мультипликативные

  • минимаксные.

Анализ.

Для решения задачи анализа применяют специальные языки моделирования. Это VHDL и Verilog.

Если анализируется динамика объекта, то тогда используют имитационное моделирование.

Если исследуются статические свойства объекта, то используют математические модели и методы искусственного интеллекта (нейронные сети, методы статистического анализа, продукционные экспертные системы).

Также для анализа статических и динамических свойств объекта сегодня применяют системы поддержки принятия решений (СППР).

Нейронная сеть – это самонастраивающийся объект, состоящий из элементарных составляющих – персептронов. Этот самонастраивающийся объект может настраиваться на определенную статистику, т.е. его можно обучать.

Например, есть вход, и мы знаем, при какой последовательности входных данных должны быть выходные данные, а связь между входом и выходом определить невозможно. Тогда используется этот объект, который обучается, и в какой-то момент настроится на то, что при каком-то входе выдаст на выходе нужные данные, т.е. внутри себя сам устанавливает какую-то связку.

Экспертные системы бывают:

  • продукционные (можно выстроить через связку действий "если-то");

  • на основе сетей (семантическая сеть);

  • на основе фреймов (фрейм – целостное описание объекта, которое позволяет его отделить от другого объекта. Т.е. это такое описание, что никакой другой объект под это описание не подойдет)

Виды обеспечения САПР

Математическое обеспечение (МО) – это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, представленных в заданной форме.

Техническое обеспечение (ТО) - это совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (сами компьютеры, графопостроители, плоттеры и т.д.)

Программное обеспечение (ПО) – это совокупность машинных программ, необходимых для обеспечения процесса проектирования, включающая в себя как прикладное, так и системное ПО.

Информационное обеспечение (ИО) – это совокупность сведений, необходимых для процесса проектирования. Включает СУБД, непосредственно саму БД и базу знаний.

Лингвистическое обеспечение (ЛО) – это совокупность языков проектирования. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания текстов.

Методическое обеспечение (МТО) – это совокупность документов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обеспечения системы.

Организационное обеспечение (ОО) – это совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, а также форму представления результатов проектирования и порядок рассмотрения проектных документов.

Классификация САПР

  1. По разновидности и сложности объектов проектирования:

    1. САПР низкосложных объектов (число составных частей – до 100);

    2. САПР среднесложных объектов (число составных частей – от 100 до 10000);

    3. САПР высокосложных объектов (число составных частей – более 10000);

  1. По уровню автоматизации:

    1. неавтоматизированные (до 25% проектных процедур автоматизированы)

    2. среднеавтоматизированные (от 25 до 50% проектных процедур автоматизированы)

    3. высокоавтоматизированные (от 50 до 75% проектных процедур автоматизированы)

  1. По уровню комплексности:

    1. одноэтапные (выполняют один этап проектирования);

    2. многоэтапные (выполняют несколько этапов проектирования);

    3. комплексные (выполняют весь цикл проектирования объекта).

  1. По характеру и числу выпускаемых проектных документов:

    1. низкой производительности (от 100 до 10000 проектных документов*);

    2. средней производительности (от 10000 до 100000 проектных документов);

    3. высокой производительности (от 100000 и более проектных документов).

*Цифры даны в расчете на 1 год работы, один документ – один лист формата А4.

  1. По числу уровней технического обеспечения:

    1. одноуровневые – строятся на основе ЭВМ среднего и/или высокого класса со штатным периферийным оборудованием (графопостроителями, плоттерами);

    2. двухуровневые – строятся на основе ЭВМ среднего или высокого класса, в качестве интеллектуальных терминалов используются персональные ЭВМ;

    3. комплексные – строятся на основе ЭВМ среднего или высокого класса, которые объединяются в сеть и каждая из них имеет свою сеть персональных ЭВМ.

*ЭВМ среднего класса – рабочие станции;

ЭВМ высокого класса – отдельный класс мощных машин.

Организация САПР/АСТТП/САИТ

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем, и разрабатываемые как самостоятельные системы.

Подсистемой САПР называют выделенную по некоторым признакам часть САПР, позволяющую получать законченные проектные решения.

Подсистемы бывают:

  • Обслуживающие: системы информационного поиска,

системы документирования,

системы графического отражения объектов проектирования;

  • Проектирующие: подсистемы функционально-логического проектирования (на выходе этой подсистемы мы получаем функциональную, логическую и принципиальную электрическую схемы);

подсистема конструкторского проектирования (на выходе этой подсистемы получаем конструкцию устройства и конструкторская документация, которая включает в себя схему расположения элементов на поверхности модуля и топологию печатных соединений),

подсистема технологической подготовки производства (на выходе подсистемы получаем маршрутную карту производственного процесса и программы для станков с ЧПУ (числовым программным управлением)).

В состав как обслуживающих так и проектирующих систем могут входить:

  • Экспертные системы (ЭС) – это системы, в основе которых лежат базы знаний, представленных либо в виде системной продукции, либо в виде фреймов, либо в виде семантических сетей. Экспертные системы формализуют знания эксперта в определенной предметной области с целью выработки необходимых решений.

  • Системы принятия решений – это системы, позволяющие производить выбор эффективных проектных решений в условиях определенности и неопределенности сходной информации на основе формальных методов и процедур. Для оценки проектных решений могут применяться нейронные сети.

  • Системы поддержки принятия решений (СППР) – это системы, в которых выработка решений производится на основе человеко-машинных процедур. В этом случае человека называют ЛПР (лицо, принимающее решение).

Пояснение. Система принятия решений – машинная процедура (участие человека необязательно) – из массивов информации выбирается необходимая и выдается пользователю; а в системе поддержки принятия решения участие человека обязательно – человек сам выбирает нужную информацию из массива и принимает конкретное решение. Но на выходе этих обеих систем не оптимальное решение, а рациональное, т.е. решение, которое удовлетворяет ЛПР.

Принципы создания САПР

Эти принципы подходят для создания даже самых сложных систем. Выделяют следующие принципы создания САПР:

  1. Принцип включения: обеспечивает разработку систем на основе требований, позволяющих включать эти системы в САПР более высокого уровня.

  1. Принцип системного единства: при создании, функционировании и развитии САПР связь между подсистемами должна обеспечивать целостность всей системы.

  1. Принцип развития: САПР должна создаваться и функционировать с учетом появления, совершенствования и обнаружения ее подсистем и компонентов.

  1. Принцип комплексности: обеспечивать связность процесса проектирования элементов и объектов в целом на всех уровнях проектирования, позволяя согласовывать и контролировать характеристики элементов и объектов в целом.

  1. Принцип информационного единства: состоит в использовании в подсистемах, компонентах и средствах обеспечения САПР единых условных обозначений, терминов, символов, проблемно-ориентированных языков и способов представления данных в соответствии с принятыми нормативными документами.

  1. Принцип совместимости: языки, символы, коды, информационные и технические характеристики, связи между подсистемами, средствами обеспечения САПР ее и компонентами должны обеспечивать эффективное функционирование подсистем и сохранять открытую структуру системы в целом. Открытой называют систему, в которой интерфейсы взаимодействуя с внешней средой стандартизованы.

  1. Принцип стандартизации: состоит в проведении унификации, оптимизации, стандартизации подсистем и компонентов, инвариантных к проектируемым объектам и отраслевой специфике, а также в установлении правил с целью упорядочения деятельности по созданию и развитию САПР.

Стадии создания САПР

Различают две стадии создания САПР:

  1. Внешнее проектирование. В нее входят:

    1. стадия предпроектных исследований;

    2. разработка технического задания на проект.

  1. Внутреннее проектирование. К ней относят

    1. разработку технических предложений;

    2. рабочий проект;

    3. эскизный проект;

    4. технический проект;

    5. изготовление, отладка, испытание, ввод системы в действие.

Системный подход к проектированию

Исследование объектов проектирования с помощью их математических моделей составляют суть системного подхода. Выделяют следующие принципы системного подхода:

  1. Иерархичность. Каждая подсистема или элемент может рассматриваться как отдельная система.

  2. Структурность. Состоит в возможности описания системы через описание коммутационных связей между ее элементами.

  3. Взаимозависимость. Состоит в проявлении свойств системы только при взаимодействии с внешней средой.

  4. Множественность описаний. Состоит в описании системы на основе множества взаимодействующих математических моделей.

  5. Целостность. Свойства всей системы определяются на основе анализа свойств ее частей

Суть системного подхода – это проектирование части с учетом целого.

Базовые технологии проектирования в САПР

Наиболее перспективными технологиями проектирования в САПР являются:

  • Технология последовательного проектирования

  • Технология сквозного проектирования

  • Технология параллельного проектирования

  • Технология нисходящего проектирования

  • Технология восходящего проектирования

  • Технология объектно-ориентированного проектирования

  • Wave-технология.

Наиболее современными из них на сегодня являются:

  • Технология нисходящего проектирования

  • Технология сквозного проектирования

  • Технология параллельного проектирования

1.Технология последовательного проектирования

Технология последовательного проектирования строится на основе выполнения каждого последующего этапа проектирования при завершении предыдущего при последовательной передаче информации между этапами. Эта технология наиболее проста в реализации и не требует никаких дополнительных средств взаимодействия и согласования проектных процедур. Однако эта технология ведет к большому числу повторных итерационных циклов проектирования между различными этапами для выхода на решение, удовлетворяющее конструктора.

2.Технолгия сквозного проектирования

Смысл технологии сквозного проектирования состоит в эффективной передаче данных и результатов конкретного текущего этапа проектирования сразу на все последующие этапы. Данная технология базируется на модульном построении САПР на использовании общих баз данных и баз знаний всего проекта и характеризуются широкими возможностями моделирования и контроля на всех этапах проектирования. Эффективность данной технологии обусловлена возможностью разработчика использовать все данные, которые накоплены до выполнения данного этапа, из которых он выбирает те (в дополнение строго регламентированным), которые с его точки зрения позволят наиболее успешно справиться с поставленной задачей. Сквозное проектирование применяют в сочетании с технологией нисходящего проектирования для изделий ЭВТ (Электронной вычислительной техники).

3.Технология параллельного проектирования.

При параллельном проектировании информация относительно каких-либо промежуточных или окончательных характеристик разрабатываемого изделия формируются и предоставляются всеми участниками работ, начиная с самых ранних этапов проектирования на основе использования различных прогностических методов и оценок. Все участники работ одновременно получают техническое задание. Далее начинает выполняться первый этап проектирования. Участники, выполняющие более поздние этапы, на основе прогностических оценок дают рекомендации по выполнению более ранних по отношению к их этапам этапов проектирования.

Прогностическая оценка параметров может быть построена на основе использования математических моделей и методов, применения нейросетевого аппарата и методов искусственного интеллекта (использование методов продукции, фреймов и семантических сетей) оценка может производиться как на основе аналитических (статика работы объекта) так и на основе имитационных моделей (динамика работы объекта). Технология параллельного проектирования базируется на интегрированных инструментальных средствах и системах проектирования, причем, эта технология подразумевает использование методов выработки и оценки альтернативных стратегий проектирования. Наиболее широко эту технологию сегодня применяют в системах Mentor Graphics и Cadence. Эта технология требует как обязательный компонент распределенную информационную суду проектирования. Эффект от применения данной технологии достигается за счет учета мнений и рекомендаций всех последующих исполнителей по отношению к текущему этапу. Это позволяет избежать повторных итерационных циклов проектирования. Как правило, говорят о последовательно-параллельном проектировании, подразумевая тем самым, что последовательность реально выполняемых этапов проектирования не может быть нарушена.

Технология параллельного проектирования может подразумевать также параллельную разработку составных частей сложного объекта с учетом согласования их характеристик в процессе разработки.

4.Технология нисходящего проектирования

Технология нисходящего проектирования подразумевает унификацию маршрутов проектирования, которые разделяются на проектные процедуры. Эти процедуры так же унифицируются. Данная технология состоит в последовательной пошаговой детализации выполняемого проекта. При этом на каждом этапе/шаге необходимо рассматривать альтернативные варианты решения и выбранное наилучшее решение рассматривается как основа для выполнения более низшего этапа. Предполагается, что инженер начинает работать над проектом на высоком уровне абстракции с последующей детализацией проекта. Основной задачей руководителя или инженера является определение наиболее рационального концептуального решения, выбор алгоритмов проектирования и наиболее эффективных инструментальных средств проектирования, т.е. от инженера требуется определение правильной стратегии проектирования на основе достаточно общей и зачастую неопределенной информации.

Данная задача решается на основе применения так называемых предиктивных инструментальных средств, т.е. программ, обеспечивающих связь этапов функционального, логического, конструкторского проектирования и этапа технологической подготовки производства. При этом, предиктивные инструментальные средства используются как на уровне отдельных проектных процедур и этапов, так и на уровне проекта в целом. Предиктивные инструментальные средства позволяют работать на уровне прогностических оценок будущего проекта с целью выявления наиболее рациональных путей проектирования. Технология нисходящего проектирования позволяет получать изделия с наиболее высокими согласованными характеристиками отдельных узлов и блоков изделия. Однако наибольшая эффективность применения этой технологии достигается путем объединения данной технологии с технологией параллельного проектирования.

5.Технология восходящего проектирования

Технология восходящего проектирования – это проектирование объекта как сложной иерархическое системы, при котором выполнение проектных процедур с целью получения описания низших иерархических уровней предшествует выполнению проектных процедур с целью описания более высоких иерархических уровней. Технология восходящего проектирования – это движение от узлов к блокам и изделиям. Для проектирования изделий электронно-вычислительной техники наиболее предпочтительно нисходящее проектирование, которое наилучшим образом позволяет согласовать характеристики отдельных узлов и блоков ЭВМ, которое позволит достичь наилучших характеристик по производительности всего изделия. Хотя для ряда изделий восходящее проектирование будет предпочтительнее, когда мы не теряем эффективность изделия при объединении блоков нижнего уровня, разработка которых не была подчинена единой глобальной цели.

6.Объектно-ориентированное проектирование

Объектно-ориентированное проектирование представляет собой сочетание проблемно-ориентированного и инструментального проектирования. Для решения задач проектирования предполагается технологический подход, т.е. сначала выбирается общий подход к проектированию, под который затем разрабатываются технологии проектирования, а далее под эту технологию разрабатываются инструментальные средства. Технология объектно-ориентированного проектирования более полно учитывает особенности проектируемого изделия, но требует модификации при изменении объекта проектирования.

7.Wave-технология

Эта технология ориентирована на целевое управление глобальными модификациями, проводимыми в больших сборках сложных изделий и основана на использовании единой виртуальной цифровой модели объекта проектирования. Благодаря Wave-технологии появилась возможность создавать полные электронные представления любого сложного изделия. Оперативно модифицировать его по ходу развития проекта и, что очень важно, поддерживать его параллельное проектирование.

Использование всех перечисленных технологий и их конкретные комбинации зависят от конкретного вида изделия. Причем, для одних блоков сложного изделия может быть выбрана одна технология, для других – иная. Как правило, более эффективным для таких объектов является сочетание нисходящего, параллельного и Wave-технологии.

Структура процесса проектирования модуля электронно-вычислительной техники

  1. Концептуальное проектирование (авантпроектирование) – на данном этапе прорабатывается будущая стратегия всего процесса проектирования, включая выбор основополагающих характеристик изделия, определение наиболее рациональных средств проектирования и технологии проектирования.

  2. Функционально-логическое проектирование – включает проектирование функциональных и логических схем и проектирование программ, испытаний и тестов. В итоге на выходе данного этапа имеем принципиальную электрическую схему устройства.

  3. Конструкторское проектирование (техническое проектирование) – это конструкторское аванпроектирование. Оно включает в себя:

    1. Формирование множества рациональных вариантов конструкции изделия.

    2. Анализ альтернативных программных модулей выполнения последующих программных процедур и выбор из них наиболее приемлемых (настройка САПР на объект проектирования).

    3. Выбор базового варианта конструкторского решения, т.е. выбор метричеких и топологических параметров объекта.

  4. Компоновка конструктивных модулей.

  5. Размещения элементов на поверхности модуля.

  6. Трассировка сигнальных соединений (разработка топологии).

  7. Технологическая подготовка производства (разработка маршрутных карт производственного процесса).

  8. Подготовка и выпуск технической документации.

До недавнего времени главным показателем оценки возможностей САПР была скорость трассировки сигнальных соединений. На этапах аванпроектирования компоновки блоков и размещения элементов не продумывали достаточно серьезно сложность задач трассировки, а проблему решали за счет разработки более мощных программ трассировки. Сейчас стратегия изменена: на начальных этапах проектирования ведется поиск такого конструктивного решения, которое в наибольшей степени облегчает задачу трассировки. При этом используют менее дорогостоящие трассировщики, однако, вероятность успешного решения задачи трассировки повышается. В настоящее время фирмы-производители САПР используют программы трассировки независимых разработчиков, которые могут успешно включаться в данную САПР, поскольку все современные САПР разработаны на основе технологии открытых систем.

Системы проектирования электронных устройств P-CAD

Система P-CAD является интегрированным набором специализированных программных пакетов, работающих в диалоговом режиме. Средства системы позволяют проектировать принципиальные электрические схемы, печатные платы (в т.ч. многослойные), а также получать всю необходимую конструкторскую документацию. Версии этой системы позволяют проектировать плату, содержащую до 500 компонент и 2000 межэлементных связей.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Сапр технологических процессов

    Конспект
    ... 4 САПР В КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 4.1 Понятие жизненного цикла ... конструкторских и технологических решений и существенно сократить длительность технической подготовки производства. Эффективному внедрению СЕ-проектирования в производство ...
  2. 8 8 Экономическая эффективность поточного производства

    Документ
    ... конструкторской и технологической подготовки производства в цикле СОИТ, эффективнее использовать технологическое оборудование с ЧПУ. Важным результатом внедрения САПР ...
  3. Проектирование и производство режущего инструмента

    Задача
    ... производства (всех процессов конструк­торской и технологической подготовки) и процесса производства в единую автоматизированную комплексную систему, управляе­мую с помощью ЭВМ ... и техническое обеспечениеСАПРИ Программное обеспечениеСАПР включает языки ...
  4. Автоматизация технологических процессов и производств

    Учебно-методический комплекс
    ... с основными возможностями САПРконструкторского назначения «Компас» и ... технологической подготовки производства (АСТПП): обеспечение технологичности конструкций изделия; разработка технологических процессов; проектирование средств технологического ...
  5. ТЕХНОЛОГИИ СОПРОВОЖДЕНИЯ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ (CALS технологии) Курс лекций дисциплины «Компьютерные технологии и САПР» для студентов специальностей 120500

    Документ
    ... САПР), автоматизированной системы технологической под­готовки производства (АСТПП) и автоматизированной системы управления технологическими ... обеспечения CALS. К лингвистическому обеспечению ... базовые и составные. Базовые ... конструкторскими, технологическими, ...

Другие похожие документы..