_{Лекция №1}

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

Автоматизированное проектирование - проектирование, при котором подразумевается диалог человек-компьютер в процессе создания описания объекта.

Автоматическое проектирование - проектирование ЭВМ без участия человека.

CAПP/CAD Система Автоматизированного Проектирования

АСТПП/CAM Автоматизированная система Технологической Подготовки Производства

САИТ/САК Система Автоматизации Инженерного Труда

CAD Computer Automation Design

CАМ Computer Automation Manufacturing

CAE Computer Automation Engineering

В CAПP выделяют две основные задачи:

1. Задача анализа.

Связана с определением функций объектов или системы по заданному описанию и оценкой возможных проектных решений.

2. Задача синтеза.

Связана с созданием самого объекта и проектной документации.

_{Синтез бывает:}

• Структурным.

Цель получение структурной схемы объекта, формирование сведений о составе элементов и способов их соединения между собой.

• Параметрическим.

Цель определение численных значений элементов или систем.

Синтез называют оптимизацией, если определяются наилучшие в заданном смысле структуры (структурная оптимизация) или параметры (параметрическая оптимизация).

Проведение оптимизации требует задания спектра критериев оптимизации. Если критерий один, то это скалярная оптимизация, если параметров несколько, то векторная.

Критерии оптимизации:

• частные

• аддитивные

• мультипликативные

• минимаксные

^{Для проведения задачи анализа применяют:}

• специальные языки моделирования (например VHDL) имитационное моделирование. Используется для анализа объекта в динамике.

• Для анализа объекта в статике применяют математическое моделирование и различные нейросетевые модели и методы искусственного интеллекта (экпертные системы и системы поддержки принятия решений).

Системы поддержки принятия решений (СППР) могут включать в себя все вышеперечисленные средства.

Виды обеспечения САПР

Математическое обеспечение (МО) - совокупность математических методов моделей и алгоритмов проектирования, представленный в заданной форме.

Техническое обеспечение (ТО) - совокупность связанных и взаимодействующих технических средств, средств вычислительной техники.

Программное обеспечение (ПО) - совокупность машинных программ, необходимых для осуществления процесса проектирования, включая системное и прикладное ПО.

Информационное обеспечение (ИО) - совокупность языков проектирования. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания текстов.

Методичсскос обеспечение (МТО) - совокупность документов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обеспечения системы.

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

Классификация САПР

САПР классифицируют по:

1. Разновидности и сложности объектов проектирования:

• CAПP низко сложных объектов (количество составных частей до 100)

• САПР средне сложных объектов (количество составных частей 100 - 10000)

• САПР высоко сложных объектов (количество составных частей 10000 и выше)

2. Уровню автоматизации:

• низко автоматизированные (до 12% проектных процедур автоматизировапно)

• средне автоматизированные (25 50% проектных процедур автоматизировапно)

• высоко автоматизированные (50 75% проектных процедур автоматизировапно)

3. Уровню комплексности:

• одноэтапные (выполняют один этап проектирования)

• многоэтапные (выполняют несколько этапов проектирования)

• комплексные (выполняют весь цикл проектирования объекта)

4. Характеру, числу выпускаемых проектных документов (в расчете на один год работы
системы и на единицу измерения формат А4):

• САПР ниткой производительности (100 10000 проектных документов)

• САПP средней производительности (10000 100000 проектных документов)

• САПР высокой производительности (100000 и больше проектных документов)

По ГОСТу проектная информация должна быть на твердом носителе (бумаге) и магнитном носителе (дискеты не рекомендуются)

5. Числу уровней технического обеспечения:

• Одноуровневые. Строятся на основы ЭВМ среднего или высокого класса со штатным периферийным оборудованием. Сейчас все больше производителей выпускают версии для ПЭВМ.

• Двухуровневые. Строятся на основе ЭВМ среднего или высокого класса, которые в качестве интеллектуальных терминалов используют ПЭВМ.

• Комплексные. Строятся на основе ЭВМ среднего или высокого класса, которые объединяются в сеть и каждая из этих ЭВМ имеет свою сеть ПЭВМ.

^{Лекция №2}

Организация САПР

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

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

САПР разделяют на проектирующие подсистемы и обслуживающие.

К проектирующим подсистемам относят:

• Подсистему функционально-логического проектирования. На выходе этой системы мы получаем функциональную схему, затем логическую схему и на выходе принципиальную электрическую схему.

• Подсистему конструкторского (технического) проектирования. На выходе этой системы получаем конструкцию устройства и конструкторскую документацию, включая схему расположения элементов на поверхности модуля и топологию печатных соединений межу элементами.

• Подсистемы технической подготовки производства. На выходе этой системы получаем маршрутную карту производственного (технологического) процесса и программы для управления станками с числовым программным управлением.

К обслуживающим подсистемам относят:

• Системы информационного поиска

• Системы документирования

• Системы графического отображения объектов проектирования

В состав как проектирующих, так и обслуживающих системы современных САПР могут входить:

• Экспертные системы - это системы, в основе которых лежит база знаний, представленная либо в виде системы продукции, либо в виде фреймов (в виде семантических сетей). Экспертные системы позволяют формализовать знания эксперта в определенной предметной области с целью принятия рациональных проектных решений.

• Системы принятия решений. Эти системы позволяющие проводить выбор эффективных проектных решений в условиях определенности и неопределенности исходной информации на основе формальных методов и процедур принятия решений. Для оценки проектных решений могут также применяться нейросетевые технологии.

• Системы поддержки принятия решений. Наряду с вышеперечисленными методами могут применяться различные методы информационной поддержки и аналитической обработки представленной информации для принятия более правильного решения пользователем.

Принципы создания САПР

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

2. Принцип системного единства. При создании, функционировании и развитии САПР, связь между подсистемами должна обеспечивать целостность всей системы.

3. Принцип развития. САПР должна создаваться и функционировать с учетом появления, совершенствования и обновления ее подсистем и компонентов.

4. Принцип комплексности. Обеспечивает связность процессов проектирования элементов и объекта в целом на всех уровнях проектирования, позволяя согласовать и контролировать характеристики элементов и объекта в целом.

5. 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.

6. Принцип совместимости. Языки, символы, коды, информационные и технические характеристики, связи между подсистемами, средствами обеспечения САПР и компонентами должны обеспечивать эффективное функционирование подсистем и открытую структуру системы в целом. Открытой называют систему, в которой интерфейсы взаимодействия с внешней средой стандартизированы.

7. Принцип стандартизации. Состоит в проведении процедур унификации, типизации, стандартизации подсистем и компонентов инвариантных к проектируемым объектам и отраслевой специфики, а также установления правил с целью упорядочения деятельности по созданию и развитию САПР.

Стадии создания САПР

При создании САПР различают внешнее и внутреннее проектирование.

К внешнему проектированию относят:

• Стадию пред проектных исследований

• Разработку технического задания на проект

К внутреннему проектированию относят:

• Разработку технических предложений

• Рабочий проект

• Эскизный проект

• Технический проект

• _{Изготовление, отладку, исполнение и ввод системы в действие}

Все вышесказанное может быть применено при создании большинства технических объектов и систем.

Системный подход к проектированию

Исследование объектов проектирования с помощью их математических моделей составляет суть системного подхода.

Выделяют следующие принципы системного подхода:

• Иерархичность. Каждая система или элемент может рассматриваться как отдельная система.

• Структурность. Состоит в возможности описания системы через описание коммунитационных связей между ее элементами.

• Взаимозависимость. Заключается в проявлении свойств системы только при взаимодействии с внешней средой.

• Множественность описания. Заключается в описании системы на основе множества взаимодействующих математических моделей.

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

Суть системного подхода - это проектирование части с учетом целого.

_{Лекция №3}

Базовые технологии проектирования

САПР/АСТПП/САИТ

Наиболее перспективными на сегодняшний день являются технологии:

• Сквозного проектирования

• Параллельного проектирования

• Нисходящего проектирования

CALLS технология

Основная идея заключается в создании электронного описания и сопровождения изделия на всех этапах его жизненного цикла. Электронное описание должно соответствовать принятым отечественным и международным стандартам в данной предметной области. Это технология информационного сопровождения создания изделия.

^{Сквозное проектирование}

Смысл сквозной технологии состоит в эффективное передаче данных и результатов конкретного текущего этапа проектирования сразу на все последующие этапы.

Данные технологии базируются на модульном построении САПР, но использовании общих баз данных и баз знаний на всех этапах выполнения проекта и характеризуются широкими возможностями моделирования и контроля на всех этапах проектирования.

Сквозные САПР, как правило, являются интегрированными, т.е. имеют альтернативные алгоритмы реализации отдельных проектных процедур.

Параллельное проектирование

Технология параллельного проектирования является развитием технологии сквозного проектирования.

При параллельном проектировании информация относительно каких-либо промежуточных или окончательных характеристик изготавливаемого изделия формируются и предоставляются всем участникам работы, начиная с самых ранних этапов проектирования. В этом случае информация носит прогностический характер. Ее получение базируется на математических моделях и методах прогностической оценки различных вариантов проектных стратегий, т.е. выбора основополагающих характеристик разрабатываемого изделия, определение критериев качества разработки и выбор алгоритмических и инструментальных средств разработки. Оценка может производиться на основе аналитических моделей, на основе статистических методов и на основе методов экспертных систем.

Технология параллельного проектирования реализуется на основе интегрированных инструментальных средств прогностической оценки и анализа альтернативных проектных решений с последующим выбором базового проектного решения.

Прогностическая оценка может производиться как относительно всего проекта (тогда мы говорим об этапе аван проектирования), так и относительно отдельных этапов проектирования.

Принципиальным отличием параллельного проектирования от сквозного проектирования является то, что информация не просто поступает на все последующие этапы проектирования, а, поскольку все этапы начинают выполняться одновременно, информация поступает как на все предыдущие, так и на все последующие этапы проектирования.

Выигрыш параллельного проектирования в качестве всего проекта, т.к. на конкретном этапе проектирования учитываются критерии с других этапов.

Информация появляется у все участников разработки из технического задания и на основе этапов аван проектирования.

Впервые среду параллельного проектирования предложила фирма Mentor Graphics на основе принципа объединения всех инструментальных средств проектирования и данных в одном непрерывном и гибком процессе создания изделия.

В состав этой инфраструктуры входит:

• Среда управления проектированием

• Система управления данными проекта

• Система поддержки принятия решений

Нисходящее проектирование

Технология нисходящего проектирования предполагает, что инженер начинает работать над проектом на высоком уровне абстракции с последующей детализацией.

Основной задачей руководителя или инженера является определение оптимального концептуального решения (как правило, ищется более рациональное) выбора алгоритмов проектирования, а так же эффективных инструментальных средств проектирования. Другими словами определение правильной стратегии проектирования на основе достаточно общей и неопределенной информации. Данная задача решается на основе придиктивных инструментальных средств, т.е. программ, обеспечивающих связь этапов функционально-логического, технического (конструкторского) этапа проектирования и этапа технологической подготовки производства.

При этом, придиктивный инструментарий используется как на уровне отдельных проектных процедур, так и на уровне проекта в целом.

Нисходящее проектирование позволяет получать изделие с более высокими эксплуатационными характеристиками и создавать надежное устройство.

Все современные производители САПР базируются на технологии нисходящего проектирования.

Структура процесса проектирования модуля электронно-вычислительной техники

1. Концептуальное.(аван) проектирование

2. Функционально-логическое проектирование

1. Проектирование функциональных схем

2. Проектирование программ испытаний и тестов

3. Конструкторское (техническое) проектирование

a) Конструкторское (аван) проектирование

• Формирование множества рациональных вариантов

• Анализ альтернативных программных модулей реализации последующих проектных процедур и выбор из них наиболее приемлемых (адаптация САПР к объекту проектирования)

• Выбор базового варианта конструкторского проектирования (выбор метрических и топологических параметров объекта)

2. Компоновка конструктивных модулей

3. Этап размещения элементов на поверхности модуля

4. Трассировка сигнальных соединений

5. Технологическая подготовка производства (создание маршрутных карт производственного процесса)

6. ^{Подготовка технической документации}