А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Функціональне проектування

Функціональне проектування здійснюється практично на всіх стадіях і етапах створення технічного об'єкта і при цьому багаторазово повторюється в міру розкриття невизначеностей, характерних для початкових етапів.

Функціональне проектування може включати завдання прийняття проектних рішень з урахуванням одного або декількох критеріїв переваги при можливому варьировании внутрішніх параметрів об'єкта, алгоритмів його управління або спільному зміні параметрів об'єкта і керуючих впливів. В іншу ланцюжок включаються завдання конструкторського опрацьовування складальних одиниць і деталей вироби з визначенням і оцінкою геометричних і механічних показників.

Функціональне проектування може бути зведено до задачі прийняття проектних рішень і полягає у визначенні принципу дії, що характеризує перетворення потоків енергії та інформації в об'єкті, його конструкції, значень параметрів і допусків на параметри.

Функціональне проектування включає в себе аналіз технічного завдання (ТЗ) і на його основі вибір з системних позицій методики побудови і шляхів реалізації обчислювального процесу в ЕВА; пов'язане з аналізом і синтезом блоків ЕВА; полягає в розробці функціональних і принципових схем. Тут визначають принципи функціонування та найважливіші параметри та характеристики ЕВА.

Функціональне проектування включає в себе концептуальне проектування і схемотехническое. Ці види робіт є найбільш відповідальними, оскільки вони виконуються на ранніх стадіях проектування.

Функціональне проектування представляє найбільш загальний підхід до опису систем. Визначаються граничні умови і бажані входи і виходи, складається докладний перелік функцій або операцій, які повинні виконуватися. Метод в спрощеному вигляді зводиться до складання блок-схеми системи.

Функціональне проектування включає в себе рішення трудомістких завдань, пов'язаних з визначенням принципів побудови об'єктів проектування і оцінкою їх властивостей на основі дослідження процесів їх функціонування. Автоматизація функціонального проектування передбачає вирішення цих завдань за допомогою функціональних математичних моделей (ММ) об'єктів проектування на мікро -, макро - і Метауро-нях.

Функціональне проектування ЕВА складається з чотирьох основних горизонтальних рівнів: системного, логічного, схемотехнического, компонентного.

Функціональне проектування технічних систем виконують на основі модельних режимів (див. § 1.6), в число яких входять перехідні процеси. Перехідним процесом системи називається перехід її з одного усталеного стану в інше. Моделювання перехідного процесу дозволяє досліджувати швидкодія, точність, динамічність, коливальність і інші найважливіші властивості технічної системи, які регламентуються технічними вимогами. для чисельної оцінки цих властивостей вводиться система показників якості перехідного процесу, які поряд з показниками ефективності, що характеризують продуктивність, економічність та ін., є найважливішими вихідними параметрами, визначальними технічний рівень і споживчі якості створюваного технічного об'єкта.

Функціональне проектування пристроїв НВЧ - це синтез пристрою з необхідними характеристиками, а саме з матрицею розсіювання, елементи якої є, наприклад, необхідними функціями частоти. Параметричний синтез (оптимізація) також може виконуватися евристичний в процесі діалогу проектувальник-система проектування. Такий шлях у багатьох випадках кращий, так як він дозволяє використовувати формалізації досвід людини. Часто він єдино можливий, оскільки через велику машинної трудомісткості рішення крайових задач виявляється майже неможливий якої б то не було автоматизований пошук оптимальних вихідних даних на безлічі рішень. Однак в ряді випадків виявляється можливим використовувати алгоритм оптимізації і автоматизувати параметричний синтез пристрої НВЧ.

Функціональне проектування апаратури наведених класів слід будувати на різних принципах з використанням різних форм завдань, математичних методів і організації обчислювального процесу. Методологія ж технічного проектування для зазначених класів апаратури має багато спільних рис, пов'язаних головним чином з алгоритмічної спільністю завдань компоновок, розміщення і проектування монтажних з'єднань і випуском документації.

Основою функціонального проектування є одноваріантного аналіз об'єктів проектування - визначення вихідних параметрів об'єкту при заданих значеннях внутрішніх і зовнішніх параметрів.

Схема маршруту взаємодії підпрограм пакета функціонального проектування. Пакети функціонального проектування як програми, що обробляють пропозиції і директиви вхідного мови, є мовними процесорами. Існує два типи мовних процесорів: інтерпретатори і транслятори.

Пакет функціонального проектування, побудований з використанням принципу трансляції, так почала розрахунку не має повної і скомпонована оброблювальній підсистеми. Мовна підсистема такого пакета сприймає опис на проміжному (вхідному) мовою і як вихід видає на об'єктному мовою програму (и) обчислень залежно від типу вхідного описом. Об'єктним мовою може бути будь-який алгоритмічний мову високого рівня (ПАСКАЛЬ, ФОРТРАН, ПЛ /1 і ін.) Або мову машинних команд. Якщо в якості об'єктного використовується машинний мову, то отримані програми будуть відразу готові до виконання. Якщо ж об'єктна мова - мова високого рівня, то додатково необхідний переклад об'єктної програми в машинні команди. Транслятор, виходом якого є об'єктні програми в машинних командах, називають компілятором.

 При функціональному проектуванні факторні моделі найбільш часто отримують на основі обчислювальних експериментів на ЕОМ з X пкп и JL теоретичною моделлю.

При функціональному проектуванні розробляють принципові схеми радіоелектронної апаратури та вибирають її параметри і структуру. Принципово цей етап можна формалізувати і звести до моделювання та аналізу схем, а при більш високому рівні машинного проектування - до параметричного синтезу аналогових схем і структурному синтезу схем цифрових автоматів.

Найважливішим завданням функціонального проектування є пошук оптимальних значень внутрішніх параметрів об'єкта при заданому технічному завданні. З огляду на порівняно високу вартість процедур аналізу, розробник прагне організувати цілеспрямований пошук значень внутрішніх параметрів так, щоб отримати найкраще виконання технічного завдання найбільш економним способом. Ці завдання покликана вирішувати параметрическая оптимізація, яка об'єднує дна важливих аспекти: постановки задачі і вибору методів її вирішення. Обидва аспекти носять неформальний характер і базуються на використанні апарату процедур аналізу. Особливість фукціонального ММ призводить до необхідності використання пошукових методів оптимізації.

Серед завдань функціонального проектування визначення структури об'єкта (структурний синтез) найменш формалізована.

Автомобіль індивідуального користування (ВНДІТЕ. В основу функціонального проектування було покладено ту обставину, що в автомобілі-таксі споживачі (водій та пасажири) переслідує різні цілі.

Основні завдання функціонального проектування наступні: розробка структурних схем, визначення вимог до вихідних параметрів; аналіз і формування ТЗ на розробку окремих блоків ЕВА; синтез функціональних і принципових схем отриманих блоків; контроль і вироблення діагностичних тестів; перевірка працездатності синтезованих блоків; розрахунки параметрів пасивних компонентів і визначення вимог до параметрів активних компонентів; формулювання технічне завдання на проектування компонентів; вибір фізичної структури, топології компонентів; розрахунки параметрів дифузійних профілів і напівпровідникових компонентів, електричних параметрів, параметрів технологічних процесів епітаксії, дифузії, окислення та ін .; імовірнісні вимоги до вихідних параметрів компонентів.

На етапі функціонального проектування розробляється принципова схема апаратури з визначенням її параметрів і структури. Проводиться вибір елементної бази для реалізації РЕА, розрахунок і оптимізація режимів роботи апаратури, розробляються схеми з'єднань. Цей етап може бути формалізований і зведений до моделювання та аналізу схем. На етапі функціонального проектування широко використовуються логічні та обчислювальні можливості ЕОМ.

На етапі функціонального проектування вироби радіоелектроніки реалізується формування структурної схеми кожного компоненту на обраної елементної бази і розробляються алгоритми діагностики дефектів. Цей етап в існуючих САПР виробів радіоелектроніки практично повністю автоматизований шляхом широкого використання методів математичного моделювання. Реалізація етапу на ЕОМ базується на описах математичних моделей елементів, обраних на попередньому етапі, і описі зв'язків між елементами.

Для виконання функціонального проектування конкретного технічного об'єкта потрібно отримати його математичну модель і здійснити постановку задачі оптимізації. Крім того, необхідно мати у своєму розпорядженні програмним забезпеченням, що реалізує маршрут проектування, основними процедурами якого є аналіз варіантів та оптимізація параметрів.

Операції і процедури функціонального проектування, як правило, майже повністю піддаються формалізації, що в кінцевому підсумку створює необхідні умови для визначення і вибору оптимальних параметрів та структури технічного об'єкта. При цьому використовуються математичні моделі створюваних об'єктів, моделі оцінки та прийняття рішень, які у вигляді відповідних алгоритмів реалізуються при проектуванні.

У складі пакету функціонального проектування виділяють три основні частини (підсистеми) 1) мовну; 2) обробну; 3) монітор.

Лінгвістична відкритість пакета функціонального проектування грунтується на концепції використання мов двох рівнів. Верхній рівень займають вхідні мови, орієнтовані на певні групи користувачів і дають кошти лаконічного і зручного опису обмежених класів об'єктів.

Аналіз вузлів з позицій функціонального проектування заснований на ММ макрорівня, які висловлюються системами ОДУ. Прикладами вузлів, аналізу якості яких при проектуванні верстатів приділяється велика увага, крім шпиндельних вузлів, є приводи подач робочих органів верстатів і машин.

Розширення області застосування пакету функціонального проектування неможливо без наявності в ньому спеціальних засобів модифікації і розширення, що забезпечують його всебічну відкритість для включення новихпрограмних компонентів, в першу чергу підпрограм моделей конкретних технічних систем. Синтез моделей, їх програмування являє собою часто досить складну науково-технічну задачу, вирішити яку більшість користувачів самостійно не може. Тому очікується, що в найближчі роки для вирішення проблеми синтезу моделей технічних об'єктів можуть знайти широке застосування системи баз знань.

Третім етапом є фазу функціонального проектування, а четвертий - фазу фізичного проектування системи.

Останнім часом стали широко застосовуватися комплексний і функціональний проектування. Під комплексним проектуванням розуміється проектування за участю фахівців різних профілів. Воно має місце, коли розробляється складний прилад, що складається з окремих вузлів, побудованих за різними принциповими схемами. Наприклад, поряд з механічними і електронними вузлами можуть бути оптичні вузли; датчики можуть застосовуватися оптичні, електричні, акустичні, пневматичні, радіоактивні і ін. В таких випадках окремі вузли нерідко розробляються і виготовляються різними заводами. Прикладом такого комплексного проектування є створення великих телескопів.

пакетний і діалоговий режими роботи пакетів функціонального проектування. На макрорівні пакети проектування повинні допускати пакетний та діалоговий режими роботи.

Поряд з теоретичними математичними моделями при функціональному проектуванні технічних систем широко застосовуються експериментальні факторні математичні моделі.

Проведене порівняння двох підходів до побудови пакетів функціонального проектування на макрорівні дає можливість зробити висновок про перевагу застосування принципу трансляції.

Реалізація розглянутих вище шляхів підвищення обчислювальної ефективності пакетів функціонального проектування часто вимагає використання інших в порівнянні з описаними в § 5.1 і 5.2 принципів побудови ПО.

Побудова математичної моделі системи починається після закінчення її функціонального проектування і розробки принципової технологічної схеми. Модель може розроблятися і для дослідження систем, знаходяться в експлуатації.

Одними з найбільш складних в ПО САПР є пакети функціонального проектування на макрорівні. У їх складі виділяють три основні підсистеми: мовну, обробну і монітор. Мовна підсистема організовує спілкування користувача з пакетом, використовуючи концепцію мов двох рівнів. Переробна підсистема здійснюєбезпосереднє рішення проектних завдань. Обидві названі підсистеми функціонують під управлінням монітора.

високий технічний рівень виробу досягається в значній мірі на етапі функціонального проектування, на якому визначаються основні параметри об'єкта. Проектні рішення при цьому в значній мірі визначають його якості. Тому головне завдання конструктора полягає в тому, щоб виявити і усунути потенційні джерела дефектів ще на стадії проектування.

В даний час спостерігаються дві основні тенденції в розвитку пакетів функціонального проектування.

ПО САПР, яка може бути використана в якості ядра пакетів функціонального проектування динамічних об'єктів, що описуються системами звичайних диференціальних рівнянь.

Комплексирование приватних завдань проектування може бути засноване на формуванні упорядкованих підмножин завдань функціонального проектування, із однієї боку, і завдань конструювання - з іншого. При визначенні вигляду проектованого об'єкта між виділеними підмножинами завдань здійснюються тісні взаємозв'язки, а послідовність їх виконання задається з урахуванням особливостей конкретного проекту. Наприклад, при провідній ролі масогабаритних показників доцільно почати проектування з компонування конструкції.

Основним завданням конструкторського проектування є реалізація принципових схем, отриманих на етапі функціонального проектування верстата. При цьому проводиться конструювання окремих деталей, компоновка верстатних вузлів з конструктивних елементів, після чого оформляється технічну документацію на об'єкт проектування. Вирішення цих груп завдань становить сутність геометричного і компоновочного (топологічного) проектування верстатів та їх вузлів. Крім того, до завдань конструкторського проектування необхідно віднести перевірку (аналіз) якості отриманих конструкторських рішень.

Істота дослідження входів і виходів було викладено в § 444 а істота функціонального проектування - в § 462. Перед читанням цієї глави корисно знову переглянути ці розділи.

Системи автоматизованого проектування в радіоелектроніці застосовуються практично на всіх етапах: структурний синтез, функціональне проектування, проектування технології виготовлення.

Великий клас завдань АП складають аналіз у часовій області і параметричну оптимізація об'єктів при функціональному проектуванні на макрорівні.

Матеріал глави охоплює системи технічного проектування як аналогової, так і цифрової апаратури, а також системи функціонального проектування. Конкретизація матеріалу орієнтована на елементну базу III покоління, що знайшла в даний час найбільше застосування при проектуванні МЕА. Цьому важливому питанню автоматизації всіх проектно-конструкторських робіт буде присвячено кілька томів серії.

Використання ЕОМ нетрадиційної архітектури спільно зі спеціальними декомпозіціонние методами може в ряді випадків забезпечити багаторазове підвищення ефективності пакетів функціонального проектування за рахунок розпаралелювання обчислень на етапі аналізу. Таке розпаралелювання, наприклад, в підсистемах макрорівня, можливо на різних етапах вирішення ММ системи. Так, в програмі CLASSIE, розробленої спеціально для суперЕОМ CRAY-1 распараллелівать обчислення в моделях елементів і обробка фрагментів об'єкта, що моделюється. Існують методи розпаралелювання процедури розв'язання систем алгебраїчних рівнянь. Однак найбільше прискорення досягається під час використання релаксаційних методів вирішення систем ОДУ за рахунок мінімізації часу, необхідного на синхронізацію процесів рішення, які виконуються на різних процесорах багатопроцесорної обчислювальної системи.

З використанням цих та наступних моделей комп'ютерів першого і другого поколінь автоматизировались проектні процедури, пов'язані в основному до функціонального проектування.

Функціональне проектування пристроїв НВЧ має ряд принципових особливостей, пов'язаних тим, що аналіз фізичних процесів цих пристроїв значно складніше, ніж електронних кіл із зосередженими параметрами.

Функціональне проектування включає в себе рішення трудомістких завдань, пов'язаних з визначенням принципів побудови об'єктів проектування і оцінкою їх властивостей на основі дослідження процесів їх функціонування. Автоматизація функціонального проектування передбачає вирішення цих завдань за допомогою функціональних математичних моделей (ММ) об'єктів проектування на мікро -, макро - і Метауро-нях.

Завдання на варіантні перетворення, агрегатування і уніфікацію передбачають знання деяких правил проектування, дотримання яких сприяє досягненню необхідного результату. Завдання функціонального проектування, модернізацію і прогнозування не залежать від наявністю постійних правив. Ці правила визначаються (якщо вони не були відомі раніше) або змінюються (якщо вони були відомі, але виявилися малоподходящіх) в ході проектування. Кожна група проектно-дослід-ницького завдань має свої переваги. Перші дозволяють художнику-конструктору оцінити результати застосування тих чи інших правил, другі визначають механізм трансформації проектних рішень, шляхи переходу від існуючих рішень до нових.