Вопрос 1. Основные понятия, состав и структура САПР

Тема 2: Основы автоматизированного проектирования электронных средств

ЛЕКЦИЯ 2

Вопросы:

1. Основные понятия, состав и структура САПР.

2. Виды обеспечения САПР.

3. Классификация САПР.

4. Основные процедуры автоматизированного проектирования ЭС.

Литература:

1. Норенков И.П. Автоматизированное проектирование: Учеб. пособие. – М.: Информатика в техническом университете, 2000.

2. Казённов Г. Г. Основы проектирования интегральных схем и систем. – М: БИНОМ. Лаборатория знаний,2005.

Технический прогресс в области создания ЭС осуществляется в направлении эволюционного развития и смены поколений этих изделий, период эксплуатации которых ограничен временем их морального старения.

Моральное старение ЭС происходит:

- в результате создания изделия с лучшими характеристиками, удовлетворяющими возросшим требованиям потребителя;

- в результате создания изделия со схожими характеристиками, но с более низкой стоимостью.

Проектирование ЭС — сложный, занимающий много времени и дорогостоящий процесс. Сроки разработки сложных ЭС могут превышать период, конкурентоспособности проектируемых изделий, а затраты на проектирование могут не окупиться к моменту морального устаревания этих ЭС.

Поэтому проектирование ЭС должно осуществляться в кратчайшие сроки с наименьшими затратами.

Одним из путей достижения этих целей является развития методологии и технологии проектирования ЭС с применением математических методов и средств вычислительной техники, комплексной автоматизации проектных работ, что позволяет заменить макетирование и натурное моделирование математическим моделированием с использованием методов оптимизации проектных решений. Главным средством автоматизации проектирования являются ЭВМ и вычислительные комплексы.

Автоматизированное проектирование – это научно-техническое направление, которое заключается в применении сочетания достижений математики, теории проектирования и средств вычислительной техники к задачам проектирования реальных объектов.

К настоящему времени автоматизация процесса проектирования осуществляется, начиная с уровня представления требований к системе и заканчивая уровнем физического представления.

В теории автоматизированного проектирования применительно к ЭС оформилось пять функциональных уровней проектирования, образующих следующую иерархию:

- первый уровень – уровень автоматизированного структурного проектирования (АСтП);

- второй уровень – уровень автоматизированного функционально-логического проектирования (АФЛП);

- третий уровень – уровень автоматизированного схемотехнического проектирования (АСхП);

- четвертый уровень – уровень автоматизированного компонентного проектирования (АКП);

- пятый уровень – уровень автоматизированного конструкторско-технологического проектирования (АКТП).

Эти уровни различаются, прежде всего, сущностью решаемых задач и различием математических аппаратов.

Так на уровне АСтП занимаются системотехническим проектированием, при этом широко применяются теория игр, теория массового обслуживания, статистическое моделирование.

В АФЛП занимаются разработкой на функционально-логическом уровне ЭС различной функциональной сложности, при этом широко используются спектральный анализ, теория цифровых автоматов, логическая математика и методы моделирования и преобразования сигналов.

В АСхП разрабатывают сложные электронные устройства и узлы, для чего широко используют теорию электрических цепей.

В АКП разрабатываются новые пассивные и активные компоненты, в том числе устройства с использованием новых физических принципов. Для этого широко применяются методы математической физики и физики твердого тела.

В АКТП занимаются разработкой конструкции и технологии изготовления изделия, а также оформлением конструкторско-технологической документации; здесь используются математические аппараты теории принятия решений, ориентированных графов и геометрического моделирования.

Интеграция организационных и технических средств, с целью выполнения автоматизированного проектирования на всех или отдельных уровнях и стадиях создания изделий и их составных частей, осуществляется в рамках системы автоматизированного проектирования (САПР) проектной или научно-производственной организации.

САПР — организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП).

Взаимодействие подразделений проектной организации с комплексом средств автоматизации проектирования регламентируется организационным обеспечением.

При создании САПР и их составных частей руководствуются следующими основными принципами:

- системного единства;

- совместимости;

- типизации;

- развития.

Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и системную связность проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом.

Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытую систему в целом.

Принцип типизации заключается в ориентации на преимущественное создание и использование типовых элементов САПР.

Принцип развития обеспечивает обновление и совершенствование составных частей САПР, а также взаимодействие с автоматизированными системами различного функционального назначения.

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, в которых при помощи специализированных комплексов средств решается функционально законченная последовательность задач автоматизированного проектирования.

По назначению подсистемы разделяют на проектирующие и обслуживающие.

Примеры проектирующих подсистем:

- подсистема эскизного проектирования;

- подсистема проектирования источников электропитания;

- подсистема проектирования несущих конструкций;

- подсистема проектирования технологических процессов механической обработки.

Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное применение и обеспечивают поддержку функционирования проектирующих подсистем.

Примеры обслуживающих подсистем:

- подсистема вывода данных на твёрдые (бумажные) носители;

- подсистема управления потоком заданий;

- подсистема управления техническим документооборотом;

- подсистема управления применением ЭЦП;

- подсистема управления базами данных;

- подсистема разработки и сопровождения программного обеспечения САПР (CASE – Computer Aided Software Engineering);

- обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий и методов, реализованных в САПР..

Структурная схема системы автоматизированного проектирования представлена на рисунке 1.

Рис.1. Структурная схема САПР

Формирование и использование моделей объекта проектирования осуществляется КСАП системы или подсистемы проектирования.

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

Программно-технические комплексы средств могут объединять свои вычислительные и информационные ресурсы, образуя локальные вычислительные сети подсистем или системы в целом.

Структурными частями программно-технических комплексов являются компоненты, которые выполняют заданную функцию и представляют наименьший (неделимый) элемент САПР (например: программа, и т. д.).

Различают компоненты следующих видов обеспечения:

- программного;

- информационного;

- методического;

- математического;

- лингвистического;

- технического.

Взаимодействие пользователей с программно-техническими компонентами комплекса средств автоматизации регламентируется компонентом организационного обеспечения.

Следует отметить, что процесс автоматизации проектирования прошел несколько этапов, прежде чем от решения частных задач проектирования разработчики ЭС получили возможность перейти к системному (или сквозному) проектированию в среде САПР.

Основные принципиальные отличия САПР от методов частичной (лоскутной) автоматизации, решающих только отдельные задачи:

- возможность комплексного решения общей задачи проектирования, от моделирования сложной системы, до решения задачи размещения компонентов и трассировки печатной монтажной платы;

- реализация интерактивного режима проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога “человек – ЭВ машина ”;

- возможность имитационного моделирования электронных систем и комплексов в условиях работы, приближённых к реальным;

- значительное усложнение программного и информационного обеспечения, а также технических средств систем автоматизированного проектирования (САПР).

Дата добавления: 2014-01-07