ПРОЦЕСС ПРОЕКТИРОВАНИЯ. СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Дисциплина «САПР радиоэлектронных устройств»
1. ПРОЦЕДУРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Основные задачи методологии проектирования 1. Построение логической схемы последовательности действий, наилучшим образом организующей процесс проектирования. 2. Разработка математических моделей как процесса, так и объекта проектирования с целью формализации процедур для использования ЭВМ. 3. Определение методов и алгоритмов выполнения проектных процедур и операций.
Процедурная модель проектирования Логическая схема проектирования представлена процедурной моделью (рисунок 1). Она реализует системный подход к процессу. Модель дает наглядное представление об основных процедурах и операциях проектирования, задачах и методах их решения, указывает на источники информации. Модель согласует со стадиями разработки согласно ЕСКД, а выпуск видов технической документации представлен как результат соответствующих проектных процедур.
Процедурная модель проектирования
Процедуры проектирования 1. Проектирование начинается с определения потребности в создании нового изделия. Потребность диктуется состоянием общественного производства и отражается в перспективных планах правительства. Внутри предприятия потребность может быть вызвана стремлением к повышению производительности труда или к устранению ручных операций.
Процедуры проектирования 2. Определение целей проектирования – весьма ответственная процедура. Результат разработки объектов новой техники часто оказывается неудовлетворительным из-за неправильной или неточной формулировки целей. Основная задача процедуры выбора целей – распознать в общих чертах объект проектирования и его окружение. Определенным образом организует решение задачи составление сценария и построение графа целей. Источником информации для выполнения процедуры являются прогнозы развития самого объекта проектирования и его окружения.
Процедуры проектирования 3. Процедура определения основных признаков объекта состоит в построении среза бинарных отношений между элементами множества целей и множества признаков по выбранному подмножеству целей. Подмножество целей и подмножество признаков включаются в техническое задание.
Процедуры проектирования 4. Процедура поиска возможных решений напоминает формирование оперативных моделей в сознании человека. Она опирается на творческие начала и выполняется неформальными методами. Основные источники информации – техническая литература и журналы, авторские свидетельства и патенты.
Процедуры проектирования 5. Процедура принятия решения формализовано в большей степени, чем предыдущие процедуры. Для сравнения вариантов можно применять матрицу решений. На окончательном этапе используется экономический расчет. Основным источником информации для сравнения вариантов служит опыт использования существующих однотипных изделий. Возможно применения информации по теории принятия решений.
Процедуры проектирования 6. Процедура анализа принятого решения состоит в проверке выбранного варианта на его работоспособность и возможность технического воплощения. Методами решения задач на данном этапе проектирования выступают: кинематический и динамический анализы, моделирование. Если выбранный вариант не удовлетворяет условиям работоспособности или не сможет найти технического воплощения, то необходимо вновь вернуться к этапу принятия решения, отобрать другой вариант и произвести его анализ. На схеме процедурной модели это отражено штриховой стрелкой. Окончательным оформлением принятого решения является техническое предложение.
Процедуры проектирования 7. Выбор параметров можно отнести к классу задач, которые носят название экстремальных. Критерий качества, улучшение которого составляет цель проектирования, представляется в виде функции, подлежащей максимизации или минимизации. Аргументами ее служат параметры, допустимые значений которых ограничены в некоторой областью. Решить поставленную задачу, значит найти такие значения аргументов из заданной области, при которых целевая функция получает экстремальное значение. По результатам процедуры выбора параметров может быть составлен эскизный проект. Он представляет собой совокупность конструкторских документов, дающих представление в общих чертах о принципе работы.
Процедуры проектирования 8. Получив данные о принципе и параметрах объекта, приступают к его конструированию. Успешное выполнение этого этапа зависит от умения конструктора использовать знания, достигнутые целым рядом наук. Завершенная проектная разработка оформляется в виде технического проекта и рабочей документации, состав и содержание которых предусмотрены ЕСКД.
Приведенная процедурная модель отражает проектирование принципиально нового объекта. В том случае, когда он представляет собой элемент внутри типоразмерного ряда, нет необходимости выполнять все этапы проектирования, а начинать следует сразу с выбора параметров.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕДУР ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭС
Основные понятия проектирования p p p Этап проектирования – условно выделенная часть проектирования, сводящаяся к выполнению одной или нескольких проектных процедур, объединенных по признаку принадлежности получаемых проектных решений к одному иерархическому уровню и/или аспекту описаний. Этапы проектирования состоят из отдельных проектных процедур, которые заканчиваются частным проектным решением. Проектное решение – промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего рассмотрения или окончания проектирования. Проектная процедура – совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением. Проектная операция – действие или совокупность действий, составляющих часть проектной процедуры.
Процедуры проектирования РЭС: p p Типичными для проектирования РЭС процедурами являются анализ и синтез описаний различных уровней и аспектов. Процедуры анализа и синтеза в процессе проектирования тесно связаны между собой, поскольку обе они направлены на создание приемлемого или оптимального проектного решения. Процедура анализа состоит в определении свойств заданного (или выбранного) описания. Примерами такой процедуры могут служить расчет частотных или переходных характеристик электронных схем, определение реакции схемы на заданное воздействие. Анализ позволяет оценить степень удовлетворения проектного решения заданным требованиям и его пригодность.
Процедуры проектирования РЭС: p Процедура синтеза заключается в создании проектного решения (описания) по заданным требованиям, свойствам и ограничениям. Например, широко используются при проектировании РЭС процедуры синтеза электронных схем по их заданным характеристикам в частотной или временной области. При этом в процессе синтеза может создаваться структура схемы (структурный синтез) либо определяться параметры элементов заданной схемы, обеспечивающие требуемые характеристики (параметрический синтез).
Классификация проектных процедур
Процедуры структурного синтеза по характеру проектируемого объекта делятся: 1. 2. 3. 4. Синтез схем (принципиальных, функциональных, структурных, кинематических и др. ), Синтез конструкций (определение геометрических форм, взаимного расположения деталей), Синтез процессов (технологических, вычислительных и др. ), Синтез документации (чертежей, пояснительных записок, ведомостей и др. ).
Основные процедуры параметрического синтеза 1. 2. 3. 4. Оптимизация номинальных значений параметров элементов и их допусков. Важная задача назначения технических требований на параметры объекта, решаемая при внешнем проектировании, отнесена к задаче оптимизации допусков. Идентификация моделей заключается в расчете параметров, используемых в математической модели. Для процедур оптимизации, как правило, требуется выполнение большого объема вычислений с помощью сложных программных комплексов. В отдельных случаях удовлетворительные результаты параметрического синтеза получаются на основе упрощенных методик, подобных расчетным методикам неавтоматизированного проектирования.
Основные процедуры анализа p p p Детерминированная верификация может быть направлена на выявление соответствия структур объектов, заданных двумя различными описаниями (структурная верификация), или значений выходных параметров (параметрическая верификация). Статистический анализ предназначен для получения статистических сведений о выходных параметрах при заданных законах распределения параметров элементов. Результаты статистического анализа можно представлять гистограммами, оценками числовых характеристик распределений выходных параметров. Анализ чувствительности заключается в расчете коэффициентов чувствительности выходных параметров yj к изменениям параметров элементов xi (или внешних параметров qi).
Основные процедуры анализа p Задачи, в которых исследование свойств объекта сводится к однократному решению уравнений модели при фиксированных значениях внутренних и внешних параметров, называются задачами одновариантного анализа. p Задачи, требующие многократного решения уравнений модели при различных значениях внутренних и внешних параметров, называются задачами многовариантного анализа.
Процедуры проектирования РЭС: p Типичной проектной процедурой является оптимизация, которая приводит к оптимальному (по определенному критерию) проектному решению. Например, широко используется оптимизация параметров электронных схем с целью наилучшего приближения частотных характеристик к заданным. Процедура оптимизации состоит в многократном анализе при целевом изменении параметров схемы до удовлетворительного приближения к заданным характеристикам. Оптимизация обеспечивает создание (синтез) проектного решения, но включает поэтапную оценку характеристик (анализ).
Процедуры проектирования РЭС: p p p Проектные процедуры состоят из отдельных проектных операций. Например, в процессе анализа математических моделей РЭС приходится решать дифференциальные и алгебраические уравнения, осуществлять операции с матрицами. Такие операции могут иметь обособленный характер, но в целом они образуют единую проектную процедуру. Проектные процедуры и операции выполняются в определенной последовательности, называемой маршрутом проектирования. Маршруты проектирования могут начинаться с нижних иерархических уровней описаний (восходящее проектирование) либо с верхних (нисходящее проектирование). Практически процесс проектирования носит комбинированный характер
3. УРОВНИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
p p Ведение разработки объекта последовательно от общих черт к детальным называется нисходящим проектированием. Его результатом будут требования к отдельным частям и узлам. Возможен ход разработки от частного к общему, что образует процесс восходящего проектирования. Такое проектирование встречается, если одна или несколько частей уже являются готовыми (покупными или уже разработанными) изделиями. Нисходящее и восходящее проектирование обладают своими достоинствами и недостатками. Так, при нисходящем проектировании возможно появление требований, впоследствии оказывающихся нереализуемыми по технологическим, экологическим или иным соображениям. При восходящем проектировании возможно получение объекта, не соответствующего заданным требованиям. В реальной жизни, вследствие итерационного характера проектирования, оба его вида взаимосвязаны.
p Между всеми этапами проектирования существует глубокая взаимосвязь. Так, определение окончательной конструкции и разработка всей технической документации часто не могут быть выполнены до окончания разработки технологии. В процессе конструирования и разработки технологии может потребоваться коррекция принципиальных схем, структуры системы и даже исходных данных. Поэтому процесс проектирования является не только многоэтапным, но и многократно корректируемым по мере его выполнения, т. е. проектирование носит итерационный характер.
p В процессе проектирования необходимо не просто создать аппаратуру, которая будет обеспечивать заданное функционирование, но и оптимизировать ее по широкому спектру функциональных, конструкторско-технологических, эксплуатационных и экономических показателей. На отдельных этапах для отдельных частных задач оптимизацию можно осуществить на основе разработанных формальных математических методов. Однако применительно к комплексным РЭС задача оптимизации часто не поддается формализации. Встречаясь с такой ситуацией, разработчики обычно рассматривают несколько вариантов решения поставленной задачи, подсказанных, как правило, предшествующим коллективным опытом, интуицией, и выбирают лучший из них. Такой подход называется эвристическим многовариантным анализом.
p p p Однако в связи с все возрастающей сложностью РЭС, с повышением требований к ним необходимые расчеты оказываются все более трудоемкими, а количество вариантов, целесообразных для рассмотрения, постоянно возрастает. Эта ситуация получила название «тирания альтернатив» . Часто на этапе проектирования трудно было предвидеть некоторые требования, вытекающие из условий эксплуатации. В результате всего этого создание нового РЭС затягивалось на долгие годы. Представляемые к испытаниям опытные образцы часто оказывались не удовлетворяющими заданным требованиям, а доводка аппаратуры происходила в процессе испытаний, что удорожало проектирование во много раз. Подобное положение не было виной разработчиков. Это результат возникшего принципиального несоответствия
p p Такое развитие базируется на системном подходе и совершенствовании процессов проектирования с применением математических методов и средств вычислительной техники, комплексной автоматизации трудоемких и рутинных проектных работ, замены макетирования и натурного моделирования математическим моделированием, использованием эффективных методов многовариантного проектирования и оптимизации, а также повышением качества управления проектированием. Системный подход позволяет найти оптимальное, в широком смысле, решение задачи проектирования за счет всестороннего, целостного рассмотрения как проектируемого изделия, так и самого процесса проектирования и способен привести к подлинно творческим новаторским решениям, включая крупные изобретения и научные открытия.
Скачать презентацию ПРОЦЕСС ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Дисциплина САПР радиоэлектронных
4лекция_Процедурная модель проектирования.ppt