Автоматизация проектных работ в САПР
План презентации 1. Роль КТ в процессе создания ПС 2. Примеры результатов проектирования с применением компьютерных технологий 3. Примеры приборов и систем 4. Системный подход к построению расчетных моделей 5. Расчетные модели 6. Основы математического обеспечения топологического проектирования ПС 7. Концепция CALS-технологий 8. Основные параметры стандартных программных средств 2 Автоматизация проектных работ в САПР
Роль КТ в процессе создания ПС Роль моделей в автоматизированном процессе разработки приборов и систем Техническое задание 1 Алгоритмы проектных задач 7 6 Модели чувствительности Проект ПС 5 8 Информационная модель 2 Физические модели 3 4 Математические модели Условная схема взаимосвязи основных проектных процедур 3 Автоматизация проектных работ в САПР
Роль КТ в процессе создания ПС Информационные потоки 1. Требования технического задания к функциональным характеристикам, конструкциям и т. п. 2. Информация для формализации 3. Параметры математической модели 4. Результаты математического моделирования 5. Исследуемые параметры 6. Выбранные параметры 7. Результаты проектных исследований 8. Параметры, определяющие различные характеристики прибора 4 Автоматизация проектных работ в САПР
Роль КТ в процессе создания ПС Схема взаимосвязи математических моделей Схема размещения ЭРЭ на печатной плате 5 Ви ек тр ра реж иче бо им ски ты ы е ЭР Э Модели монтажных пространств для решения задач компоновки, размещения и трассировки Модель механических процессов Кол-во паек и переходных отверстий Эл Перечень ЭРЭ и список цепей А Модель электрических процессов Топология схемы и перечень ЭРЭ ре ко ус ро ЭРЭ б Модель надежности е ни А Температуры ЭРЭ Модель тепловых процессов кон Пер ст. ече н эл ем ь ен тов Геометрические и физикомеханические параметры Мощности ЭРЭ ГТПФ Эскиз конструкции, прибора в виде 3 D-модели Автоматизация проектных работ в САПР Паразитные параметры Электрическая принципиальная схема
Роль КТ в процессе создания ПС Синтез, анализ и оптимизация в задачах проектирования приборов и систем, решаемых на основе математического моделирования физических процессов 1 Выделение основных воздействующих на ПС факторов 2 Формирование критерия чувствительности к внешним воздействиям 3 10 Техническое задание на разработку измерительной части, схемы, конструкции, и технологии ПС 11 Анализ и выбор лучшего варианта структуры ПС, конструкции, схемы и технологии ПС 12 19 Синтез вариантов структуры, конструкции, схемы и ПС 20 Синтез расчетных моделей и моделей чувствительности 21 13 Формирование критерия оптимальности 4 Формирование условий синтеза или критерия оптимизации допусков 6 Формирование ограничений на допуски параметров 22 Анализ, синтез или оптимизация допусков на параметры Формирование ограничений на допуски параметров Параметрическая оптимизация Автоматизация проектных работ в САПР
Роль КТ в процессе создания ПС Синтез, анализ и оптимизация в задачах проектирования приборов и систем, решаемых на основе математического моделирования физических процессов 5 14 Расчет и анализ технологической пригодности Выбор показателей серийнопригодности 6 23 15 Выбор показателей надежности ПС и стабильности его выходных характеристик 7 Выбор способа и синтез средств защиты ПС от внешних воздействий 8 Выделение управляемых параметров и доступных для контроля сигналов 9 Расчет и анализ эксплуатационной стабильности и надежности ПС 16 Анализ необходимости и эффективности защиты ПС от внешних воздействий 17 Синтез системы регулировок, настроек и контроля работоспособности 18 Постановка задач испытаний ПС Синтез программы испытаний ПС 7 Подготовка данных по технологическим разбросам параметров 24 Подготовка данных по зависимостям свойств материалов и деталей от воздействий 25 Подготовка данных по физико-конструктивным параметрам средств защиты 26 Выделение элементов и узлов ПС с малыми запасами работоспособности 27 Подготовка данных по условиям проведения испытаний Автоматизация проектных работ в САПР
Роль КТ в процессе создания ПС Блок-схема алгоритма обобщенной методики проектирования ПС с применением КТ Начало 6 1 Анализ ТЗ Разработка конструкции Разработка структурной схемы 5 Исследование разбросов выходных характеристик 8 Моделирование тепловых процессов C 9 А Моделирование электрических процессов B 8 Разработка электрической схемы 4 D 7 2 прибора в соответствии с его реализуемыми функциями 3 Изменения необходимы? 10 Изменения необходимы? Моделирование электрической принципиальной схемы с учетом теплового режима прибора 10 Автоматизация проектных работ в САПР D
Роль КТ в процессе создания ПС Блок-схема алгоритма обобщенной методики проектирования ПС с применением КТ 9 11 16 Трассировка печатных плат Изменения необходимы? 1 D 12 Исследование разбросов выходных характеристик 13 Изменения необходимы? 1 D 14 Исследование показателей надежности 15 Изменения необходимы? 1 D 17 Результаты трассировки удовлетворительные? 18 Разработка 3 D-моделей отдельных узлов и элементов, проектирование 3 D-сборки прибора в целом 19 Разработка комплекта электронной, конструкторской и технологической документации. Подготовка и выпуск ИЭТР Конец 9 Автоматизация проектных работ в САПР 1
Роль КТ в процессе создания ПС Блок-схема алгоритма обобщенной методики проектирования ПС с применением КТ 19 D Анализ результатов моделирования 20 Принятие решения 21 Изменение функциональной схемы прибора C 22 Изменение электрической принципиальной схемы 23 A Изменение конструкции B Корректировка ТЗ C 24 10 Автоматизация проектных работ в САПР
Роль КТ в процессе создания ПС Основополагающие методологические принципы CALS-технологий 11 Автоматизация проектных работ в САПР
Роль КТ в процессе создания ПС Пример технологии проектирования ПС на базе CALS-стратегии Автоматизация проектных работ в САПР 12
Роль КТ в процессе создания ПС Структура электронного макета прибора Электронный макет включает: • электронную документацию для производства и эксплуатации; • алгоритмы обработки и отображения данных об объекте; • модели физических процессов в схемах и монтажном пространстве; • инструменты конвертации в стандарт STEP; • комплект информационнологических методик проектирования ПС в стандартах IDEF/0; • EDA-системы. 13 Диагностические модели Электронная конструкторская, технологическая и эксплуатационная документация • результаты комплексного исследования выходных характеристик; • диагностические модели; Алгоритмы Модели физических процессов Инструменты конвертации Комплект методик Результаты проектирования Результаты моделирования и оптимизации Чертежи и модели EDA-системы Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры результатов проектирования с применением компьютерных технологий Результаты исследования электрических характеристик 14 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры результатов проектирования с применением компьютерных технологий Результаты трассировки печатного монтажа 15 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры результатов проектирования с применением компьютерных технологий Термограмма печатного узла 16 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры результатов проектирования с применением компьютерных технологий Механический режим работы печатного узла при вибрационных воздействиях Изолинии перемещений Зависимость виброускорения от частоты воздействия вибрации Собственная форма печатной платы 17 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры результатов проектирования с применением компьютерных технологий Результаты анализа безотказности 18 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры результатов проектирования с применением компьютерных технологий 3 D-модели узла и прибора в целом 3 D-модель печатного узла 3 D-модель прибора в целом 19 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры приборов и систем Информационная модель прибора, представленная в виде графа Автоматизация проектных работ в САПР 20
Примеры приборов и систем Структура информационной модели бортовой цифровой вычислительной машины Автоматизация проектных работ в САПР 21
Примеры приборов и систем Аппаратно-программный комплекс «Электроника» Автоматизация проектных работ в САПР 22
Примеры приборов и систем АПК «Электроника» . Структурная схема * * Выполняет функции ввода-вывода измерительных, аналоговых и цифровых управляющих сигналов Автоматизация проектных работ в САПР 23
Примеры приборов и систем АПК «Электроника» . Перечень реализуемых функций Измерение/исследование (в ручном и автоматическом режимах по сетям Internet/Intranet) прямой и обратной ветвей вольт-амперных характеристик (ВАХ) диода и стабилитрона; нагрузочной характеристики и характеристик стабилизации стабилитрона; статических и динамических передаточных и выходных характеристик полевого транзистора; статических и динамических входных и выходных характеристик биполярного транзистора в схемах включения с общим эмиттером и общей базой; статического и диффе- ренциального сопротивлений диода и стабилитрона, крутизны и выходного сопротивления полевого транзистора, h-параметров биполярного транзистора; технологического разброса ВАХ и параметров диода, стабилитрона, полевого и биполярного транзисторов Автоматизация проектных работ в САПР 24
Примеры приборов и систем АПК «Электроника» . Перечень реализуемых функций Исследование работы диода на переменном токе при активной и активно-емкостной нагрузке; стабилитрона в схеме параметрического стабилизатора напряжения; полевого и биполярного транзисторов на переменном токе в линейном и нелинейном режимах при различных сопротивлениях нагрузки Возможность визуализации на ПЭВМ установки и изменения положения рабочей точки на ВАХ исследуемых полупроводниковых приборов в динамическом режиме работы Автоматизация проектных работ в САПР 25
Примеры приборов и систем АПК «Электроника» . Виртуальные стенды Лицевая панель виртуального лабораторного стенда по измерению лабораторного стенда вольт-амперных характеристик и по измерению характеристик параметров полевых транзисторов и параметров стабилитрона 26 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры приборов и систем Обобщенная унифицированная схема построения системы АЛП «Электроника» 27 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры приборов и систем Схема организации лабораторного практикума на базе АПК «Электроника» 28 Автоматизация проектных работ в САПР
Примеры приборов и систем Плата сбора данных серии M и её основные технические характеристики Тип платы сбора данных NI Число каналов аналого -вого ввода аналогового вывода цифровых вводавывода PCI-6221 M 16/8 2 24 PCI-6289 M 32/16 4 PCI-6251 M 16/8 2 Диапазон аналогового вводавывода, В Разрядность, бит Макс. скорость, выборка/с аналогового ввода аналогового вывода 16 250 тыс. 833 тыс. 18 16 625 тыс. 2, 8 млн 16 16 1, 25 млн 2, 8 млн АЦП ЦАП ± 10 16 48 ± 10 24 ± 10 Автоматизация проектных работ в САПР 29
Системный подход к построению расчетных моделей Иерархия системы при системном подходе Суперсистема Исследуемый объект как Другие объекты как система э л е м е н т А 1 э л е м е н т Аn Подсистема A 30 системы э л е м е н т K 1 э л е м е н т Km Исследование элемента как системы n, m – число элементов в подсистемах А и К Подсистема К Автоматизация проектных работ в САПР
Системный подход к построению расчетных моделей Принципы системного подхода 1. Если исследуемый объект (конструктивный узел, физический процесс в ПС, технологическая операция и т. п. ) представляется в виде системы, то в нем можно выделить совокупность подсистем, каждая из которых при определенных условиях может быть рассмотрена как отдельная самостоятельная система. Сам объект при определенных условиях становится элементом другой системы более высокого уровня (суперсистемы). Создается определенная иерархия систем, показанная на слайде 31 (на предыдущем слайде). 2. Необходимая полнота элементов, включенных в систему из исследуемого объекта (замкнутость системы), определяется по силе связи между этими элементами, которая должна быть более чем на два порядка больше силы связи этих же элементов с другими элементами, не входящими в данную систему. Этот признак свидетельствует о возможности исследовать объект автономно, выделив его из окружения других объектов в целостном виде как систему. 3. Целесообразность представления исследуемого объекта в виде системы проверяется на свойстве эмерджентности, а именно: система должна обладать новыми свойствами, не присущими ни одному из ее элементов. Это означает, что расчленив объект на части и изучив их по отдельности, нельзя познать все его свойства. 31 Автоматизация проектных работ в САПР
Системный подход к построению расчетных моделей Формализация технического или физического процессов – вектор выходных характеристик, – вектор внутренних параметров, – вектор внешних воздействий, – вектор независимых переменных ( – время, ω – частота, s – оператор Лапласа, l – геометрический параметр) Автоматизация проектных работ в САПР 32
Системный подход к построению расчетных моделей Показатели параметрической чувствительности Под параметрической чувствительностью системы понимается ее свойство изменять свои выходные характеристики при изменении внутренних параметров. При этом входные воздействия рассматриваются равными своим расчетным значениям без отклонений, т. е. не вносящими вклада в изменения выходных характеристик. Причины изменения параметров могут быть различными. В приборе параметры изменяются под влиянием случайных факторов или при специально вводимых регулировках, настройках и других работах. Чувствительностью к изменению внутренних параметров обладают практически все выходные характеристики технического процесса. В общей теории чувствительности систем широко используется количественный показатель параметрической чувствительности в виде частной производной выходной характеристики yj по соответствующему, например, k-му параметру q, который называют функцией параметрической чувствительности (ФПЧ): где – вектор расчетных значений параметров, при которых вычисляется частная производная. Знак численного значения ФПЧ определяет направление изменения yj-й характеристики при изменении qk-го параметра в сторону увеличения. 33 Автоматизация проектных работ в САПР
Системный подход к построению расчетных моделей Показатели параметрической чувствительности При решении многих задач проектирования ПС, когда по результатам расчетов необходимо количественно сравнивать ФПЧ, применяют относительную форму представления ФПЧ: При этом для проектных процедур «ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ» в методиках автоматизированного проектирования используют матрицу относительных ФПЧ: 34 Автоматизация проектных работ в САПР
Расчетные модели Классификация расчетных моделей Тип модели Расчетные модели Режимные Модели электрических Функциональные процессов Полные Модели тепловых процессов Модели механических процессов Стационарные Нестационарные Вектор-функция Дифференциаль- Аналитические ное уравнение модели Матричное уравнение Направленный граф Блок-схема Статические Динамические Соединение многополюсников Гиперграф Комплексные Вид модели Структурные модели Морфологические модели Эквивалентная Топологицепь Ненаправленный ческие модели граф Автоматизация проектных работ в САПР 35
Расчетные модели Аналитические модели Под аналитической расчетной моделью понимается математическая модель, представленная средствами математического анализа и алгебры в форме буквенных выражений, определяющих зависимость выходных характеристик ПС и его показателей от входных воздействий, внутренних параметров и независимых аргументов (времени, частоты, пространственных координат, переменной преобразования Лапласа и пр. ). Пример: электрическая модель экранированного электрического поля конструкции прибора описывается зависимостью: где – напряжение источника наводки в функции частоты сигнала; – наводимое напряжение на заданном элементе приемника наводки конструкции ПС; – емкости между источником и приемником наводки, между экраном и приемником наводки, между приемником наводки и корпусом прибора. 36 Автоматизация проектных работ в САПР
Расчетные модели Структурные модели 1. Структурная модель состоит из вершин (изображаемых точками) и дуг (непрерывными линиями), которые ориентированы стрелками, причем каждая дуга соединяет две вершины, т. е. выходит из одной и входит в другую в соответствии с направлением стрелки. 2. Все вершины нумеруются, и каждой из них ставится в соответствие одна переменная величина – входное воздействие , выходная характеристика или промежуточная переменная величина. 3. Переменная величина каждой вершины передается по тем направлениям, которые указаны стрелками дуг, выходящих из этой вершины. 5. Переменная величина любой r-й вершины модели складывается из составляющих, обусловленных передачами переменных величин по дугам, входящим в рассматриваемую rю вершину: , где i принимает значения номеров только тех вершин, откуда начинаются дуги, входящие в r-ю вершину. Переменные величины некоторых вершин, являющиеся входными воздействиями модели, не имеют входящих дуг, так как эти величины должны быть заданы в исходной информации к расчету. 37 Автоматизация проектных работ в САПР
Расчетные модели Структурные модели Фрагменты структурной модели до преобразования после преобразования Wjk Wij j i … k Формула преобразования Win m n i n Wij 1 Wij 2 Wij j … i Wij i Wjk j j i Wijd Wjk W*ij k j i k Wjj Wij i i j Wkj i k i Wim j l Wik Wjm Wlm … Wmn m k Win j n Wkk Wjn Wln … n l Автоматизация проектных работ в САПР 38
Расчетные модели Примеры структурных моделей Устройство автоматической подстройки частоты: С – У 1, У 2 – усилители, Д – дискриминатор, УУ – узел управления, Г – гетеродин. С У 1 Д Г УУ У 2 Структурная электрическая модель устройства частоты в первой унифицированной форме представления 39 смеситель, автоматической Автоматизация проектных работ в САПР подстройки
Расчетные модели Топологические модели Топологическая модель состоит из узлов, изображаемых точками, и ветвей, изображаемых непрерывными линиями, причем каждая ветвь соединяет два узла. Пассивная ветвь Переменная узла Параметр ветви i (t – номер параллельной ветви) i hijt j j Номер узла Переменная ветви 40 Автоматизация проектных работ в САПР
Расчетные модели Топологические модели Активные независимые ветви Источник потенциального воздействия i Xijt l + – m j Источник потокового воздействия i ijt >> j Активные зависимые ветви i i i Xijt + j j j i j l m lmn 41 Автоматизация проектных работ в САПР
Скачать презентацию Автоматизация проектных работ в САПР План презентации
Презентация_АПР_САПР_ЧАСТЬ1.pptx