Применение ЭВМ для автоматизации проектирования

Различные вычислительные средства уже давно используют­ся специалистами в проектно-конструкторских работах. Быст­родействие современных ЭВМ позволяет решать такие задачи, которые в принципе недоступны для «ручных» методов расче­та, дает возможность учесть значительно большее число фак­торов, влияющих на функционирование и производство РЭС, резко повысить число рассматриваемых вариантов при проек­тировании. С помощью ЭВМ осуществляются анализ и синтез схем, их оптимизация, компоновка и размещение элементов конструкции РЭС, находятся оптимальные варианты электри­ческого соединения элементов (трассировки) и решаются многие другие сложные задачи [8].

Широко используются автоматизированные средства для подготовки технической документации. Так, для изготовления чертежей и описательных документов (электрических схем, сборочных чертежей, таблиц соединений, спецификаций) при­меняются специальные чертежные автоматы, графопостроите­ли и алфавитно-цифровые печатающие устройства, управляе­мые с помощью ЭВМ.

На первом этапе применения ЭВМ для автоматизации проектирования дело сводилось к решению частных задач проектирования, носивших главным образом расчетный харак­тер. Для каждой задачи строилась ее математическая модель, выбирался численный метод и разрабатывался алгоритм ре­шения. На основе алгоритма создавалась программа на одном из алгоритмических языков. Полученные от ЭВМ результаты подвергались необходимой обработке «вручную».

Однако при описанном «позадачном» подходе к автомати­зации ЭВМ решают весьма ограниченный круг вопросов, не соответствующий их потенциальным возможностям, по сущест­ву отсутствует взаимодействие разработчиков с ЭВМ, не учи­тывается сильная взаимосвязь между различными этапами и уровнями проектирования.

Так, этап конструкторского проектирования часто сводится к решению задач, оторванных от электрической природы аппаратуры и ее функционирования. Критерии оптимизации конструкции в большинстве случаев не учитывают функциона­льных факторов. В то же время электромагнитные связи эле­ментов конструкции существенно проявляются во многих слу­чаях на функционировании РЭС.

С другой стороны, схемотехнический этап проектирования во многих случаях не учитывает конструкторско-технологических, эксплуатационных и экономических факторов. В резуль­тате этого разрыва спроектированная аппаратура по эффек­тивности оказывается далекой от оптимальной, хотя на каж­дом этапе принимаются меры и затрачиваются большие интеллектуальные и материальные средства на оптимизацию.

При традиционном методе вмешательство проектировщика и автоматические процедуры проектирования не предусматриваются, хотя это может обеспечить значительный эффект.

Все эти трудности и противоречия привели к необходимос­ти решения задач автоматизации проектирования на основе системного подхода как в части его организации, так и в час­ти аппаратных вычислительных средств и их программно-ма тематического обеспечения. Это породило новый этап автома­тизации проектирования — этап создания систем автоматизи­рованного проектирования.

Каковы основные черты систем автоматизированного прое­ктирования и их принципиальные отличия от «позадачных» методов автоматизации?

Первой характерной особенностью является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, устано­вления тесной связи между частными задачами, т.е. возмож­ность интенсивного обмена информацией и взаимодействие не только отдельных процедур, но и этапов проектирования. Например, применительно к техническому (конструкторскому) эта­пу проектирования САПР позволяет решать задачи компонов­ки, размещения и трассировки в тесной взаимосвязи, которая должна быть заложена в технических и программных средст­вах системы.

Применительно к системам более высокого уровня можно говорить об установлении тесной информационной связи меж­ду схемотехническим и техническим этапами проектирования. Такие системы позволяют создавать радиоэлектронные сред­ства, более эффективные с точки зрения комплекса функциональ­ных и конструкторско-технологических требований.

Вторым отличием САПР является интерактивный режим проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога «человек — машина». Сколь ни сложны и изощренны формальные методы проектирования, сколь ни ве­лика мощность вычислительных средств, невозможно создать сложную аппаратуру без творческого участия человека. Сис­темы автоматизации проектирования по своему замыслу дол­жны не заменять конструктора, а выступать мощным средст­вом обеспечения его творческой деятельности.

Третья особенность САПР заключается в возможности имитационного моделирования радиоэлектронных систем в усло­виях работы, близких к реальным. Имитационное модели­рование дает возможность предвидеть реакцию проектируе­мого объекта на самые различные возмущения, позволяет конс­труктору «видеть» плоды своего труда в действии без макети­рования. Ценность этой особенности САПР заключается в том, что в большинстве случаев крайне трудно сформулировать сис­темный критерий эффективности РЭС. Эффективность связана с большим числом требований различного характера и зави­сит от большого числа параметров РЭС и внешних факторов. Поэтому в сложных задачах проектирования практически не­возможно формализовать процедуру поиска оптимального по критерию комплексной эффективности решения. Имитацион­ное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.

Четвертая особенность заключается в значительном услож­нении программного и информационного обеспечения проекти­рования. Речь идет не только о количественном, объемном увеличении, но и об идеологическом усложнении, которое свя­зано с необходимостью создания языков общения проектиров­щика и ЭВМ, развитых банков данных, программ инфор­мационного обмена между составными частями системы, программ проектирования, коррекции работы машины, ее обучения; сис­тематизации и обобщения опыта, усовершенствования стратегии принятия решений.

Пятая особенность заключается в значительном усложнении технических средств САПР. Системы автоматизации проектирования требуют применения машин высокой произво­дительности, многомашинных комплексов, разветвленной системы периферийных устройств, в частности устройств отобра­жения информации, диалога и изготовления документации.

И наконец, последняя особенность САПР, которую можно отметить, заключается в замкнутости процесса автоматизированного проектирования. Под этим подразумевается, что проектировщик вводит в машину информацию на уровне за­мысла, а в результате диалогового процесса проектирования машина выдает технические решения и документацию, необхо­димую для изготовления РЭС и автоматизированного управле­ния технологическими процессами ее производства.