Состав и принципы построения САПР

 

САПР создаются в проектных, конструкторских, технологи­ческих организациях и на предприятиях с целью повышения качества, технико-экономической эффективности проектируе­мых и выпускаемых РЭС, уменьшения затрат на их создание и эксплуатацию, сокращения сроков и трудоемкости проекти­рования, а также повышения качества проектной документа­ции.

Системы автоматизированного проектирования состоят из совокупности средств методического, математического, лингвистического, программного, технического, информационного и организационного обеспечений.

Методическое обеспечение (МО) САПР включает в себя теорию процессов, происходящих в схемах и конструкциях РЭС, методы анализа и синтеза схем и конструкций радиоэлект­ронных устройств, систем и их составных частей, их математи­ческие модели, математические методы и алгоритмы численно­го решения систем уравнений, описывающих схемы и констру­кции РЭС. Указанные компоненты МО составляют ядро САПР. В методическое обеспечение САПР входят также алго­ритмические специальные языки программирования, термино­логия, нормативы, стандарты и другие данные. Очевидно, что разработка методического обеспечения САПР РЭС требует глубоких специальных знаний в областях радиотехники, эле­ктроники, в частности системотехники, схемотехники и микроэлект­роники, конструирования и технологии производства РЭС. От­сюда вытекает, что разработка методического обеспечения САПР РЭС — прерогатива специалистов в области радиотех­ники и электроники.

Обычно в качестве обособленных блоков в методическом обеспечении выделяются математическое и лингвистическое обеспечения.

Математическое обеспечение — это совокупность матема­тических моделей, методов и алгоритмов для решения задач автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение представляет собой сово­купность языков, используемых в САПР для представления ин­формации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования и для осуществления диалога между проекти­ровщиками и ЭВМ.

Если математическое и лингвистическое обеспечения яв­ляются полностью самостоятельными в составе САПР, под ме­тодическим обеспечением понимается совокупность докумен­тов, описывающих состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования.

Компоненты МО создаются на основе перспективных мето­дов проектирования, поиска новых принципов действия и тех­нических решений, эффективных математических и других мо­делей проектируемых объектов, применения методов многова­риантного проектирования и оптимизации, использования типовых и стандартных проектных процедур, стандартных вы­числительных методов.

Программное обеспечение (ПО) включает в себя документы с текстами программ, программы на машинных носителях (магнитных лентах, дисках и др.) и эксплуатационные докумен­ты, обеспечивающие функционирование САПР.

Программное обеспечение подразделяется на общесистем­ное и прикладное. Компонентами общесистемного ПО являют­ся, например, операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков, супервизоры и т.п., то есть совокупность программ, которая осуществляет управление вводом и обрабо­ткой информации в ЭВМ, диалоговый режим работы и другие обслуживающие функции независимо от объекта проектирования. Прикладное ПО включает программы и пакеты прикладных программ, предназначенные непосредственно для получе­ния проектных решений. Прикладное ПО разрабатывается обычно совместно специалистами в области проектируемых РЭС и системного программирования.

Техническое обеспечение (ТО) САПР включает в себя устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания.

Информационное обеспечение (ИО) САПР состоит из описа­ния стандартных проектных процедур, типовых проектных ре­шений, типовых элементов РЭС, комплектующих изделий и их моделей, материалов, числовых значений параметров и других данных. Эти данные в закодированной форме записываются на машинных носителях: магнитных лентах и магнитных дисках. Основное назначение информационного обеспечения САПР— это уменьшение объемов информации, требуемой в процессе проектирования от разработчика РЭС, и исключение дубли­рования данных в прикладном ПО и ТО САПР.

Данные ПО обычно группируются в отдельные массивы, каждый из которых относится к определенному объекту описа­ния. Такие массивы называются файлами. Вся совокупность файлов образует базу данных, которую можно многократно использовать при проектировании различных РЭС для различ­ных этапов и уровней. Для создания, расширения, корректи­ровки и коллективного использования данных создаются спе­циальные системы управления базами данных (СУБД). Сово­купность баз данных, систем управления ими, а также относящихся к ним программных, языковых, технических и ор­ганизационных средств называется банком данных.

Организационное обеспечение САПР включает методичес­кие и руководящие материалы, положения, приказы, инструк­ции, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, обеспечивающие необходимую деятельность и взаимодействие различных подразделений организации и от­дельных пользователей при создании, эксплуатации и разви­тии САПР.

Основными структурными звеньями САПР являются подси­стемы. Подсистемой называется выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая получение закончен­ных проектных решений и соответствующих проектных доку­ментов. Различают объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные) подсистемы.

Объектные подсистемы осуществляют непосредственное проектирование. Применительно к САПР, осуществляющим комп­лексное проектирование РЭС, объектными являются, например, подсистемы схемотехнического и конструкторского проектирова­ния. Для конструкторских САПР объектными являются подсис­темы компоновки, размещения, трассировки и т.п.

Инвариантные подсистемы выполняют функции управле­ния и обработки информации, не зависящие от объекта проек­тирования. Таковыми являются, например, подсистемы управ­ления САПР, диалоговых процедур, оптимизации, подсистемы ввода, обработки и вывода графической информации, подсис­темы информационно-поисковых процедур и др.

Каждая подсистема, в свою очередь, состоит из компонен­тов, объединенных общей для подсистемы целевой функцией. Под компонентом обычно понимают элемент средства обеспе­чения, выполняющий определенную функцию. Так, например, компонентами подсистемы схемотехнического проектирования являются: методическое обеспечение анализа схем; программы, реализующие те или иные алгоритмы анализа; графические ди­сплеи, обеспечивающие отображение самих схем и, например, частотных характеристик этих схем; файлы, содержащие моде­ли транзисторов; совокупность их основных характеристик и т.п. Очевидно, что все указанные компоненты связаны между собой внутри подсистемы. На рис. 1.2 приведена обобщенная структурная схема САПР, отражающая ее составные части и связи между ними. На этом рисунке компоненты подсистем обозначены тремя знаками. Первый знак характеризует разно­видность обеспечения, к которому относится данный компонент, второй указывает номер компонента для данного вида обеспе­чения, а третий — к какой подсистеме относится данный компо­нент, например М1А первый компонент методического обеспе­чения подсистемы А; И2Н — второй компонент информационно­го обеспечения подсистемы Н и т.п.

САПР создается и функционирует в проектной организа­ции как самостоятельная система. Однако она может быть связана с подсистемами и банками данных других автоматизированных систем предприятия: автоматизированной систе­мой управления технологическими процессами (АСУ ТП), автоматизированной системой для научных исследований (АСНИ). В частности, основная задача АСНИ может состоять именно в том, чтобы получать и отрабатывать математические модели для САПР. На крупных предприятиях АСНИ, САПР и АСУ могут функционировать как взаимосвязанные на уров­не технических средств и банков данных.

 

Рис. 1.2. Обобщенная структурная схема САПР

 

При создании САПР руководствуются следующими обще­системными принципами [4,5]:

1. Принцип включения состоит в том, что требования к со­зданию, функционированию и развитию САПР определяются со стороны более сложной системы, включающей в себя САПР в качестве подсистемы. Такой сложной системой может быть, например, комплексная система АСНИ — САПР — АСУ ТП предприятия, САПР отрасли и т.п.

2. Принцип системного единства предусматривает обеспечение целостности САПР за счет связи между ее подсистема­ми и функционирования подсистемы управления САПР.

3. Принцип комплексности требует связности проектирова­ния отдельных элементов и всего объекта в целом на всех ста­диях проектирования.

4. Принцип информационного единства предопределяет информационную согласованность отдельных подсистем и ком­понентов САПР. Это означает, что в средствах обеспечения компонентов САПР должны использоваться единые термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации, которые обычно устанавливаются соответствующими норма­тивными документами. Принцип информационного единства предусматривает, в частности, размещение всех файлов, испо­льзуемых многократно при проектировании различных объек­тов, в банках данных. За счет информационного единства ре­зультаты решения одной задачи в САПР без какой-либо пере­компоновки или переработки полученных массивов данных могут быть использованы в качестве исходной информации для других задач проектирования.

5. Принцип совместимости состоит в том, что языки, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами и компонентами САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечивалось совместное функ­ционирование всех подсистем и сохранялась открытая стру­ктура САПР в целом. Так, введение каких-либо новых техни­ческих или программных средств в САПР не должно приво­дить к каким-либо изменениям уже эксплуатируемых средств.

6. Принцип инвариантности предусматривает, что подсис­темы и компоненты САПР должны быть по возможности уни­версальными или типовыми, т.е. инвариантными к проекти­руемым объектам и отраслевой специфике. Применительно ко всем компонентам САПР это, конечно, невозможно. Однако многие компоненты, например программы оптимизации, обра­ботки массивов данных и другие, могут быть сделаны одина­ковыми для разных технических объектов.

7. Принцип развития требует, чтобы в САПР предусмат­ривалось наращивание и совершенствование компонентов и связей между ними. При модернизации подсистемы САПР до­пускается частичная замена компонентов, входящих в подсис­тему, с изданием соответствующей документации.

Приведенные общесистемные принципы являются чрезвы­чайно важными на этапе разработки САПР. Контроль за их соблюдением обычно осуществляет специальная служба САПР предприятия.