Типові маршрути і процедури проектування (стр. 2 из 2)

5. Процедури синтезу й аналізу

Маршрутом проектування називається послідовність проектних процедур, що веде до одержання необхідних проектних рішень. Приклад типового маршруту проектування: розрізування принципової схеми пристрою на частини, розміщення мікросхем на платі, розшарування між з’єднань, трасування, оформлення конструкторської документації і керуючої інформації для програмно-керованого технологічного устаткування.

Проектні процедури поділяються на процедури синтезу й аналізу.

Процедури синтезу полягають у створенні описів проектованих об'єктів. У таких описах відображаються структура і параметри об'єкта і відповідно існують процедури структурного і параметричного синтезу. Під структурою об'єкта розуміють склад його елементів і способи зв'язку елементів один з одним. Параметр об'єкта - величина, що характеризує деяку властивість об'єкта чи режим його функціонування. Прикладами процедур структурного синтезу служать синтез логічної схеми (структура якої виражається переліком вхідних до неї логічних елементів і з'єднань) чи синтез алгоритму (його структура визначається складом і послідовністю операторів). Процедура параметричного синтезу полягає в розрахунку значень параметрів елементів при заданій структурі об'єкта, наприклад геометричних розмірів інтегральних компонентів при заданому ескізі топології чи мікросхеми номіналів пасивних елементів у заданій принциповій електричній схемі.

Структурування об'єкта іноді може викликати ускладнення. Це відноситься, наприклад, до проектування інтегральних схем на компонентному рівні. Однак і тут можна умовно виділити ділянки напівпровідникового кристала і розглядати їх як елементи структури.

Процедури аналізу полягають у дослідженні проектованого об'єкта чи його опису, спрямованому на одержання корисної інформації про властивості об'єкта. Ціль аналізу - перевірка працездатності об'єкта. Часто задача аналізу формулюється як задача установлення відповідності двох різних описів того самого об'єкта. При цьому один з описів вважається первинним і його коректністю передбачається встановленою. Інший опис відноситься до більш докладного рівня чи ієрархії до іншого аспекту, і його правильність потрібно установити зіставленням з первинним описом. Таке зіставлення називається верифікацією.

6. Принципи побудови маршрутів проектування

Основні принципи побудови маршрутів проектування: розділення складної задачі синтезу повного комплекту конструкторсько-технологічної документації на більш прості задачі синтезу проміжних проектних рішень; чергування процедур синтезу і верифікації; ітераційність проектування; посилення старанності аналізу (багато варіантність, ускладнення моделей) у міру наближення до остаточного проектного рішення.

Розчленовування складної задачі синтезу на ряд простих виконується відповідно до розглянутих положень блочноієрархічного підходу до проектування. Розчленовування дозволяє розподілити роботу між відповідними підрозділами проектного підприємства, організувати паралельно-послідовне виконання проектних процедур колективом розроблювачів.

Чергування процедур синтезу і верифікації обумовлене тим, що для більшості задач структурного синтезу відсутні методи, що забезпечують безпомилкове одержання проектних рішень, що задовольняють вимогам ТЗ. Це зв'язано з труднощями формалізації задач синтезу, тому основні рішення приймає людина на основі евристичних прийомів. При цьому неможливо врахувати все різноманіття якісних і кількісних вимог і уникнути помилок. Тому результати запропонованих при синтезі проектних рішень контролюються виконанням верифікації.

Ітераційність проектування обумовлена двома факторами. По-перше, вона випливає з особливостей блочно-ієрархічного підходу. Дійсно, при спадному проектуванні на n-м ієрархічному рівні можна лише приблизно судити про властивості не спроектованих елементів, що будуть розроблятися на наступному (n+1) - м рівні. При висхідному проектуванні невизначеність зв'язана з вимогами ТЗ, коректність яких може бути встановлена тільки при виконанні процедур самого верхнього ієрархічного рівня. Тому помилковість чи не оптимальність рішень, отриманих на попередніх етапах, виявляється в наступному, що вимагає повернення до попередніх етапів для перепроектування. По-друге, ітераційність зв'язана з чергуванням синтезу і верифікації, що представляє собою послідовне наближення до прийнятного проектного рішення. Очевидно, що на перших ітераціях синтезовані варіанти гірше з погляду виконання ТЗ, чим наступні. Тому на перших ітераціях за допомогою досить наближених моделей отримані варіанти оцінюються швидко і просто. Чим ближче черговий варіант до остаточного рішення, тим більше точне і всебічне дослідження потрібно для його оцінки. Отже, у процедурах верифікації потрібно використовувати не одну модель об'єкта, а ієрархічний ряд моделей, що розрізняються складністю і точністю.

Посилення старанності аналізу в міру наближення до остаточного рішення виражається також у тому, що перевірка виробляється по все більшому числу показників, що обмовляються в ТЗ, найчастіше з урахуванням статистичного характеру параметрів і нестабільності зовнішніх умов.

7. Підходи до верифікації

Існують два підходи до верифікації проектних процедур: аналітичний і чисельний.

Аналітичний підхід заснований на використанні формальних методів доказу відповідності двох порівнюваних описів. Для реалізації аналітичного підходу необхідно в рамках деякої формальної системи установити мову представлення проектних рішень і правила перетворення пропозицій і конструкцій цієї мови, потрібно розробити алгоритми цілеспрямованого застосування правил для приведення порівнюваних варіантів до виду, по якому можна зробити висновок про наявність чи відсутність відповідності цих варіантів. В даний час клас об'єктів, для яких удається реалізувати аналітичний підхід обмежений.

Чисельний підхід заснований на математичному моделюванні процесів функціонування проектованих об'єктів. Моделювання - це дослідження об'єкта шляхом створення його моделі й оперування нею з метою одержання корисної інформації про об'єкт. При математичному моделюванні досліджується математична модель (ММ) об'єкта.

Математичною моделлю технічного об'єкта називається сукупність математичних об'єктів (чисел, скалярних перемінних, векторів, матриць, графів і т.п.) і єднальних їхніх відносин, що відбиває властивості моделюючого технічного об'єкта, що цікавлять інженера-проектувальника. Математична модель, що відбиває поводження моделюючого об'єкта при заданих зовнішніх впливах, що змінюються в часі, називається імітаційною.

При конструюванні необхідно визначити насамперед геометричні і топологічні властивості об'єктів: форму деталей і їхнє взаємне розташування в конструкції. Ці властивості відображаються за допомогою структурних математичних моделей, що можуть бути виражені рівняннями поверхонь і ліній, системами нерівностей, графами, матрицями інциденцій і т.п.

При функціональному проектуванні моделюють стан чи процеси - послідовності змінюючих друг друга станів об'єкта. Таке моделювання здійснюється за допомогою функціональних математичних моделей. Типова форма функціональних ММ - система рівнянь, що виражає взаємозв'язок між фазовими (характеризують стан об'єкта), зовнішніми (характеризують стан зовнішньої стосовно об'єкта середовища) і незалежними перемінними, якими можуть бути час t і просторові координати. Рішенням системи рівнянь є залежності елементів вектора фазових перемінних, що представляються у виді сукупності графіків чи у табличній формі.

8. Типові проектні процедури

Рис.1.2 Класифікація проектних процедур

На рис.1.2 представлена одна з можливих класифікацій проектних процедур.

Процедури структурного синтезу по характеру проектованого об'єкта поділяються на синтез схем (принципових, функціональних, структурних, кінематичних і ін), конструкцій (визначення геометричних форм, взаємного розташування деталей), процесів (технологічних, обчислювальних і ін), документації (креслень, пояснювальних записок, відомостей і ін). Основні процедури параметричного синтезу - оптимізація номінальних значень параметрів елементів і їхніх допусків. Важлива задача призначення технічних вимог на параметри об'єкта, розв'язувана при зовнішньому проектуванні, віднесена до задачі оптимізації допусків. Ідентифікація моделей полягає в розрахунку параметрів, які використовуються у ММ. Для процедур оптимізації, як правило, потрібно виконання великого обсягу обчислень за допомогою складних програмних комплексів. В окремих випадках задовільні результати параметричного синтезу виходять на основі спрощених методик, подібних до розрахункових методик неавтоматизованого проектування.

Детермінована верифікація може бути спрямована на виявлення відповідності структур об'єктів, заданих двома різними описами (структурна верифікація), чи значень вихідних параметрів (параметрична верифікація). Параметрична верифікація може виконуватися по повній сукупності параметрів чи по їхній частині, в останньому випадку розрізняють верифікацію статичну, динамічну, у частотній області. Статистичний аналіз призначений для одержання статистичних зведень про вихідні параметри при заданих законах розподілу параметрів елементів. Результати статистичного аналізу можна представляти гістограмами, оцінками числових характеристик розподілів вихідних параметрів. Аналіз чутливості полягає в розрахунку коефіцієнтів чутливості вихідних параметрів y_j змінам параметрів елементів (чи зовнішніх параметрів) x_i.

Розрізняють абсолютний і відносний коефіцієнти чутливості:

де

та - номінальні значення параметрів і відповідно.

Задачі, у яких дослідження властивостей об'єкта зводиться до однократного рішення рівнянь моделі при фіксованих значеннях внутрішніх і зовнішніх параметрів, називаються задачами одноваріантного аналізу. Задачі, що вимагають багаторазового рішення рівнянь моделі при різних значеннях внутрішніх і зовнішніх параметрів, називаються задачами різноманітного аналізу.