ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР)
СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Этапы проектирования СИ
С бурным ростом микроэлектроники возникла задача сокращения сро-ков проектирования СИ, т.к. стали сближаться сроки морального старения аппаратуры и сроков проектирования. В то же время уровень сложности СИ стал приближаться к критическому, за которым эффективность труда проектировщика стала падать, (анализ множества вариантов схемы, большой объём рутиной работы), поэтому необходимо было повысить производительность труда проектировщика и конструктора.
Для решения этих проблем в 60-е годы стали применяться ЭВМ. Сна-чала ЭВМ стали применять для выполнения сложных расчётов. Однако новые задачи схемотехнического и конструкторского проектирования СИ уже не могли решаться старыми методами, возникла задача использовать для этого ЭВМ. В результате возникла новая инженерная наука – проектирование с помощью ЭВМ, которая получила название "Машинное проектирование". Можно выделить 3 этапа проектирования сложных СИ:
1) системное проектирование;
2) функциональное проектирование;
3) техническое проектирование.
В первом случае, при системном проектировании, в соответствии с ТЗ разрабатывается структурная схема устройства. Схема разбивается на функ-ционально законченные узлы, определяются основные характеристики этих узлов и разрабатываются ТЗ на их проектирование (частные ТЗ). На этом же этапе выбирают систему элементов и конструкций. Этап системного проекти-рования не автоматизирован – здесь слишком велика доля творческого труда инженера, поэтому на этом этапе компьютеру можно поручить только выбор оптимального варианта решений из тех решений, которые принимает разра-ботчик.
Во втором случае, при функциональном проектировании, разрабатывается принципиальная схема прибора с определением его параметров. Также производится окончательный выбор элементной базы, расчёт и оптимизация работы прибора, разрабатываются схемы соединений. Этот этап можно формализовать и свести его к моделированию и анализу схем, поэтому на этом этапе широко используется логические и вычислительные возможности ЭВМ.
В третьем случае, при техническом проектировании, можно выделить два этапа:
1) конструкторское проектирование;
2) технологическое проектирование.
Основной задачей конструкторского проектирования является определение оптимального пространственного расположения элементов всех уровней, соединений их между собой, конструкция и подготовка соответствующей КД. После этого переходит к технологическому проектированию. Его задачей является автоматизация выдачи технологических документов, которые необходимы для автоматизированного изготовления СИ и контроля готового изделия.
Таким образом, с помощью машинного проектирования можно полно-стью реализовать два из трёх этапов проектирования СИ: функциональное и техническое проектирование. Развитие машинного проектирования пошло по пути автоматизации наиболее трудоёмких этапов проектирования. Самым трудоёмким оказался этап технического проектирования. Поэтому на сегодня он является наиболее развитым с точки зрения применения САПР. Создание САПР технического проектирования, а точнее конструкторско-технологического проектирования, позволяет перейти к комплексной автоматизации конструирования изготовления узлов и блоков приборов и систем.
В дальнейшем системы технического проектирования стали разви-ваться, как самостоятельные, не предназначенные для выполнения системно-го и функционального проектирования и получили название САПР. В идеале САПР полностью отрабатывает с помощью ЭВМ ТЗ. Система программ определяет порядок выполнения отдельных этапов проектирования и на выходе ЭВМ появляется документация для системы автоматизированного управления технологическими процессами изготовления прибора. Для решения задач технического проектирования необходимо иметь: техническую базу (техническое обеспечение) и математическое (программное) обеспечение.
Техническое обеспечение САПР
В комплекс САПР кроме технических средств автоматизации проектирования и математического аппарата входит комплект нормативно технической документации по эксплуатации САПР. Техническое обеспечение САПР зависит от класса задач. Выделяют 2 класса:
1) подготовка, обработка, хранение и контроль информации и выпуск документации;
2) связанные непосредственно с процессом проектирования, это задачи анализа конструктивных решений, проектирования компоновки, размещения для различных структурных уровней, проектирование топологии монтажных соединений (задачи трассировки).
Контроль правильности решения задач.
Для решения задач первого класса нужны ЭВМ средней производительности с большой ёмкостью памяти и набором периферийных устройств ввода/вывода. Задачи первого класса занимают много времени и мало зависят от быстродействия ЭВМ, поэтому загружать этими операциями компьютер высокой производительности нерационально (подготовка, отображение, редактирование данных).
Для решения задач второго класса нужны ЭВМ высокой производительности с большим объёмом ОЗУ и набором периферийных устройств ввода/вывода. Таким образом, принципиально САПР может быть построена и на одной ЭВМ с использованием комплекса ЭВМ. ЭВМ в САПР решает большой круг задач: хранение в памяти информации о различных методах решения конструкторских задач, справочных данных, промежуточных и окончательных результатах проектирования.
Вся информация в ЭВМ на машинных носителях называется "Банк данных (БД) САПР". В процессе эксплуатации САПР её БД постоянно попол-няется информацией. Кроме ЭВМ в техническое обеспечение САПР входят: дисплей, плоттеры (графопостроители), принтеры, автоматические координатографы, фотокоординатографы; автоматы с ЧПУ, в том числе сверлильные и т.д.
Программное обеспечение САПР
В ПО САПР входят математические методы модели, алгоритмы проек-тирования. Применение того или иного метода зависит от требуемой точности результатов. Чем выше точность, тем сложнее модель, и тем больше времени затрачивается на её реализацию, поэтому иногда отказываются от таких моделей реальных устройств и переходят к упрощённым моделям.
Разработка алгоритмов проектирования является одной из самых сложных задач при создании САПР. Сложные задачи разбиваются на части и составляются алгоритмы на отдельные задачи, а затем из отдельных решений получают решение всей задачи. Использование ЭВМ средней производительности требует применение алгоритмов с наиболее простой вычислительной схемой, а ЭВМ высокой производительности допускают применение сложных алгоритмов, требующих сложных вычислений. Для реализации автоматизированного проектирования требуется иметь набор программ, реализующих эти алгоритмы, причём каждая конкретная задача, решаемая в САПР, требует своего конкретного программного обеспечения.
Основные задачи САПР СИ
Выделяют 4 основные задачи:
1) компоновка узлов;
2) размещение узлов низшего структурного уровня в узлах высшего уровня (например, модулей в приборном корпусе);
3) трассировка соединений на всех уровнях;
4) получение конструкторско-технологической документации.