Применение ЭВМ для автоматизации проектирования
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.
Широко используются автоматизированные средства подготовки технической документации. Так, для изготовления чертежей и описательных документов (электрических схем сборочных чертежей, таблиц соединений, спецификаций) применяются специальные чертежные автоматы, графопостроители и 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 дом этапе принимаются меры и затрачиваются интеллектуальные и материальные средства на оптимизацию.
При традиционном методе вмешательство проектировщика в автоматические процедуры проектирования не предусматривается, 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-математического обеспечения. Это породило новый этап автоматизации проектирования — этап создания систем автоматизированного проектирования (САПР).
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 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.