rumah » Cerobong asap » Sistem desain berbantuan komputer (CAD) res. Tahapan perancangan sistem elektronik Sistem perancangan parameter sarana elektronik

Sistem desain berbantuan komputer (CAD) res. Tahapan perancangan sistem elektronik Sistem perancangan parameter sarana elektronik

A-priori, CAD adalah sistem organisasi dan teknis yang terdiri dari seperangkat alat otomasi desain dan tim spesialis departemen organisasi desain, melakukan desain dengan bantuan komputer obyek, yang merupakan hasil kegiatan organisasi desain [54 , 9 ].

Dari definisi ini dapat disimpulkan bahwa CAD- ini bukan alat otomatisasi, tetapi sistem aktivitas manusia Oleh desain objek. Itu sebabnya otomatisasi desain sebagai suatu disiplin ilmu dan teknis berbeda dari penggunaan komputer pada umumnya dalam proses desain karena ia mempertimbangkan masalah membangun suatu sistem, dan bukan serangkaian tugas individu. Disiplin ini bersifat metodologis karena merangkum fitur-fitur yang umum pada berbagai aplikasi spesifik. 59 ].

Skema operasi yang ideal CAD ditunjukkan pada Gambar. 5.

Beras. 5. diagram fungsi CAD; KSA - seperangkat sarana teknis

Skema ini ideal dalam arti kepatuhan penuh terhadap formulasi sesuai standar yang ada dan ketidaksesuaian dengan sistem kehidupan nyata, di mana tidak semua pekerjaan desain dilakukan menggunakan alat otomasi dan tidak semua desainer menggunakan alat tersebut.

Desainer, sebagai berikut dari definisinya, termasuk dalam CAD. Pernyataan ini cukup sahih, karena... CAD adalah sistem desain dengan bantuan komputer dan bukan otomatis. Artinya beberapa operasi desain dapat dan akan selalu dilakukan oleh manusia. Pada saat yang sama, dalam sistem yang lebih maju, bagiannya bekerja yang dilakukan oleh manusia akan lebih sedikit, namun isinya tersebut bekerja akan lebih kreatif, dan peran orang tersebut dalam banyak kasus akan lebih bertanggung jawab.

Dari definisinya CAD maka tujuan fungsinya adalah desain. Seperti yang telah disebutkan, desain adalah suatu proses pengolahan informasi, yang pada akhirnya menghasilkan gambaran utuh tentang apa yang sedang dirancang obyek dan metode pembuatannya [ 37 ].

Dalam praktek desain manual, gambaran lengkap tentang apa yang sedang dirancang obyek dan metode pembuatannya berisi desain produk dan dokumentasi teknis. Untuk kondisi desain berbantuan komputer, nama produk desain akhir berisi data obyek, dan teknologi untuk pembuatannya. Dalam prakteknya disebut Oleh-masih sebuah "proyek".

Desain adalah salah satu jenis pekerjaan intelektual paling kompleks yang dilakukan manusia. Apalagi proses desainnya rumit objek Hal ini di luar kemampuan satu orang dan dilakukan oleh tim kreatif. Ini, di dalamnya antre, membuat proses desain menjadi lebih kompleks dan sulit untuk diformalkan. Untuk mengotomatiskan proses seperti itu, Anda perlu mengetahui dengan jelas apa sebenarnya proses tersebut dan bagaimana proses tersebut dilakukan oleh pengembang. Pengalaman menunjukkan bahwa studi tentang proses desain dan formalisasinya diberikan kepada spesialis dengan kesulitan besar otomatisasi desain keseluruhan dilakukan secara bertahap, secara konsisten mencakup semua yang baru operasi proyek. Oleh karena itu, sistem baru secara bertahap diciptakan dan sistem lama diperbaiki. Semakin banyak bagian sistem yang dibagi, semakin sulit untuk merumuskan dengan benar data awal untuk setiap bagian, tetapi semakin mudah untuk melakukan optimasi.

Objek otomasi desain adalah karya, tindakan manusia yang dilakukannya selama proses desain. Dan apa yang mereka desain disebut objek desain.

Seseorang dapat mendesain rumah, mobil, proses teknologi, produk industri. Sama objek dirancang untuk dirancang CAD. Pada saat yang sama mereka berbagi CAD produk ( CAD Saya dan Proses CAD (CAD TP).

Karena itu, objek desain tidak merancang objek otomasi. Dalam praktek produksi objek otomasi desain adalah keseluruhan tindakan desainer yang mengembangkan suatu produk atau proses teknologi, atau keduanya, dan mendokumentasikan hasil pengembangan dalam bentuk desain, dokumentasi teknologi dan operasional.

Dengan membagi seluruh proses desain menjadi beberapa tahap dan operasi, Anda dapat mendeskripsikannya menggunakan metode matematika tertentu dan menentukan alat untuk mengotomatiskannya. Maka perlu mempertimbangkan yang dipilih operasi proyek Dan alat otomatisasi secara kompleks dan menemukan cara untuk menggabungkannya menjadi satu sistem yang memenuhi tujuan.

Saat merancang kompleks obyek bermacam-macam operasi proyek diulang berkali-kali. Hal ini disebabkan karena desain merupakan proses yang berkembang secara alami. Dimulai dengan pengembangan konsep umum yang dirancang obyek, berdasarkan itu - desain awal. Di bawah ini adalah perkiraan solusi (estimasi): desain awal ditentukan pada semua tahap desain berikutnya. Secara umum, proses seperti itu dapat direpresentasikan sebagai spiral. Di bagian bawah spiral terdapat konsep yang dirancang obyek, di atas - data akhir tentang desain obyek. Pada setiap putaran spiral, dalam hal teknologi pemrosesan informasi, itu identik operasi, namun dalam volume yang semakin meningkat. Oleh karena itu, instrumental alat otomatisasi operasi berulang mungkin sama.

Dalam praktiknya, sangat sulit untuk menyelesaikan sepenuhnya masalah formalisasi seluruh proses desain, namun, jika setidaknya sebagian dari operasi desain diotomatisasi, hal ini masih dapat dibenarkan, karena akan memungkinkan pengembangan lebih lanjut dari hasil yang dibuat. CAD berdasarkan solusi teknis yang lebih maju dan dengan sumber daya yang lebih sedikit.

Secara umum, untuk semua tahap desain produk dan teknologi manufakturnya, jenis utama operasi pemrosesan informasi berikut ini dapat dibedakan:

pencarian dan pemilihan dari berbagai sumber informasi yang diperlukan;

analisis informasi yang dipilih;

melakukan perhitungan;

membuat keputusan desain;

pendaftaran solusi desain dalam bentuk yang nyaman untuk digunakan lebih lanjut (pada tahap desain selanjutnya, selama pembuatan atau pengoperasian produk).

Otomatisasi dari operasi pemrosesan informasi yang terdaftar dan proses untuk mengelola penggunaan informasi pada semua tahap desain adalah inti dari berfungsinya sistem CAD modern.

Apa saja fitur utama sistem desain berbantuan komputer dan perbedaan mendasarnya dari metode otomasi “berbasis tugas”?

Ciri khas yang pertama adalah kemampuannya luas memecahkan masalah desain umum, membangun hubungan erat antara tugas-tugas tertentu, mis. kemungkinan pertukaran informasi dan interaksi yang intensif tidak hanya dari prosedur individu, tetapi juga tahapan desain. Misalnya saja terkait dengan tahap teknis (desain) desain CAD RES memungkinkan pemecahan masalah tata letak, penempatan, dan perutean dalam keterkaitan yang erat, yang harus tertanam dalam perangkat keras dan perangkat lunak sistem.

Sehubungan dengan sistem tingkat yang lebih tinggi, kita dapat berbicara tentang membangun hubungan informasi yang erat antara sirkuit dan tahapan teknis desain. Sistem seperti itu memungkinkan terciptanya sarana radio-elektronik yang lebih efektif dalam hal serangkaian persyaratan fungsional, desain dan teknologi.

Perbedaan kedua CAD RES adalah mode interaktif desain di mana proses berkelanjutan dilakukan dialog"manusia-mesin". Betapapun rumit dan canggihnya metode desain formal, betapapun hebatnya kekuatan alat komputasi, tidak mungkin menciptakan peralatan yang kompleks tanpa partisipasi kreatif manusia. Merancang sistem otomasi Oleh desain mereka tidak boleh menggantikan sang desainer, tetapi bertindak sebagai alat yang ampuh untuk aktivitas kreatifnya.

Fitur ketiga CAD RES terletak pada kemungkinannya pemodelan simulasi sistem radio-elektronik dalam kondisi operasi yang mendekati kondisi nyata. Pemodelan simulasi memungkinkan untuk memprediksi reaksi yang dirancang obyek terhadap berbagai gangguan, memungkinkan perancang untuk “melihat” hasil kerja kerasnya tanpa membuat prototipe. Nilai fitur ini CAD adalah bahwa dalam banyak kasus sangat sulit untuk merumuskan suatu sistem kriteria kinerja RES. Efisiensi dikaitkan dengan sejumlah besar persyaratan yang sifatnya berbeda dan bergantung pada sejumlah besar parameter RES dan faktor eksternal. Oleh karena itu, dalam masalah desain yang kompleks, hampir tidak mungkin memformalkan prosedur untuk menemukan yang optimal Oleh kriteria untuk efektivitas solusi yang komprehensif. Pemodelan simulasi memungkinkan Anda menguji berbagai opsi solusi dan memilih yang terbaik, serta melakukannya dengan cepat dan mempertimbangkan segala macam faktor dan gangguan.

Ciri keempat adalah kerumitan signifikan dari perangkat lunak dan dukungan informasi untuk desain. Kita berbicara tidak hanya tentang peningkatan kuantitatif dan volumetrik, tetapi juga tentang kompleksitas ideologis, yang terkait dengan kebutuhan untuk menciptakan bahasa komunikasi antara perancang dan komputer, bank data yang dikembangkan, program pertukaran informasi antara bagian-bagian penyusunnya. sistem, dan merancang program. Sebagai hasil dari desain, RES baru yang lebih canggih tercipta, berbeda dari analog dan prototipenya dalam efisiensi yang lebih tinggi karena penggunaan fenomena fisik dan prinsip operasi baru, basis elemen dan struktur yang lebih maju, desain yang lebih baik, dan proses teknologi yang progresif.

Anotasi: Kuliah ini memberikan definisi dasar, tujuan dan prinsip-prinsip sistem desain berbantuan komputer (CAD). Esensi dan skema operasi CAD diberikan. Tempat CAD RES di antara sistem otomatis lainnya ditampilkan. Struktur dan jenis CAD dipertimbangkan. Tujuan utama perkuliahan adalah untuk menunjukkan esensi proses desain RES, prinsip dasar desain. Perhatian khusus diberikan pada pendekatan sistematis terhadap desain desain dan teknologi produksi RES

4.1. Definisi, maksud, tujuan

Menurut definisi, CAD adalah sistem organisasi dan teknis yang terdiri dari seperangkat alat otomasi desain dan tim spesialis departemen organisasi desain, melakukan desain otomatis suatu objek, yang merupakan hasil dari suatu kegiatan organisasi desain [ , ].

Dari definisi tersebut dapat disimpulkan bahwa CAD bukanlah suatu alat otomasi, melainkan suatu sistem aktivitas manusia dalam merancang objek. Oleh karena itu, otomasi desain sebagai disiplin ilmu dan teknis berbeda dari penggunaan komputer pada umumnya dalam proses desain karena otomasi desain menangani masalah konstruksi sistem, dan bukan serangkaian tugas individu. Disiplin ini bersifat metodologis karena merangkum fitur-fitur yang umum untuk berbagai aplikasi spesifik.

Skema ideal untuk berfungsinya CAD ditunjukkan pada Gambar. 4.1.

Beras. 4.1.

Desainer, seperti definisinya, mengacu pada CAD. Pernyataan ini cukup sah, karena CAD adalah sistem desain dengan bantuan komputer dan bukan sistem otomatis. Artinya beberapa operasi desain dapat dan akan selalu dilakukan oleh manusia. Terlebih lagi, dalam sistem yang lebih maju, proporsi pekerjaan yang dilakukan oleh manusia akan lebih kecil, namun isi dari pekerjaan tersebut akan lebih kreatif, dan peran manusia dalam banyak kasus akan lebih bertanggung jawab.

Dari definisi CAD dapat disimpulkan bahwa tujuan pengoperasiannya adalah desain. Seperti telah disebutkan, desain adalah suatu proses pengolahan informasi, yang pada akhirnya mengarah pada memperoleh pemahaman yang utuh tentang objek yang dirancang dan metode pembuatannya.

Dalam praktik desain manual, uraian lengkap tentang objek yang dirancang dan metode pembuatannya berisi desain produk dan dokumentasi teknis. Untuk syarat desain berbantuan komputer, nama produk desain akhir yang memuat data tentang benda dan teknologi pembuatannya belum disahkan. Dalam prakteknya masih disebut “proyek”.

Desain adalah salah satu jenis pekerjaan intelektual paling kompleks yang dilakukan manusia. Apalagi proses mendesain objek yang kompleks berada di luar kemampuan satu orang dan dilakukan oleh tim kreatif. Hal ini, pada gilirannya, membuat proses desain menjadi lebih kompleks dan sulit untuk diformalkan. Untuk mengotomatiskan proses seperti itu, Anda perlu mengetahui dengan jelas apa sebenarnya proses tersebut dan bagaimana proses tersebut dilakukan oleh pengembang. Pengalaman menunjukkan bahwa studi tentang proses desain dan formalisasinya diberikan kepada spesialis dengan kesulitan besar, oleh karena itu otomatisasi desain dilakukan di mana-mana secara bertahap, secara bertahap mencakup semua hal baru. operasi proyek. Oleh karena itu, sistem baru secara bertahap diciptakan dan sistem lama diperbaiki. Semakin banyak bagian sistem yang dibagi, semakin sulit untuk merumuskan dengan benar data awal untuk setiap bagian, tetapi semakin mudah untuk melakukan optimasi.

Objek otomasi desain adalah karya, tindakan manusia yang dilakukannya selama proses desain. Dan apa yang mereka desain disebut objek desain.

Seseorang dapat mendesain rumah, mobil, proses teknologi, produk industri. CAD dirancang untuk mendesain objek yang sama. Dalam hal ini, produk CAD (CAD I) dan Proses CAD(CAD TP).

Karena itu, objek desain tidak merancang objek otomasi. Dalam praktek produksi objek otomasi desain adalah keseluruhan tindakan desainer yang mengembangkan suatu produk atau proses teknologi, atau keduanya, dan mendokumentasikan hasil pengembangan dalam bentuk desain, dokumentasi teknologi dan operasional.

Dengan membagi seluruh proses desain menjadi beberapa tahapan dan operasi, Anda dapat mendeskripsikannya menggunakan metode matematika tertentu dan menentukan alat untuk otomatisasinya. Maka perlu mempertimbangkan yang dipilih operasi proyek Dan alat otomatisasi secara kompleks dan menemukan cara untuk menggabungkannya menjadi satu sistem yang memenuhi tujuan.

Saat mendesain objek yang kompleks, beragam operasi proyek diulang berkali-kali. Hal ini disebabkan karena desain merupakan proses yang berkembang secara alami. Ini dimulai dengan pengembangan konsep umum tentang objek yang dirancang, berdasarkan itu - desain awal. Di bawah ini adalah perkiraan solusi (estimasi): desain awal ditentukan pada semua tahap desain berikutnya. Secara umum, proses seperti itu dapat direpresentasikan sebagai spiral. Di bagian bawah spiral adalah konsep objek yang dirancang, di bagian atas - data akhir tentang objek yang dirancang. Pada setiap putaran spiral, dari sudut pandang teknologi pemrosesan informasi, operasi yang identik dilakukan, tetapi dalam volume yang meningkat. Oleh karena itu, instrumental alat otomatisasi operasi berulang mungkin sama.

Secara praktis sangat sulit untuk menyelesaikan secara penuh masalah formalisasi seluruh proses desain, namun, jika setidaknya sebagian dari operasi desain diotomatisasi, hal ini masih dapat dibenarkan, karena ini akan memungkinkan pengembangan lebih lanjut dari sistem CAD yang dibuat. berdasarkan solusi teknis yang lebih maju dan dengan pengeluaran sumber daya yang lebih sedikit.

Secara umum, untuk semua tahap desain produk dan teknologi manufakturnya, jenis utama operasi pemrosesan informasi berikut ini dapat dibedakan:

pencarian dan pemilihan dari berbagai sumber informasi yang diperlukan;
analisis informasi yang dipilih;
melakukan perhitungan;
membuat keputusan desain;
pendaftaran solusi desain dalam bentuk yang nyaman untuk digunakan lebih lanjut (pada tahap desain selanjutnya, selama pembuatan atau pengoperasian produk).

Otomatisasi operasi pemrosesan informasi yang terdaftar dan proses untuk mengelola penggunaan informasi pada semua tahap desain adalah inti dari berfungsinya sistem CAD modern.

Apa saja fitur utama sistem desain berbantuan komputer dan perbedaan mendasarnya dari metode otomasi “berbasis tugas”?

Ciri khas yang pertama adalah kemampuannya luas memecahkan masalah desain umum, membangun hubungan erat antara tugas-tugas tertentu, mis. kemungkinan pertukaran informasi dan interaksi yang intensif tidak hanya dari prosedur individu, tetapi juga tahapan desain. Misalnya, dalam kaitannya dengan tahap desain teknis (desain), CAD RES memungkinkan penyelesaian masalah tata letak, penempatan, dan perutean dalam hubungan yang erat, yang harus tertanam dalam perangkat keras dan perangkat lunak sistem.

Perbedaan kedua antara CAD RES adalah mode interaktif desain di mana proses berkelanjutan dilakukan dialog"manusia-mesin". Betapapun rumit dan canggihnya metode desain formal, betapapun hebatnya kekuatan alat komputasi, mustahil menciptakan peralatan yang rumit tanpa partisipasi kreatif manusia. Secara desain, sistem otomasi desain tidak boleh menggantikan perancang, tetapi bertindak sebagai alat yang ampuh untuk aktivitas kreatifnya.

Fitur ketiga dari CAD RES adalah kemampuannya pemodelan simulasi sistem radio-elektronik dalam kondisi operasi yang mendekati kondisi nyata. Pemodelan simulasi memungkinkan untuk meramalkan reaksi objek yang dirancang terhadap berbagai gangguan, memungkinkan perancang untuk "melihat" hasil kerja kerasnya tanpa membuat prototipe. Nilai dari fitur CAD ini adalah dalam banyak kasus sangat sulit untuk merumuskan suatu sistem kriteria kinerja RES. Efisiensi dikaitkan dengan sejumlah besar persyaratan yang sifatnya berbeda dan bergantung pada sejumlah besar parameter RES dan faktor eksternal. Oleh karena itu, dalam masalah desain yang kompleks, hampir tidak mungkin untuk memformalkan prosedur untuk menemukan solusi optimal berdasarkan kriteria efisiensi komprehensif. Pemodelan simulasi memungkinkan Anda menguji berbagai opsi solusi dan memilih yang terbaik, serta melakukannya dengan cepat dan mempertimbangkan segala macam faktor dan gangguan.

4.2. Prinsip-prinsip menciptakan sistem dan teknologi desain berbantuan komputer

Saat membuat sistem CAD, kami dipandu oleh prinsip-prinsip seluruh sistem berikut:

Prinsip penyertaan adalah bahwa persyaratan untuk pembuatan, pengoperasian dan pengembangan CAD ditentukan dari sisi sistem yang lebih kompleks, yang mencakup CAD sebagai subsistem. Sistem yang sedemikian kompleks dapat berupa, misalnya, sistem kompleks ASNI - CAD - sistem kendali otomatis suatu perusahaan, CAD suatu industri, dll.
Prinsip kesatuan sistemis menyediakan untuk memastikan integritas sistem CAD melalui komunikasi antara subsistemnya dan fungsi subsistem kontrol CAD.
Prinsip kompleksitas membutuhkan koherensi dalam desain elemen individu dan keseluruhan objek secara keseluruhan pada semua tahap desain.
Prinsip kesatuan informasi telah ditentukan sebelumnya konsistensi informasi subsistem individu dan komponen CAD. Artinya sarana penyediaan komponen CAD harus menggunakan istilah, simbol, konvensi yang seragam, bahasa pemrograman yang berorientasi pada masalah dan metode penyajian informasi, yang biasanya ditetapkan oleh dokumen peraturan terkait. Prinsip kesatuan informasi mengatur, khususnya, penempatan semua file yang digunakan berulang kali dalam desain berbagai objek di bank data. Karena kesatuan informasi, hasil penyelesaian satu masalah di CAD tanpa adanya penataan ulang atau pemrosesan susunan data yang dihasilkan dapat digunakan sebagai informasi awal untuk tugas desain lainnya.
Prinsip kesesuaian adalah bahwa bahasa, kode, informasi dan karakteristik teknis dari hubungan struktural antara subsistem dan komponen CAD harus dikoordinasikan untuk memastikan berfungsinya semua subsistem dan melestarikannya. struktur terbuka CAD secara umum. Oleh karena itu, pengenalan perangkat keras atau perangkat lunak baru apa pun di CAD tidak boleh menyebabkan perubahan apa pun pada alat yang sudah digunakan.
Prinsip invarian menetapkan bahwa subsistem dan komponen CAD harus bersifat universal atau standar, yaitu tidak berubah terhadap objek yang dirancang dan spesifikasi industri. Tentu saja, hal ini tidak mungkin dilakukan untuk semua komponen CAD. Namun banyak komponen, seperti program optimasi, pengolahan data dan lain-lain, dapat dibuat sama untuk objek teknis yang berbeda.

Sebagai hasil dari desain, RES baru yang lebih canggih tercipta, berbeda dari analog dan prototipenya dalam efisiensi yang lebih tinggi karena penggunaan fenomena dan prinsip fisik baru.

Desain otomatis disebut desain yang dilakukan oleh seseorang yang berinteraksi dengan komputer. Tingkat otomatisasi bisa berbeda-beda, dan diperkirakan berdasarkan porsi pekerjaan desain yang dilakukan di komputer tanpa campur tangan manusia. Kapan =0, desain disebut non-otomatis, kapan =1 – otomatis.

Sistem desain berbantuan komputer adalah sistem organisasi dan teknis yang terdiri dari seperangkat alat otomasi desain yang berinteraksi dengan departemen organisasi desain dan melakukan desain dengan bantuan komputer.

Pengembangan alat otomasi untuk desain sistem elektronik yang kompleks memiliki tujuan sebagai berikut:

mengurangi waktu dan biaya pengembangan dan implementasi produk;

mengurangi jumlah kesalahan desain;

memastikan kemungkinan mengubah solusi desain dan mengurangi waktu yang diperlukan untuk inspeksi dan pengujian produk.

Masalah yang diselesaikan pada berbagai tahap desain secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga kelompok: sintesis dan analisis. Tugas analisis adalah mempelajari perilaku dan sifat sistem berdasarkan karakteristik tertentu dari lingkungan eksternal, komponennya, dan struktur sistem (atau modelnya). Menurut teori sistem umum, sintesis adalah proses menghasilkan fungsi dan struktur yang diperlukan dan cukup untuk memperoleh hasil tertentu. Dengan mengidentifikasi fungsi-fungsi yang diterapkan oleh sistem, mereka mendefinisikan suatu sistem tertentu yang hanya diketahui apa yang akan dilakukannya.

Dalam hal ini, tahap sintesis fungsi disebut sintesis abstrak. Ada juga tahapan sintesis struktural dan parametrik. Dalam sintesis struktural, struktur suatu objek ditentukan - totalitas elemen penyusunnya dan cara hubungannya satu sama lain (di dalam objek dan dengan lingkungan eksternal). Sintesis parametrik terdiri dari penentuan nilai numerik parameter elemen dalam kondisi struktur dan kinerja tertentu (yaitu, perlu untuk menemukan titik atau wilayah dalam ruang parameter internal di mana kondisi tertentu terpenuhi).

Pengembangan CAD adalah masalah ilmiah dan teknis yang besar. Meskipun biaya tenaga kerja besar (50-200 spesialis berkualifikasi), penciptaan ARPA terintegrasi di berbagai bidang teknologi merupakan suatu keharusan karena semakin kompleksnya objek desain. Dengan mempertimbangkan hal di atas, kita dapat merumuskan persyaratan dasar yang harus dipenuhi sistem CAD:

1. Memiliki struktur universal yang menerapkan prinsip dekomposisi dan hierarki (pendekatan blok-hierarki). Selain itu, sistem desain di berbagai tingkat hierarki harus konsisten secara informasi. Konsistensi informasi berarti bahwa untuk prosedur desain sekuensial, keluaran dari salah satu prosedur tersebut dapat menjadi masukan bagi prosedur lainnya tanpa memerlukan transformasi apa pun.

2. Memiliki tingkat integrasi yang tinggi. Tingkat integrasi harus sedemikian rupa untuk memastikan implementasi seluruh jalur desain: mulai dari pengajuan ide hingga implementasi proyek. Peran penting dalam memastikan integrasi alat desain dimainkan oleh apa yang disebut kerangka kerja, sistem CAD, yang memastikan integrasi berbagai alat dan data desain, dan kinerja fungsi manajemen menggunakan satu antarmuka pengguna.

3. Melakukan desain secara real-time. Mengurangi waktu yang diperlukan untuk interaksi CAD dengan pengguna dipastikan dengan ketersediaan sarana teknis operasional untuk interaksi antara pengembang dan sistem, efisiensi prosedur desain, dll.

4. Struktur CAD harus terbuka, mis. memiliki properti perluasan subsistem yang nyaman ketika ditingkatkan.

5. Memiliki sarana pengendalian informasi masukan dan keluaran.

6. Memiliki sarana untuk melakukan perubahan secara otomatis pada proyek.

2. Struktur kompleks perangkat keras dan perangkat lunak CAD

Semua perangkat keras dan perangkat lunak yang membentuk perangkat lunak CAD dasar dapat diklasifikasikan menurut fungsinya:

perangkat lunak (MS);

dukungan linguistik (LS);

perangkat lunak (perangkat lunak);

dukungan teknis (TO);

dukungan informasi (IS);

dukungan organisasi (OO);

ML meliputi: teori, metode, model matematika, algoritma yang digunakan dalam desain berbantuan komputer.

LO diwakili oleh sekumpulan bahasa yang digunakan dalam desain berbantuan komputer. Bagian utama LO adalah bahasa komunikasi antara manusia dan komputer.

Perangkat lunak adalah sekumpulan program mesin dan dokumentasi terkait. Ini dibagi menjadi seluruh sistem dan diterapkan. Komponen perangkat lunak seluruh sistem, misalnya, sistem operasi, kompiler, dll. Alat perangkat lunak ini dirancang untuk mengatur fungsi sarana teknis, mis. untuk merencanakan dan mengelola proses komputasi.

Perangkat lunak aplikasi dibuat untuk kebutuhan CAD. Biasanya disajikan dalam bentuk paket perangkat lunak aplikasi (APP), yang masing-masing melayani tahap tertentu dalam proses desain.

Komponen TO adalah seperangkat sarana teknis yang saling berhubungan dan berinteraksi (misalnya, komputer, sarana transmisi, penginputan, tampilan, dan pendokumentasian data) yang dimaksudkan untuk desain dengan bantuan komputer.

AI mengintegrasikan data yang diperlukan untuk desain dengan bantuan komputer. Mereka dapat disajikan dalam bentuk dokumen tertentu di berbagai media yang berisi informasi referensi tentang parameter objek desain, hasil antara, dll.

Bagian utama dari CAD IO adalah bank data (DDB), yang merupakan seperangkat alat untuk akumulasi terpusat dan penggunaan data secara kolektif di CAD. BND terdiri dari database (DB) dan sistem manajemen database (DBMS). DB - data itu sendiri, terletak di penyimpanan komputer dan disusun sesuai dengan aturan yang diterapkan dalam BND ini. DBMS adalah seperangkat alat perangkat lunak yang memastikan berfungsinya BND. Dengan menggunakan DBMS, data dicatat dalam BND, diambil sesuai dengan permintaan pengguna dan program aplikasi, dll.

Proses desain dengan bantuan komputer adalah interaksi berurutan dari sejumlah besar modul perangkat lunak. Interaksi modul dimanifestasikan terutama dalam koneksi kontrol (transisi berurutan dari eksekusi satu modul perangkat lunak ke eksekusi modul perangkat lunak lainnya), dan informasi (penggunaan data yang sama dalam modul berbeda) (lihat Gambar 1 dan 2).

Saat merancang sistem yang kompleks, masalah koordinasi informasi dari berbagai modul perangkat lunak menjadi penting. Ada tiga cara utama untuk menerapkan tautan informasi:

melalui transfer parameter dari program pemanggil ke program yang dipanggil;

melalui area umum (zona pertukaran) dari modul yang berinteraksi;

melalui bank data.

Implementasi koneksi informasi melalui transfer parameter berarti bahwa parameter atau alamatnya ditransfer. Ini digunakan ketika volume data yang dikirimkan relatif kecil dan strukturnya sederhana.

Dengan menerapkan koneksi informasi melalui zona pertukaran, setiap modul harus mengirimkan data ke zona pertukaran, menyajikannya dalam bentuk yang dapat diterima dari sudut pandang persyaratan modul lainnya. Karena persyaratan struktur data setiap modul konsumen data mungkin berbeda, metode komunikasi melalui zona pertukaran relatif mudah diterapkan hanya dengan jumlah koneksi informasi yang kecil dan stabil. Mereka digunakan untuk modul program dalam perangkat lunak tertentu.

Jika modul yang sama dapat dimasukkan dalam berbagai prosedur desain dan berinteraksi dengan banyak modul, maka disarankan untuk menyatukan sarana pertukaran informasi. Penyatuan ini dilakukan dengan menggunakan konsep BND. Ciri utama informasi yang disimpan di BND adalah strukturnya. Keuntungan utama interaksi informasi BND adalah sebagai berikut:

Pembatasan jumlah prosedur desain yang didukung dicabut;

Pengembangan dan modifikasi sistem perangkat lunak dimungkinkan;

Dimungkinkan untuk memodifikasi dan memodernisasi sarana teknis untuk menyimpan data tanpa mengubah KPS;

Integritas data terjamin.

Namun penerapan koneksi informasi melalui database data juga memiliki kekurangan, terutama terkait dengan lamanya waktu yang dihabiskan untuk mencari data di database.

Beras. 1. Grafik yang mencerminkan hubungan manajemen.

Beras. 2. Grafik yang mencerminkan hubungan informasi.

Beras. 3. Implementasi koneksi informasi melalui DBMS.

3 . Komposisi sistem elektronik CAD

CAD modern adalah kompleks perangkat lunak dan perangkat keras yang kompleks, yang dalam literatur ilmiah dan teknis disebut sebagai "workstation" (PC).

Beras. 3. Struktur stasiun kerja perancangan sistem elektronik.

Beras. 4. Struktur perangkat lunak CAD.

4 . Tingkat representasi hierarki perangkat elektronik

Metode desain utama menggunakan CAD adalah metode hierarki blok atau metode penguraian objek kompleks menjadi subsistem (blok, node, komponen). Dalam hal ini, deskripsi suatu sistem yang kompleks dibagi menjadi beberapa tingkatan hierarki (tingkatan abstraksi) sesuai dengan tingkat detail yang mencerminkan sifat-sifat sistem. Pada setiap tingkat presentasi proyek terdapat konsep tersendiri tentang sistem, subsistem, elemen sistem, hukum fungsi elemen sistem secara keseluruhan dan pengaruh eksternal.

Konsep-konsep inilah yang menentukan satu atau beberapa tingkat hierarki representasi perangkat. Subsistem adalah bagian dari suatu sistem, yang merupakan kumpulan dari beberapa elemennya, diidentifikasi menurut karakteristik fungsional tertentu, dan tujuan fungsinya disubordinasikan pada satu tujuan berfungsinya seluruh sistem. Suatu elemen dari suatu sistem dipahami sebagai bagian darinya yang menjalankan fungsi tertentu dan tidak mengalami dekomposisi pada tingkat pertimbangan tertentu. Ketidakterpisahan suatu unsur adalah sebuah konsep, tetapi bukan sifat fisik dari unsur tersebut. Dengan menggunakan konsep suatu elemen, perancang berhak berpindah ke level lain berdasarkan suatu bagian atau dengan menggabungkan beberapa elemen menjadi satu.

Pada tingkat hierarki atas, seluruh objek kompleks dianggap sebagai sekumpulan subsistem yang berinteraksi. Pada tingkat hierarki berikutnya, subsistem dianggap terpisah sebagai sistem yang terdiri dari komponen (elemen) tertentu dan memiliki uraian yang lebih rinci. Tingkat hierarki ini adalah tingkat subsistem. Jumlah tingkat hierarki selalu terbatas. Level dicirikan oleh fakta bahwa kumpulan jenis elemen yang dapat menyusun subsistem desain terbatas. Himpunan seperti ini disebut basis level.

Metode dekomposisi menimbulkan masalah serius dalam pembuatan sistem CAD:

penentuan tingkat hierarki dan dasar-dasarnya;

pengembangan perangkat lunak;

pemetaan dari satu basis ke basis lainnya, dll.

Metode representasi hierarki objek yang dirancang, yang digunakan oleh pengembang sirkuit dan sistem elektronik, dapat didasarkan pada dua metode representasi (deskripsi) elemen: struktural dan perilaku.

Metode struktural melibatkan penggambaran elemen sistem sebagai sekumpulan elemen yang saling berhubungan pada tingkat yang lebih rendah, sehingga menentukan dasar tingkat ini. Bentuk struktural hierarki proyek menyiratkan proses dekomposisi atau partisi proyek sehingga pada tingkat mana pun yang dipilih untuk pemodelan, model sistem dibangun sebagai sekumpulan elemen yang saling terkait yang ditentukan untuk tingkat tersebut. Di sini pertanyaan segera muncul: bagaimana unsur-unsur ini ditentukan? Paling sering mereka dibentuk menggunakan elemen tingkat berikutnya yang lebih rendah. Jadi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5, proyek dapat direpresentasikan sebagai pohon, dengan tingkat hierarki abstraksi berbeda yang sesuai dengan tingkat pohon tersebut. Pada tingkat daun pohon, perilaku elemen desain tingkat terendah ditentukan. Metode perilaku melibatkan deskripsi elemen sistem berdasarkan ketergantungan input/output menggunakan prosedur tertentu. Selain itu, uraian ini ditentukan oleh beberapa prosedur sendiri, dan tidak dijelaskan dengan menggunakan unsur lain. Oleh karena itu, model perilaku digunakan untuk menggambarkan elemen tingkat daun pohon proyek. Karena model perilaku suatu proyek bisa ada di tingkat mana pun, bagian proyek yang berbeda dapat memiliki deskripsi perilaku di tingkat yang berbeda.

Beras. 5. Proyek, disajikan dalam bentuk pohon lengkap (a) dan tidak lengkap (b).

Pada Gambar. Gambar 5(a) menunjukkan pohon proyek “lengkap”, di mana semua deskripsi perilaku dibentuk pada tingkat yang sama. Gambar 5(b) menunjukkan desain yang direpresentasikan dalam bentuk pohon parsial, dimana deskripsi perilaku berada pada tingkat yang berbeda. Situasi ini muncul karena pengembang sering kali diinginkan untuk membangun dan menganalisis hubungan antara komponen sistem sebelum menyelesaikan desain. Oleh karena itu, tidak diperlukan spesifikasi seluruh komponen sistem, misalnya pada level gerbang logika, agar dapat mengontrol desain secara keseluruhan agar tidak terjadi kesalahan. Pengendalian tersebut dilakukan dengan menggunakan pemodelan multi-level, yaitu pemodelan di mana deskripsi perilaku model komponen mengacu pada tingkat hierarki yang berbeda. Keuntungan tambahan yang penting dari pendekatan ini adalah meningkatkan efisiensi pemodelan.

Dari sudut pandang pengembang perangkat keras, ada enam tingkat hierarki utama, yang ditunjukkan pada Gambar. 6.

Beras. 6. Tingkatan hierarki penyajian sistem elektronik.

Ini adalah sistem, sirkuit mikro (atau IC), register, gerbang, sirkuit, dan level topologi. Gambar tersebut menunjukkan bahwa hierarki tingkat presentasi berbentuk piramida terpotong. Perluasan piramida ke bawah mencerminkan peningkatan derajat detail, yaitu. jumlah elemen yang harus diperhitungkan saat mendeskripsikan perangkat yang dirancang pada tingkat ini.

Di meja 1 menunjukkan karakteristik level - elemen struktural dan representasi perilaku untuk setiap level ditunjukkan.

Tabel 1. Hierarki model

Tingkat	Primitif struktural	Peralatan formal untuk representasi perilaku
Sistem	Prosesor pusat, sakelar, saluran, bus, perangkat penyimpanan, dll.	Analisis sistem, teori permainan, teori antrian, dll.
sirkuit mikro	Mikroprosesor, RAM, ROM, UART, dll.	Ketergantungan input-output, GSA
Daftar	Register, ALU, counter, multiplexer, decoder	Teori automata digital, tabel kebenaran, GSA
Katup	Gerbang logika, sandal jepit	Aljabar logika, sistem persamaan logika
Sirkuit	Transistor, dioda, resistor, kapasitor	Teori rangkaian listrik, sistem persamaan linier, nonlinier, diferensial
silikat	Objek geometris	TIDAK

Pada tingkat terendah, silikon, bentuk geometris digunakan sebagai primitif dasar yang mewakili daerah difusi, polisilikon, dan metalisasi pada permukaan cetakan silikon. Perpaduan bentuk-bentuk tersebut seolah meniru proses pembuatan kristal dari sudut pandang pengembangnya. Di sini representasinya hanya murni struktural (bukan behavioral).

Pada tingkat yang lebih tinggi berikutnya, tingkat rangkaian, representasi desain dibentuk menggunakan interkoneksi elemen rangkaian aktif dan pasif tradisional: resistor, kapasitor, dan transistor bipolar dan MOSFET. Sambungan komponen-komponen tersebut digunakan untuk memodelkan perilaku suatu rangkaian listrik, yang dinyatakan dengan menggunakan hubungan antara tegangan dan arus.Persamaan diferensial dapat digunakan untuk menggambarkan perilaku pada tingkat ini.

Tingkat ketiga, tingkat gerbang logika, secara tradisional memainkan peran utama dalam desain sirkuit dan sistem digital. Ia menggunakan elemen dasar seperti gerbang logika AND, OR dan NOT dan berbagai jenis sandal jepit. Koneksi primitif ini memungkinkan pemrosesan rangkaian logika kombinasional dan sekuensial. Peralatan formal untuk mendeskripsikan perilaku pada tingkat ini adalah aljabar Boolean.

Di atas level gerbang dalam hierarki adalah level register. Di sini, elemen dasarnya adalah komponen seperti register, counter, multiplexer, dan arithmetic logic unit (ALU). Representasi perilaku desain pada tingkat register dimungkinkan dengan menggunakan tabel kebenaran, tabel keadaan, dan bahasa transfer register.

Di atas level register adalah level chip (atau IC). Pada tingkat chip, komponen seperti mikroprosesor, perangkat memori utama, port serial dan paralel, dan pengontrol interupsi bertindak sebagai elemen. Meskipun batas-batas sirkuit mikro juga merupakan batas-batas model elemen, situasi lain juga mungkin terjadi. Dengan demikian, sekumpulan sirkuit mikro yang bersama-sama membentuk satu perangkat fungsional dapat direpresentasikan sebagai satu elemen. Contoh ilustratif di sini adalah pemodelan prosesor bit-modular. Opsi alternatif juga dimungkinkan - ketika elemen mewakili bagian terpisah dari satu sirkuit mikro, misalnya, pada tahap analisis spesifikasi teknis dan dekomposisi. Fitur utama di sini adalah bahwa elemen tersebut diwakili oleh blok logika yang besar, di mana untuk jalur pemrosesan data yang panjang dan sering kali konvergen, ketergantungan keluaran terhadap masukan perlu direpresentasikan. Seperti halnya elemen tingkat yang lebih rendah, elemen tingkat sirkuit mikro tidak dibangun secara hierarki dari primitif yang lebih sederhana, tetapi mewakili objek model tunggal. Jadi, jika Anda perlu memodelkan port I/O serial (universal asynchronous transceiver, UART), model yang sesuai tidak dibangun dengan menghubungkan model blok fungsional yang lebih sederhana seperti register dan counter, di sini UART sendiri menjadi model dasar. Jenis model ini penting bagi OEM yang membeli chip dari produsen lain tetapi tidak mengetahui struktur tingkat gerbang logika internalnya karena ini biasanya merupakan rahasia kepemilikan. Deskripsi perilaku model level sirkuit mikro didasarkan pada hubungan input-output dari setiap algoritma IC tertentu yang diimplementasikan oleh IC tertentu. Tingkat teratas adalah tingkat sistem. Elemen level ini adalah prosesor, memori dan switch (bus), dll. Deskripsi perilaku pada level ini mencakup data dan karakteristik dasar seperti, misalnya, kecepatan prosesor dalam jutaan instruksi per detik (megoflops) atau throughput jalur pemrosesan data (bit/s). Dari meja 1 dan di atas dapat dilihat bahwa karakteristik struktural atau perilaku dari tingkat yang berdekatan sampai batas tertentu tumpang tindih. Misalnya, baik pada register maupun pada level sirkuit mikro, representasi menggunakan GSA dapat digunakan. Namun, representasi struktural untuk kedua tingkat tersebut sangat berbeda, itulah sebabnya keduanya dipisahkan. Sirkuit mikro dan level sistem pada dasarnya memiliki elemen yang sama, tetapi karakteristik perilakunya sangat berbeda. Dengan demikian, model perilaku tingkat IC memungkinkan penghitungan respons individu secara rinci dalam bentuk nilai integer dan bit. Dan representasi perilaku tingkat sistem memiliki batasan yang serius - ini berfungsi terutama untuk memodelkan kapasitas sistem atau menentukan parameter stokastik sistem. Dalam praktiknya, tampilan desain tingkat sistem digunakan terutama untuk evaluasi komparatif arsitektur yang berbeda. Secara umum, model tingkat yang berbeda harus digunakan jika persyaratannya, baik perilaku maupun struktural, berbeda.

Konsep terakhir yang terkait dengan representasi hierarki suatu proyek disebut jendela proyek.

Istilah ini mengacu pada sekelompok tingkat pohon proyek yang digunakan oleh setiap pengembang tertentu. Dengan demikian, jendela proyek untuk desain VLSI mencakup level silikon, sirkuit, gerbang, register, dan chip. Perancang komputer, sebaliknya, biasanya tertarik pada jendela yang mencakup level gerbang, register, chip, dan sistem. Konsep jendela proyek inilah yang menjadi dasar desain multi-level. Ketika kompleksitas VLSI meningkat, akan menjadi tidak praktis untuk memasukkan lapisan gerbang ke dalam jendela desain karena ratusan ribu gerbang logika dapat ditempatkan pada satu chip. Tingkat register, meskipun tidak sekompleks tingkat gerbang, juga dapat berisi rincian opsional bagi mereka yang hanya tertarik pada sinyal I/O VLSI.

Jadi, dari sudut pandang perancang mesin, VLSI sendiri akan menjadi elemen desain.

Beras. 7. Contoh implementasi level presentasi sistem multiprosesor.

Tes pada topik:

Tahapan perancangan sistem elektronik

Solusi desain adalah deskripsi perantara dari objek yang dirancang, yang diperoleh pada tingkat hierarki tertentu, sebagai hasil dari pelaksanaan suatu prosedur (pada tingkat yang sesuai).

Prosedur desain merupakan bagian integral dari proses desain. Contoh prosedur desain adalah sintesis diagram fungsional perangkat yang dirancang, pemodelan, verifikasi, perutean interkoneksi pada papan sirkuit tercetak, dll.

Perancangan pembangkit listrik dibagi menjadi beberapa tahap. Tahapan adalah urutan prosedur desain tertentu. Urutan umum tahapan desain adalah sebagai berikut:

menyusun spesifikasi teknis;

masukan proyek;

desain arsitektur;

desain fungsional dan logis;

desain sirkuit;

desain topologi;

produksi prototipe;

penentuan karakteristik perangkat.

Menyusun spesifikasi teknis. Persyaratan untuk produk yang dirancang, karakteristiknya ditentukan dan spesifikasi teknis untuk desain dibentuk.

Masukan proyek. Setiap tahap desain memiliki sarana masukannya sendiri; terlebih lagi, banyak sistem alat menyediakan lebih dari satu cara untuk menggambarkan proyek.

Editor grafis dan teks tingkat tinggi untuk deskripsi proyek sistem desain modern efektif. Editor semacam itu memberi pengembang kesempatan untuk menggambar diagram blok dari sistem besar, menetapkan model ke blok individual dan menghubungkan blok tersebut melalui bus dan jalur transmisi sinyal. Editor biasanya secara otomatis menghubungkan deskripsi teks blok dan koneksi dengan gambar grafis yang sesuai, sehingga memberikan pemodelan sistem yang komprehensif. Hal ini memungkinkan para insinyur sistem untuk tidak mengubah gaya kerja mereka yang biasa: mereka masih dapat berpikir, membuat sketsa diagram alur proyek mereka seolah-olah di selembar kertas, sementara pada saat yang sama informasi akurat tentang sistem akan dimasukkan dan diakumulasikan.

Persamaan logika atau diagram rangkaian sering kali digunakan dengan sangat baik untuk menggambarkan logika antarmuka dasar.

Tabel kebenaran berguna untuk mendeskripsikan decoder atau blok logika sederhana lainnya.

Bahasa deskripsi perangkat keras yang berisi konstruksi tipe mesin negara biasanya jauh lebih efisien dalam merepresentasikan blok fungsional logis yang lebih kompleks, seperti blok kontrol.

Desain arsitektur. Mewakili desain perangkat elektronik hingga tingkat transmisi sinyal ke CPU dan memori, memori dan unit kontrol. Pada tahap ini ditentukan komposisi perangkat secara keseluruhan, komponen utama perangkat keras dan perangkat lunak ditentukan.

Itu. merancang keseluruhan sistem dengan representasi tingkat tinggi untuk memeriksa kebenaran solusi arsitektur biasanya dilakukan dalam kasus di mana sistem baru yang fundamental sedang dikembangkan dan semua masalah arsitektur perlu diselesaikan dengan hati-hati.

Dalam banyak kasus, desain sistem yang lengkap memerlukan penyertaan komponen dan efek non-listrik dalam desain untuk diuji dalam satu paket simulasi.

Elemen level ini adalah: prosesor, memori, pengontrol, bus. Saat membangun model dan mensimulasikan sistem, metode teori graf, teori himpunan, teori proses Markov, teori antrian, serta cara logis dan matematis untuk menggambarkan fungsi sistem digunakan di sini.

Dalam praktiknya, diharapkan untuk membangun arsitektur sistem berparameter dan memilih parameter optimal untuk konfigurasinya. Akibatnya, model yang sesuai harus diparameterisasi. Parameter konfigurasi model arsitektur menentukan fungsi mana yang akan diimplementasikan pada perangkat keras dan mana pada perangkat lunak. Beberapa opsi konfigurasi untuk perangkat keras meliputi:

jumlah, kapasitas dan kapasitas bus sistem;

waktu akses memori;

ukuran memori cache;

jumlah prosesor, port, blok register;

kapasitas buffer transfer data.

Dan parameter konfigurasi perangkat lunak mencakup, misalnya:

parameter penjadwal;

prioritas tugas;

interval "pembuangan sampah";

interval CPU maksimum yang diperbolehkan untuk program;

parameter subsistem manajemen memori (ukuran halaman, ukuran segmen, serta distribusi file berdasarkan sektor disk;

Parameter konfigurasi transfer data:

nilai interval batas waktu;

ukuran fragmen;

parameter protokol untuk deteksi dan koreksi kesalahan.

Beras. 1 - Urutan prosedur desain pada tahap desain arsitektur

Dalam desain tingkat sistem interaktif, spesifikasi fungsional tingkat sistem pertama kali diperkenalkan dalam bentuk diagram aliran data, dan tipe komponen dipilih untuk mengimplementasikan berbagai fungsi (Gambar 1). Tugas utama di sini adalah mengembangkan arsitektur sistem yang akan memenuhi persyaratan fungsional, kecepatan, dan biaya yang ditentukan. Kesalahan pada tingkat arsitektur jauh lebih mahal dibandingkan keputusan yang dibuat selama proses implementasi fisik.

Model arsitektural penting dan mencerminkan logika perilaku sistem dan fitur temporalnya, yang memungkinkan untuk mengidentifikasi masalah fungsional. Mereka memiliki empat fitur penting:

mereka secara akurat mewakili fungsionalitas komponen perangkat keras dan perangkat lunak menggunakan abstraksi data tingkat tinggi dalam bentuk aliran data;

model arsitektur secara abstrak merepresentasikan teknologi implementasi dalam bentuk parameter waktu. Teknologi implementasi spesifik ditentukan oleh nilai spesifik dari parameter ini;

model arsitektur berisi sirkuit yang memungkinkan banyak blok fungsional untuk berbagi (share) komponen;

model-model ini harus dapat diparameterisasi, dapat diketik, dan dapat digunakan kembali;

Pemodelan pada tingkat sistem memungkinkan pengembang untuk mengevaluasi desain sistem alternatif dalam hal hubungan antara fungsionalitas, kinerja, dan biaya.

Sistem alat desain top-down (ASIC Navigator, Compass Design Automation) untuk ASIC dan sistem.

Upaya untuk membebaskan para insinyur dari perancangan pada tingkat katup.

Asisten Logika (asisten logika);

Asisten Desain;

ASIC Synthesizez (penyintesis ASIC);

Ini adalah lingkungan desain dan analisis terpadu. Memungkinkan Anda membuat spesifikasi ASIC dengan memasukkan deskripsi grafis dan tekstual dari desain Anda. Pengguna dapat mendeskripsikan desain mereka menggunakan sebagian besar metode masukan tingkat tinggi, termasuk diagram alur, rumus Boolean, diagram keadaan, pernyataan bahasa VHDL dan Verilog, dan banyak lagi. Perangkat lunak sistem akan mendukung metode masukan ini sebagai dasar untuk seluruh proses perancangan sistem ASIC selanjutnya.

Arsitektur umum ASIC yang dirancang dapat direpresentasikan dalam bentuk blok fungsional yang saling berhubungan tanpa memperhitungkan partisi fisiknya. Blok-blok ini kemudian dapat dideskripsikan dengan cara yang paling sesuai dengan fitur spesifik dari setiap fungsi. Misalnya, pengguna dapat mendeskripsikan logika kontrol menggunakan diagram keadaan, blok fungsi aritmatika menggunakan diagram jalur data, dan fungsi algoritmik menggunakan VHDL. Deskripsi akhir dapat berupa kombinasi teks dan grafik dan berfungsi sebagai dasar analisis dan implementasi ASIC.

Subsistem Logic Assistant mengubah spesifikasi yang diterima menjadi kode VHDL perilaku. Kode ini dapat diproses menggunakan sistem pemodelan VHDL yang dikembangkan oleh pihak ketiga. Memodifikasi spesifikasi pada tingkat perilaku memungkinkan dilakukannya perubahan dan debug pada tahap awal desain.

Asisten Desain

Setelah spesifikasi diverifikasi, spesifikasi tersebut dapat ditampilkan pada perangkat ASIC. Namun pertama-tama, pengguna harus memutuskan cara terbaik untuk mengimplementasikan proyek tingkat tinggi tersebut. Deskripsi desain dapat dipetakan ke satu atau lebih susunan gerbang atau IC berdasarkan elemen standar.

Dising Assistant membantu pengguna mengevaluasi berbagai opsi untuk mencapai implementasi optimal. D.A. atas arahan pengguna, menentukan perkiraan ukuran chip, kemungkinan metode pengemasan, konsumsi daya dan perkiraan jumlah gerbang logika untuk setiap opsi dekomposisi dan untuk setiap jenis ASIC.

Pengguna kemudian dapat secara interaktif melakukan analisis bagaimana-jika, mengeksplorasi solusi teknis alternatif dengan rincian desain yang berbeda, atau mengatur dan memindahkan elemen susunan gerbang standar. Dengan cara ini, pengguna dapat menemukan pendekatan optimal yang memenuhi persyaratan spesifikasi.

Sintesis ASIC

Setelah opsi desain tertentu dipilih, deskripsi perilakunya harus diubah menjadi representasi tingkat gerbang logika. Prosedur ini sangat memakan waktu.

Pada tingkat gerbang, berikut ini dapat dipilih sebagai elemen struktural: gerbang logika, pemicu, dan tabel kebenaran serta persamaan logika sebagai sarana deskripsi. Saat menggunakan level register, elemen strukturalnya adalah: register, penambah, penghitung, multiplekser, dan sarana deskripsinya adalah tabel kebenaran, bahasa operasi mikro, tabel transisi.

Apa yang disebut model simulasi logis atau model simulasi (IM) telah tersebar luas di tingkat fungsional-logis. IM hanya mencerminkan logika eksternal dan fitur temporal dari fungsi perangkat yang dirancang. Biasanya, dalam MI, operasi internal dan struktur internal tidak boleh serupa dengan yang ada di perangkat sebenarnya. Namun operasi yang disimulasikan dan fitur fungsi temporal, sebagaimana diamati secara eksternal, dalam IM harus memadai untuk yang ada di perangkat nyata.

Bagian 1. Informasi umum tentang CAD

Informasi tentang desain objek teknis

Informasi Umum

Merancang jenis dan sampel baru mesin, peralatan, perangkat, perangkat, perangkat, dan produk lainnya merupakan proses yang kompleks dan panjang, termasuk pengembangan data awal, gambar, dokumentasi teknis yang diperlukan untuk pembuatan prototipe dan produksi serta pengoperasian desain selanjutnya. objek.

Ini adalah serangkaian pekerjaan yang bertujuan untuk memperoleh deskripsi objek teknis baru atau modern yang cukup untuk pelaksanaan atau pembuatan objek dalam kondisi tertentu. Selama proses desain, timbul kebutuhan untuk membuat deskripsi yang diperlukan untuk konstruksi suatu objek yang belum ada. Deskripsi yang diperoleh selama desain bisa bersifat final atau menengah. Uraian akhir adalah seperangkat dokumentasi desain dan teknologi dalam bentuk gambar, spesifikasi, program komputer dan sistem otomatis, dll.

Suatu proses perancangan yang seluruhnya dilakukan oleh manusia disebut panduan. Saat ini, desain yang paling luas dalam desain objek kompleks adalah desain di mana terjadi interaksi antara manusia dan komputer. Desain seperti ini disebut otomatis. adalah sistem organisasi dan teknis yang terdiri dari seperangkat alat otomasi desain yang berinteraksi dengan departemen organisasi desain dan melakukan desain dengan bantuan komputer. Gagasan tentang objek teknis yang kompleks dalam proses desainnya dibagi menjadi beberapa aspek dan tingkat hierarki. Aspek mencirikan satu atau beberapa kelompok properti terkait suatu objek. Aspek khas dalam deskripsi objek teknis adalah: fungsional, desain dan teknologi. Aspek fungsional mencerminkan proses fisik dan informasi yang terjadi pada suatu objek selama operasinya. Aspek desain mencirikan struktur, letak dalam ruang dan bentuk bagian-bagian penyusun suatu benda. Aspek teknologi menentukan kemampuan manufaktur, kemampuan dan metode pembuatan suatu objek dalam kondisi tertentu.

Pembagian deskripsi objek yang dirancang ke dalam tingkat hierarki sesuai dengan tingkat detail yang mencerminkan properti objek adalah inti dari pendekatan hierarki blok terhadap desain.

Tingkat hierarki khas desain fungsional adalah: fungsional-logis (diagram fungsional dan logis); desain sirkuit (diagram kelistrikan komponen dan blok individual); komponen (desain elemen dan penempatannya).

Perancangan dibagi menjadi tahapan, tahapan dan prosedur. Ada tahapan karya penelitian ilmiah (R&D), karya desain eksperimental (R&D), desain awal, desain teknis, desain detail, pengujian prototipe.

Uraian tentang suatu benda atau bagiannya, cukup untuk membuat suatu kesimpulan tentang akhir suatu rancangan atau cara-cara melanjutkannya. - bagian dari desain yang diakhiri dengan memperoleh solusi desain. Rute desain adalah urutan prosedur desain yang mengarah pada perolehan solusi desain yang diperlukan.

Prosedur desain dibagi menjadi prosedur sintesis dan analisis. Prosedur sintesis terdiri dari pembuatan deskripsi objek yang dirancang. Deskripsi menampilkan struktur dan parameter objek (yaitu, sintesis struktural dan parametrik dilakukan). Prosedur analisis adalah studi terhadap suatu objek. Tugas analisis yang sebenarnya dirumuskan sebagai tugas membangun korespondensi antara dua deskripsi berbeda dari objek yang sama. Salah satu deskripsi dianggap utama, dan kebenarannya diasumsikan telah ditetapkan. Deskripsi lainnya mengacu pada tingkat hierarki yang lebih rinci, dan kebenarannya harus ditentukan dengan membandingkannya dengan deskripsi utama. Perbandingan ini disebut verifikasi. Ada dua metode untuk memverifikasi prosedur desain: analitis dan numerik.

Perancangan objek dan sistem individu dimulai dengan pengembangan spesifikasi teknis (TOR) untuk desain. Spesifikasi teknis berisi informasi dasar tentang objek desain, kondisi pengoperasiannya, serta persyaratan yang dikenakan oleh pelanggan terhadap produk yang dirancang. Persyaratan terpenting untuk spesifikasi teknis adalah kelengkapannya. Pemenuhan persyaratan ini menentukan waktu dan kualitas desain. Tahap selanjutnya - desain awal - dikaitkan dengan pencarian kemungkinan mendasar untuk membangun suatu sistem, studi tentang prinsip, struktur baru, dan pembenaran solusi paling umum. Hasil dari tahap ini adalah proposal teknis.

Pada tahap desain awal dilakukan kajian secara mendetail tentang kemungkinan dibangunnya suatu sistem, yang hasilnya berupa desain awal.

Pada tahap desain teknis, presentasi yang diperbesar dari semua solusi desain dan teknologi dilakukan; Hasil dari tahap ini adalah desain teknis.

Pada tahap desain rinci, studi rinci tentang semua blok, rakitan dan bagian dari sistem yang dirancang dilakukan, serta proses teknologi untuk produksi suku cadang dan perakitannya menjadi rakitan dan blok.

Tahap terakhir adalah produksi prototipe, berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan perubahan yang diperlukan pada dokumentasi desain.

Dalam desain non-otomatis, tahapan yang paling memakan waktu adalah desain teknis dan detail. Pengenalan otomatisasi pada tahap ini memberikan hasil yang paling efektif.

Dalam proses merancang suatu sistem yang kompleks, gagasan-gagasan tertentu tentang sistem terbentuk, yang mencerminkan sifat-sifat esensialnya dengan berbagai tingkat detail. Dalam representasi ini, dimungkinkan untuk mengidentifikasi komponen - tingkat desain. Biasanya, satu level mencakup representasi yang memiliki dasar fisik yang sama dan memungkinkan penggunaan peralatan matematika yang sama untuk mendeskripsikannya. Tingkat desain dapat dibedakan berdasarkan tingkat detail yang mencerminkan properti objek yang dirancang. Kemudian mereka dipanggil tingkat desain horizontal (hierarki)..

Identifikasi level horizontal adalah dasarnya pendekatan blok-hierarki untuk merancang. Tingkat horizontal memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

ketika berpindah dari tingkat K1 tertentu, di mana sistem S dipertimbangkan, ke tingkat tetangga, K2 yang lebih rendah, sistem S dibagi menjadi blok-blok dan blok-blok individualnya dianggap sebagai ganti sistem S;

pertimbangan masing-masing blok pada level K2 dengan tingkat detail yang lebih besar dibandingkan pada level K1, mengarah pada perolehan tugas-tugas dengan kompleksitas yang kira-kira sama dalam hal kemampuan persepsi manusia dan kemampuan solusi menggunakan alat desain yang tersedia;

penggunaan konsep sistem dan elemennya pada setiap tingkat hierarki, yaitu. jika balok S k dianggap sebagai elemen dari sistem S yang dirancang, maka pada tetangganya, tingkat K2 yang lebih rendah, balok S k yang sama dianggap sebagai sistem.

Tingkat desain juga dapat dibedakan berdasarkan sifat sifat objek yang diperhitungkan. Dalam hal ini mereka dipanggil tingkat desain vertikal. Saat merancang perangkat otomasi, tingkat vertikal utama adalah fungsional (sirkuit), desain, dan desain teknologi. Saat merancang kompleks otomatis, desain algoritmik (perangkat lunak) ditambahkan ke level ini.

Terkait dengan pengembangan diagram struktural, fungsional dan sirkuit. Dalam desain fungsional, fitur utama struktur, prinsip operasi, parameter terpenting, dan karakteristik objek yang dibuat ditentukan.

Desain algoritmik terkait dengan pengembangan algoritma untuk berfungsinya komputer dan sistem komputer (CS), dengan pembuatan sistem umum dan perangkat lunak aplikasinya.

Desain struktural mencakup permasalahan implementasi desain hasil desain fungsional, yaitu masalah pemilihan bentuk dan bahan suku cadang asli, pemilihan ukuran standar suku cadang standar, penataan ruang komponen, memastikan interaksi tertentu antara elemen struktur.

Proses desain mencakup masalah pelaksanaan hasil desain desain, yaitu. masalah penciptaan proses teknologi untuk pembuatan produk dipertimbangkan.

Untuk tahap penelitian disarankan menggunakan yang khusus sistem otomasi untuk penelitian dan eksperimen ilmiah. Sistem ini menggunakan banyak elemen matematika dan perangkat lunak CAD untuk melayani fase desain lainnya.

Tergantung pada urutan tahapan desain yang dilakukan, perbedaan dibuat antara desain bottom-up dan top-down. Desain dari Bawah ke Atas(desain bottom-up) ditandai dengan penyelesaian masalah pada tingkat hierarki yang lebih rendah sebelum menyelesaikan masalah pada tingkat yang lebih tinggi. Urutan sebaliknya menghasilkan desain dari atas ke bawah(desain dari atas ke bawah).

Saat ini, perancangan peralatan kompleks beserta elemen dan rakitannya dilakukan di berbagai perusahaan dengan menggunakan berbagai sistem CAD, termasuk yang standar, misalnya CAD untuk perancangan peralatan elektronik dan komputer, CAD untuk perancangan mesin listrik, dll. .

Desain fungsional dalam CAD mencakup dua tingkat horizontal besar - sistem dan fungsional-logis. Desain top-down biasanya digunakan untuk menyelesaikan tugas-tugas pada tingkat ini.

Pada tingkat sistem diagram blok perangkat dirancang, dan oleh karena itu level ini juga disebut tingkat struktural. Pada tingkat ini dilakukan pertimbangan yang lebih luas terhadap keseluruhan sistem secara keseluruhan, dan elemen sistem adalah perangkat seperti prosesor, saluran komunikasi, berbagai sensor, aktuator, dll.

Pada tingkat fungsional-logis diagram fungsional dan skema perangkat dirancang. Ada sublevel di sini - register dan logis. Pada sublevel register, perangkat dirancang dari blok (blok seperti register, counter, decoder dan konverter logis yang membentuk rantai transfer antar register). Pada sublevel logika, perangkat atau blok penyusunnya dirancang dari elemen logika individual (misalnya, gerbang dan flip-flop).

Tugas tingkat fungsional-logis pada perangkat otomasi CAD serupa dengan tugas pada tingkat yang sama dalam sistem CAD lain yang terkait dengan desain objek teknis.

Pada tingkat sirkuit diagram kelistrikan skema perangkat dirancang. Unsur-unsur disini merupakan komponen rangkaian elektronika (resistor, kapasitor, transistor, dioda).

Pada tingkat komponen komponen individu perangkat dikembangkan, dianggap sebagai sistem yang terdiri dari elemen.

Desain fungsional di CAD bisa dari bawah ke atas dan dari atas ke bawah. Desain bottom-up ditandai dengan penggunaan konfigurasi komponen generik.

Desain top-down dicirikan oleh keinginan untuk menggunakan solusi desain sirkuit yang terbaik untuk perangkat atau elemen otomasi tertentu, dan dikaitkan dengan pengembangan diagram sirkuit asli dan struktur komponen.

Tingkat desain algoritmik tertinggi digunakan untuk membuat perangkat lunak komputer. Untuk sistem perangkat lunak yang kompleks, biasanya terdapat dua tingkat hierarki. Pada tingkat tertinggi, sistem perangkat lunak direncanakan dan skema algoritma dikembangkan; elemen sirkuit adalah modul perangkat lunak. Pada tingkat berikutnya, modul-modul ini diprogram dalam beberapa bahasa algoritmik. Desain top-down digunakan di sini.

Tugas utama tingkat arsitektur desain - pilihan arsitektur sistem, mis. penentuan fitur struktural dan algoritmik seperti format data dan perintah, sistem perintah, prinsip operasi, kondisi terjadinya dan disiplin layanan interupsi, dll. .

Tingkat firmware dimaksudkan untuk merancang mikroprogram operasi dan prosedur yang dilakukan di komputer menggunakan perangkat keras. Tingkat ini berkaitan erat dengan tingkat fungsional-logis desain.

Desain struktural mencakup tingkat hierarki desain rak, panel, elemen pengganti standar (TEZ). Desain bottom-up merupakan tipikal untuk memecahkan masalah desain.

Tugas utama tingkat desain sistem dan arsitektur adalah sebagai berikut:

Kerangka acuan untuk pengembangan masing-masing perangkat CAD meliputi: daftar fungsi yang dilakukan oleh perangkat; kondisi pengoperasian perangkat, persyaratan parameter keluarannya, data tentang konten dan bentuk informasi yang dipertukarkan perangkat ini dengan perangkat lain dalam sistem. Selain itu, pada tahap desain fungsional perangkat, keputusan yang dibuat pada tahap desain awal mengenai sifat elemen dasar sudah diketahui.

Oleh karena itu, tugas-tugasnya tingkat program mikro desain algoritmik dan register sublevel tingkat fungsional-logis desain meliputi:

merinci fungsi yang dilakukan oleh perangkat, implementasi algoritmiknya, dan penyajian algoritme dalam salah satu bentuk yang diterima;

pemilihan prinsip pengorganisasian perangkat, termasuk, misalnya, penguraian perangkat menjadi beberapa blok dengan pilihan strukturnya, dll.;

pengembangan program mikro, yaitu penentuan untuk setiap perintah dari serangkaian perintah mikro dan urutan pelaksanaannya;

sintesis mesin keadaan terbatas (blok) yang mengimplementasikan fungsi tertentu, dengan penentuan jenis dan kapasitas memori mesin, fungsi keluaran, dan eksitasi elemen memori.

Pada sublevel logis dari level fungsional-logis Tugas desain berikut diselesaikan:

sintesis diagram fungsional dan sirkuit dari blok yang dipilih;

memeriksa kinerja blok yang disintesis dengan mempertimbangkan penundaan sinyal dan batasan basis elemen yang dipilih atau mengembangkan persyaratan untuk elemen dalam sistem CAD;

sintesis tes kontrol dan diagnostik;

perumusan spesifikasi teknis untuk tingkat desain sirkuit.

Bagian utama dari spesifikasi teknis pada tingkat desain rangkaian terdiri dari persyaratan untuk parameter keluaran rangkaian elektronik: penundaan propagasi sinyal, daya disipasi, tingkat tegangan keluaran, margin kekebalan kebisingan, dll. Selain itu, spesifikasi teknis menetapkan kondisi pengoperasian dalam bentuk indikasi rentang perubahan parameter eksternal yang diizinkan (suhu, tegangan suplai, dll.).

Pada tingkat sirkuit Tugas desain utama adalah sebagai berikut:

sintesis struktur diagram sirkuit;

perhitungan parameter komponen pasif dan penentuan kebutuhan parameter komponen aktif;

perhitungan kemungkinan terpenuhinya persyaratan spesifikasi teknis untuk parameter keluaran;

perumusan spesifikasi teknis desain komponen.

Pada tingkat komponen Tugas desain fungsional, struktural dan proses terkait erat satu sama lain. Ini:

pemilihan struktur fisik dan perhitungan parameter komponen semikonduktor;

pemilihan topologi komponen dan perhitungan dimensi geometris;

perhitungan parameter kelistrikan dan karakteristik komponen;

perhitungan parameter proses teknologi yang menjamin hasil akhir yang diinginkan;

perhitungan kemungkinan memenuhi persyaratan parameter keluaran elemen dan perangkat.

Dengan desain top-down, hubungan antar tingkat hierarki diwujudkan melalui pembentukan spesifikasi teknis untuk pengembangan elemen dengan mempertimbangkan kebutuhan sistem.

Dalam desain bottom-up, pengembangan elemen mendahului pengembangan sistem, sehingga biasanya spesifikasi elemen dibentuk berdasarkan pendapat para ahli pada tingkat yang sama di mana elemen tersebut dirancang. Hubungan antar level dimanifestasikan terutama dalam kenyataan bahwa ketika merancang suatu sistem, properti elemen yang sudah dirancang diperhitungkan melalui penggunaan model makro elemen.

Tugas desain

Desain desain mencakup pemecahan masalah dari kelompok berikut: desain peralihan dan instalasi; memastikan kondisi termal yang dapat diterima; merancang komponen elektromekanis perangkat eksternal; produksi dokumentasi desain.

Tugas utama desain switching dan instalasi di CAD adalah tugas menempatkan komponen pada substrat dan mengarahkan sambungan listrik antar komponen. Tugas-tugas ini ditentukan dalam daftar berikut:

perhitungan desain dimensi geometris komponen (tugas ini terkadang dianggap sebagai tugas desain fungsional);

menentukan posisi relatif komponen pada suatu elemen struktur;

penempatan komponen pada elemen desain, dengan mempertimbangkan geometri perangkat, sirkuit dan keterbatasan teknologi;

pelacakan koneksi;

menggambar gambaran umum gambar perangkat dan menentukan dimensi keseluruhan utama.

Masalah penempatan elemen dan perutean sambungan listrik juga diselesaikan dalam sistem CAD untuk perangkat elektronik RSAD. Jadi, pada tingkat elemen pengganti standar (TEZ), perlu untuk menempatkan rumah sirkuit mikro dan melacak konduktor tercetak di satu atau beberapa lapisan papan sirkuit tercetak. Selain itu, tugas desain peralihan dan instalasi mencakup tugas menyusun elemen menjadi blok.

Pembuatan dokumentasi desain meliputi registrasi otomatis hasil desain dari tugas-tugas tersebut di atas dalam bentuk yang diperlukan (misalnya dalam bentuk gambar, diagram, tabel, dll). Jadi, untuk mendapatkan foto asli papan sirkuit tercetak dan masker foto sirkuit terpadu (IC), saat ini digunakan peralatan yang dikendalikan perangkat lunak - koordinatograf dan phototypesetter.

Diagram proses desain

Masalah yang dipecahkan pada setiap tahap desain hierarki blok dibagi menjadi masalah sintesis dan analisis. Tugas sintesis dikaitkan dengan perolehan opsi desain, dan tugas analisis dikaitkan dengan evaluasinya.

Perbedaan dibuat antara sintesis parametrik dan struktural. Tujuan sintesis struktural- memperoleh struktur objek, mis. komposisi unsur-unsurnya dan cara mereka terhubung satu sama lain.

Tujuan Sintesis Parametrik- Penentuan nilai numerik parameter elemen. Jika tugasnya adalah menentukan nilai struktur dan (atau) parameter terbaik, dalam arti tertentu, maka masalah sintesis seperti itu disebut optimasi. Seringkali optimasi hanya dikaitkan dengan sintesis parametrik, mis. dengan perhitungan nilai parameter optimal untuk struktur objek tertentu. Masalah memilih struktur optimal disebut optimasi struktural.

Tugas analisis pada saat perancangan adalah tugas mempelajari model objek yang dirancang. Model dapat bersifat fisik (berbagai jenis model, stand) dan matematis. - sekumpulan objek matematika (angka, variabel, vektor, himpunan, dll.) dan hubungan di antara mereka.

Model matematika suatu benda dapat berupa fungsional, jika mereka menampilkan proses fisik atau informasi yang terjadi pada objek yang dimodelkan, dan struktural, jika mereka hanya menampilkan sifat struktural (dalam kasus tertentu geometris) objek. Model fungsional suatu objek paling sering berupa sistem persamaan, dan model struktural suatu objek adalah grafik, matriks, dll.

Model matematika suatu benda yang diperoleh dengan menggabungkan secara langsung model matematika unsur-unsur ke dalam suatu sistem umum disebut model matematika lengkap. Penyederhanaan model matematika lengkap suatu objek menghasilkan makromodelnya. Dalam CAD, penggunaan makromodel menyebabkan pengurangan waktu dan memori komputer, namun mengorbankan akurasi dan fleksibilitas model.

Saat mendeskripsikan objek, parameter yang mencirikan properti elemen adalah penting - parameter elemen (parameter internal), parameter yang mengkarakterisasi properti sistem, - parameter keluaran dan parameter yang mengkarakterisasi properti lingkungan eksternal objek yang bersangkutan, - parameter eksternal .

Jika kita menyatakan dengan X, Q dan Y masing-masing vektor parameter internal, eksternal dan output, maka jelas bahwa Y adalah fungsi dari X dan Q. Jika fungsi ini diketahui dan dapat direpresentasikan dalam bentuk eksplisit Y = F (X, Q), maka disebut model analitik.

Model algoritma sering digunakan, di mana fungsi Y = F(X, Q) ditentukan sebagai suatu algoritma.

Pada analisis univariat properti suatu objek dipelajari pada titik tertentu dalam ruang parameter, mis. untuk nilai tertentu dari parameter internal dan eksternal. Tugas analisis varian tunggal meliputi analisis keadaan statis, proses transien, mode osilasi stasioner, dan stabilitas. Pada multivariat analisis mengkaji sifat-sifat suatu benda di sekitar titik tertentu dalam ruang parameter. Tugas umum dalam analisis multivariat adalah analisis statistik dan analisis sensitivitas.

Data awal untuk desain pada tingkat berikutnya dicatat dalam spesifikasi teknis, yang meliputi daftar fungsi objek, persyaratan teknis (batasan) spesifikasi teknis untuk parameter keluaran Y, dan rentang perubahan parameter eksternal yang diizinkan. . Hubungan yang diperlukan antara y j dan TT j disebut kondisi operasi. Kondisi ini bisa berupa kesetaraan

dan kesenjangan

dimana y j adalah deviasi yang diperbolehkan dari nilai sebenarnya yang dicapai y j dari nilai y j yang ditentukan dalam spesifikasi teknis; j = 1,2, ..., m (m adalah banyaknya parameter keluaran).

Untuk setiap opsi struktur baru, model harus disesuaikan atau dikompilasi ulang dan parameternya dioptimalkan. Himpunan prosedur untuk mensintesis struktur, menyusun model dan mengoptimalkan parameter adalah prosedur untuk mensintesis suatu objek.

Proses desainnya berulang. Iterasi dapat mencakup lebih dari satu tingkat desain. Oleh karena itu, selama proses desain perlu dilakukan prosedur analisis objek berulang kali. Oleh karena itu, terdapat keinginan yang jelas untuk mengurangi intensitas tenaga kerja pada setiap opsi analisis tanpa mengurangi kualitas tugas akhir. Dalam kondisi seperti ini, disarankan untuk menggunakan model yang paling sederhana dan ekonomis pada tahap awal proses desain, ketika akurasi hasil yang tinggi tidak diperlukan. Pada tahap terakhir, model yang paling akurat digunakan, analisis multivariat dilakukan, dan dengan demikian diperoleh penilaian kinerja objek yang andal.

Formalisasi tugas desain dan kemungkinan menggunakan komputer untuk menyelesaikannya

Formalisasi masalah desain merupakan kondisi yang diperlukan untuk menyelesaikannya di komputer. Tugas-tugas formal mencakup, pertama-tama, tugas-tugas yang selalu dianggap rutin dan tidak memerlukan pengeluaran upaya kreatif yang signifikan dari para insinyur. Ini adalah prosedur pembuatan dokumentasi desain (CD) dalam kondisi dimana isi dokumentasi desain telah ditentukan secara lengkap, tetapi belum memiliki bentuk yang diterima untuk penyimpanan dan penggunaan lebih lanjut (misalnya, bentuk gambar, grafik , diagram, algoritma, tabel koneksi); tata cara pembuatan sambungan listrik pada papan sirkuit tercetak atau pembuatan formulir foto dalam percetakan. Selain tugas rutin, sebagian besar tugas analisis objek yang dirancang termasuk dalam tugas formal. Formalisasinya dicapai melalui pengembangan teori dan metode desain berbantuan komputer, terutama pemodelan. Pada saat yang sama, ada banyak tugas desain yang bersifat kreatif yang metode formalisasinya tidak diketahui. Ini adalah tugas-tugas yang berkaitan dengan pilihan prinsip-prinsip untuk membangun dan mengatur suatu objek, sintesis skema dan struktur dalam kondisi di mana pilihan dibuat di antara jumlah opsi yang tidak terbatas dan kemungkinan memperoleh solusi baru yang sebelumnya tidak diketahui tidak dikecualikan. .

Pendekatan untuk memecahkan masalah kelompok-kelompok ini di CAD tidaklah sama. Masalah yang diformalkan sepenuhnya, yang merupakan kelompok masalah pertama, paling sering diselesaikan di komputer tanpa campur tangan manusia dalam proses penyelesaiannya. Masalah yang diformalkan sebagian yang membentuk kelompok masalah kedua diselesaikan di komputer dengan partisipasi aktif seseorang, yaitu. Ada pekerjaan dengan komputer dalam mode interaktif. Terakhir, masalah yang tidak dapat diformalkan, yang merupakan kelompok masalah ketiga, diselesaikan oleh seorang insinyur tanpa bantuan komputer.

Saat ini, salah satu arah pengembangan perangkat lunak desain berbantuan komputer adalah pengembangan metode sintesis dan algoritma pada berbagai tingkat desain hierarki.

Klasifikasi parameter objek yang dirancang

Di antara sifat-sifat suatu objek yang tercermin dalam deskripsi pada tingkat hierarki tertentu, dibuat perbedaan antara sifat-sifat sistem, elemen sistem, dan lingkungan eksternal di mana objek tersebut harus beroperasi. Ekspresi kuantitatif dari sifat-sifat ini dilakukan dengan menggunakan besaran yang disebut parameter. Besaran yang mencirikan sifat-sifat sistem, elemen sistem, dan lingkungan eksternal masing-masing disebut parameter keluaran, parameter internal dan eksternal.

Mari kita nyatakan jumlah parameter keluaran - internal dan eksternal - dengan m, n, t, dan vektor parameter ini masing-masing dengan Y = (y 1, y 2, ..., y m), X = (x 1, x 2, ... , xn), Q = (q 1, q 2, ..., qt). Jelas, properti sistem bergantung pada parameter internal dan eksternal, yaitu. ada ketergantungan fungsional

F = (y, x, t) (1.1)

Sistem hubungan F = (y, x, t) merupakan contoh model matematika (MM) suatu benda. Kehadiran MM seperti itu memudahkan untuk memperkirakan parameter keluaran berdasarkan nilai vektor Y dan X yang diketahui. Namun, adanya ketergantungan (1.1) tidak berarti diketahui oleh pengembang dan dapat disajikan persis dalam bentuk ini, eksplisit terhadap vektor Y dan X. Biasanya model matematika dalam bentuk (1.1) hanya dapat diperoleh untuk objek yang sangat sederhana. Situasi yang khas adalah ketika deskripsi matematis dari proses pada objek yang dirancang diberikan oleh model dalam bentuk sistem persamaan di mana vektor variabel fase V muncul:

LV(Z) = j(Z) (1.2)

Di sini L adalah operator tertentu, V adalah vektor variabel bebas, umumnya mencakup koordinat waktu dan spasial, j(Z) adalah fungsi tertentu dari variabel bebas.

Variabel Fase mencirikan keadaan fisik atau informasi suatu objek, dan perubahannya seiring waktu mengungkapkan proses sementara pada objek tersebut.

Fitur parameter berikut dalam model objek yang dirancang harus ditekankan:

Parameter internal (parameter elemen) dalam model tingkat hierarki ke-k menjadi parameter keluaran dalam model tingkat hierarki ke-k yang lebih rendah (k+1). Jadi, untuk penguat elektronik, parameter transistor bersifat internal saat merancang penguat dan sekaligus keluaran saat merancang transistor itu sendiri.

Parameter keluaran, atau variabel fase, yang muncul dalam model salah satu subsistem (dalam satu aspek deskripsi) sering kali menjadi parameter eksternal dalam deskripsi subsistem lain (aspek lain). Jadi, suhu maksimum rumah perangkat elektronik dalam model penguat listrik mengacu pada parameter eksternal, dan dalam model termal dari objek yang sama - ke parameter keluaran.

Sebagian besar parameter keluaran objek adalah fungsi dari dependensi V(Z), yaitu. untuk menentukannya, perlu, dengan mempertimbangkan X dan Q, untuk menyelesaikan sistem persamaan (1.2) dan, dengan menggunakan hasil solusi yang diperoleh, menghitung Y. Contoh parameter fungsional keluaran adalah daya disipasi, amplitudo osilasi, durasi penundaan propagasi sinyal, dll.

Deskripsi awal objek yang dirancang sering kali mewakili spesifikasi desain. Deskripsi ini melibatkan besaran yang disebut persyaratan teknis dan parameter keluaran (jika tidak, norma parameter keluaran). Persyaratan teknis berupa vektor TT = (TT 1, TT 2, ..., TT n), dimana nilai TT mewakili batas rentang perubahan parameter keluaran.

Tampilan