Лекция №9
Конструкторское проектирование. Модели конструкций и схем. Алгоритмы компоновки. Алгоритмы размещения. Алгоритмы трассировки. Техническая оптимизация. Критерии оптимальности. Методы непрерывной параметрической оптимизации.
9.1. Конструкторское проектирование
На данном этапе проектирования принципиальная электрическая схема преобразуется в совокупность конструктивных узлов, которые обеспечивают ее физическую реализацию. Основным принципом конструирования является модульность. Модули, по возможности, унифицированные объединяются в иерархическую структуру.
Рис. 9.1. Иерархия модулей
Типовыми задачами конструкторского проектирования являются компоновка блоков, размещение компонентов и трассировка монтажных
соединений.
Методы конструкторского проектирования можно условно разделить на итерационные и конструктивные.
Конструктивные методы, в свою очередь, делятся на последовательные и параллельные. При последовательном конструировании выбирается элемент, затем добавляется второй, затем к ним третий и т. д. При параллельном конструировании формируется несколько групп элементов в пределах одного шага алгоритма, затем группы объединяют.
Итерационные – предусматривают по парные перестановки элементов с целью улучшения конструкторского решения на основе максимума заданного критерия качества.
Рис. 9.2. Классификация методов конструкторского проектирования
9.2. Модели конструкций и схем
Наиболее общей моделью является монтажное пространство, размеры которого соответствуют схеме данного уровня иерархии. Модель обычно является дискретной и представляет собой описание координатной сетки. Задачи проектирования всегда связаны с оценкой длины соединений.
Существуют три способа оценки длины соединений:
1)
по кратчайшему расстоянию между двумя
точками (для оценки соединений типа
цепь, звезда) 
.
2)
оценка длины ортогональных
соединений, параллельных осям координат
(для оценки длин шин, магистралей,
каналов) 
.
3)
оценка
максимальной
длины проводников: 
,
где S=
2,3…
Рис. 9.3. Примеры соединений проводников
Для конструкторского проектирования (компоновки, размещения и трассировки) используют описание схем в виде графов, которые, в свою очередь, могут быть представлены в виде матриц или таблиц. Достоинством графа является наглядность (соответствие ветвей соединениям, возможность использования методов преобразования графов даёт снижение объёма описания).
В матрице обеспечивается соответствие номеров элементов и номеров его выводов, а в таблице – соответствие номера вывода и номера столбца таблицы. Таким образом, при табличном задании обеспечивается снижение объёма данных и, следовательно, объёма памяти.
9.3. Алгоритмы компоновки
Задача компоновки обычно ставится как задача оптимального разрезания (разбиения) устройства, для которого задана функция и (или) принципиальная схема. Существующие ограничения (надежность, технологичность, ремонтопригодность, стоимость и т.д.) могут выступать в качестве критериев качества.
Пример критериев качества в задачах компоновки:
Каждый блок содержит не более P – элементов и Q – выводов.
Каждый блок размещается в заданном объеме V и имеет длину внешних связей не более E.
Общее число соединений между блоками должно быть минимально.
Число блоков N должно быть минимально.
Блоки выбираются из числа стандартных (из библиотеки).
Число типов блоков должно быть минимально.
Число выводов в блоках должно быть минимально.
Задержка распространения сигнала не должна превышать заданную.
Стоимость производства и ремонта не должна превышать заданную.
Для решения данных задач обычно используются методы линейного и нелинейного программирования и соответствующие численные алгоритмы.