2.1. Введение в автоматизированное проектирование

Автоматизированное проектирование (АП) является процессом выполнения проектных операций и проектных процедур на основе методов математического моделирования и применения средств вычислительной техники.

Определение 2.1. Автоматизированное проектирование - это сис­те­мотехническое применение вычислительных машин в процессах проектирования при научно обоснованном распределении функций между проектировщиками и средствами вычислительной техники и научно обоснованном выборе методов машинного решения про­ект­ных задач.

Замечание 2.1. Цель применения автоматизированного проек­тирования:

• сокращение затрат времени на разработку проектов, что позволяет чаще переходить на новые модели изделий, отличающиеся лучшими характеристиками;

• увеличение числа проектов, выпускаемых проектной организа­цией или КБ прежней численностью сотрудников;

• повышение качества проектной документации за счет умень­­шения числа ошибок из-за так называемого человеческого фактора;

• возможность решения оптимизационных задач, что приводит к получению наиболее эффективных проектных решений; в результате при реализации проектов создаются объекты с лучшими характе­ристиками и свойствами (по стоимости, эксплуатационным расходам, скорости, весу, надежности, потреблению энергии и т.д.).

Автоматизированное проектирование осуществляется путем синтеза проектных решений (структурного синтеза, параметри­чес­кого синтеза), применения методов оптимизации, анализа проектных решений, применения методов и алгоритмов машинной графики.

Автоматизированное проектирование имеет три составляющих:

• архитектура средств АП;

• математические модели объекта проектирования;

• процесс АП.

Архитектура АП представляет собой совокупность трех основ­ных составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, информационное обеспечение.

Для некоторых задач процесс АП может быть представлен следующей схемой (рис.2.1):

Рис.2.1. Состав процесса АП

Замечание 2.2. Для автоматизированного проектирования характерны следующие основные положения:

1. Большинство задач АП относится к классу оптимиза­ци­он­ных задач, решаемых путем генерации множества допустимых вари­антов и их сравнительного анализа по целому ряду критериев, с выбором оптимального (наилучшего) варианта.

2. Наличие тесных информационных связей между задачами (ис­поль­зование выходных данных предыдущих задач в качестве вход­ных для последующих задач, единой справочно-нормативной базы и т.д.) делает целесообразным формирование единой базы данных для объектов определенного класса.

3. Включение в процесс АП средств машинной графики.

4. АП должно завершаться оформлением документации. Поэтому в процесс АП должны быть включены средства оформления доку­мен­тации, как графической (схемы, графики, чертежи), так и алфа­витно-цифровой (тексты, таблицы, формулы и расчеты).

5. При АП техническое решение считается найденным, если оно удовлетворяет заданным критериям, а весь проект удовлет­воряет требованиям ТЗ.

6. Центральным элементом АП является математическая модель объекта проектирования, которая служит средством синтеза и анализа принимаемых решений.

Автоматизированному проектированию сложных объектов дол­жна предшествовать процедура декомпозиции, т.е. расчленение про­цес­са проектирования на несколько частей, выполняемых в опре­де­ленной степени автономными проектными процедурами и различ­ными отделами КБ или проектного института.

Замечание 2.3. Для любого проектируемого объекта должна быть выполнена декомпозиция по этапам проектирования (любая проект­ная работа должна пройти последовательно во времени ряд этапов). В результате определяются виды работ, решаемые на каждом этапе.

Замечание 2.4. Для проектируемого объекта должна быть прове­дена декомпозиция для каждого временного этапа. При этом слож­ный объект должен быть разбит на ряд более или менее автономно проектируемых объектов и систем. Чаще всего эти части, узлы, блоки и подсистемы объекта проектируются в различных отделах КБ или проектного института.

Представим процесс проектирования в виде матрицы (рис. 2.2.).

Процесс АП сложного объекта может рассма­т­риваться в виде двуме­р­ной матрицы (рис.2.2), осями которой явля­ют­ся «Декомпозиция по этапам» и «Внутриэтапная декомпо­зиция». При АП электронной, вычислительной, радиоэлектронной аппаратуры временные этапы следующие:

1. Системное проектирование. Соответствует эскизной про­работ­- ке будущего объекта. Объект рассматривается как единое целое (струк­­­­­­тура объекта, критерии качества, системные алгоритмы, интер­фейсы и т.д.).

Рис.2.2. Представление процесса проектирования в виде матрицы

2. Функциональное проектирование. Разработка функцио­наль­ной схемы объекта при работе в реальной физической среде. Выбор эле­мент­ной базы.

3. Разработка принципиальных схем.

4. Разработка монтажных схем. Проектирование печатных плат.

5. Этап конструкторского проектирования.