Конструктивные уровни бортовой аппаратуры

1)Комплектующий (радиоэлементы и крепежи)

2)Печатный узел (печатная плата, установленная на первый уровень имеющий разъем, направляющие установки, ручки и крепежи)

3)Конструктивно-логический законченный блок состояний из печатных узлов, корпуса, печатной платы и разъема.

4)Функционально и конструктивно законченное устройство (объединённые раме блоки 3-его уровня)

5)Канал – функционально законченное уст-во без резервирования

6)Бортовая ЭВМ - --//--состоящее из нескольких каналов для резервирования

7)Бортовой вычислительный комплекс – объединенный бортовой ЭВМ и несколько устройств и каналов различного типа

Тенденция повышения степени интеграции привела к участию разработчиков радиотехнических центров: заказных БИС, СБИС, полузаказных матричных СБИС.

Микросборка – диэлектрическое основание, на котором установлены микрочипы. В качестве основания используются кремниевые материалы, на которые наносят проводящий рисунок печатного монтажа. К монтажным площадкам пайкой присоединяются внешние выводы. Внешние выводы микросборок выполняются из упругих проводников, укрепленных на концах диэлектрического основания. Иногда микросборки помещаются в корпуса, которые имеют стандартные выводы.

Заказные БИС и СБИС – кремниевая пластина, в толще которой выполняются радиоэлементы. На пластину нанося 2 металлических слоя для выполнения коммутации, а вся пластина помещается в стандартный копус.

Заказные БИС проектируются для крупносерийного и массового пр-ва,поэтому при их изготовки обращают большое внимание, стараясь обеспечить высокую степень интеграции.

Цикл проектирования БИС и СБИС составляет несколько месяцев при весьма высокой себестоимости проекта. Обычно они проектируются на специальных заводах по заказу.

Полузаказные БИС – по конструкции, как заказные БИС, но внутренние элементы (топологические ячейки) располагаются на фиксированных местах, образуя матрицу.

Топологические ячейки – логические элементы на 2 или 4 входа. Коммутация внутренних связей происходит в кремниевом слое.

Задача разработчиков аппаратуры является проектирование топологии связи между топологическими ячейками в 2 металлических слоях с межслойными переходами.

Программируемые микросхемы ПЛИС – матрица логических элементов, либо элементы памяти с комбинационными схемами, реализующие ф-ции возбуждения триггеров.

Особенностью ПЛИС является возможность создавать почти любую коммутацию внутренних элементов, подавая на специальные входу определенные сигналы.

Печатные платы (для размещения электронных компонентов) различают: односторонние и многослойные (черед. изоляц. и проводниковый слой). Печатные платы отличаются от плат большими габаритами, на них устанавливаются только разъемы для подключения типовых элементов замены.

Место мат. мод. в исследовании ТО

Впервые мат. мод. были использованы при создании воздушной ракеты в Великобритании. Система создавалась в условиях неопределен. возм. действий противника, поэтому исп. провод. на адекв. мат. мод., которые позволяли разработчикам принимать решения.

Исследователь, используя ЭВМ, как мощный выч. инструмент, в последствии реализует

этапы:

1)Выбор постю зад.

2)Расчет построения мат. мод.

3)Тестирование и анализ выходных данных

4)При выборе задачи исследователь формулирует несколько вариантов решения и объясняет, почему выбор лучше

На этапе постановки задачи привлекаются специалисты в предметной области, коорые знают свой предмет, но не всегда понимают, что требуются для формализации задачи в представленном мат. виде.

При составлении мат. мод. ИТО необходимо:

1)Учесть главные св-ва объекта

2)Пренебречь его второстепенными св-вами и отделить главные от второстепенных

ИТО является итерационным процессом, в центре которого находится расчет и решение мат. модели. Построение и расчет мат. модели позволяют найти либо оптимальное решение, либо обосновать предложенное. Применение мат. модели нужно в тех случаях, когда проблема сложна и зависит от нескольких факторов, по разному влияющих на их решениях.

Использование мат. модели позволяет осущ. предв. выбор оптимальной или близкой к ним вариантов решений по опр. критериям.

В то же время не существует решений вообще.

Любое решение, полученное при расчете мат. модели, оптимально по 1 или нескольким критериям. В настоящее время мат. модели применяются для анализа, прогнозирования и выбора оптимальных решений в различных областях науки и техники. Это планирование и оперативное управление производством, трудовыми ресурсами, запалами, распределение мат. ресурсов, планировка и размещение объектов, распределение инвестиций и т. п.

Требования к математическим моделям:

1)Степень универсальности математической модели – характеризует полноту отображения модели св-в реального объекта. Универсальная мат. мод. позволяет принципиально разные явления описывать одинаково. Например, гармонический осциллятор описывает: поведение груза на пружине, малые колебания маятника, колебания уровня жидкости в U – образном сосуде, изменение силы тока в колебательном контуре и тому подобное. Таким образом, изучая мат. мод., мы изучаем целый рад описываемых ею явлений.

2)Точность мат. мод. Оценивается степенью совпадения значений параметров реального объекта со значениями тех же параметров, рассчитанных с помощью мат. модели.

3)Адекватность. Способность отражать заданные св-ва объекта с погрешностью не выше заданной. Обычно адекватность имеет место лишь в ограниченной области изменения внешних переменных, называемой областью адекватности.

4)Экономичность. Характеризуется затратой вычислительных ресурсов(машинного времени и памяти на ее реализацию).

На практике одновременное соблюдение требования высокой точности, универсальности, адекватности с одной стороны и высокой экономичности с другой часто не возможны и противоречивы

Преимущества мат. мод.:

1)Экономичность. Сбережение ресурсов.

2)Возможность мод. гипотетических объектов.

3)Возможность реализации опасных в природе режимов.

4)Возможность изменения масштаба времени.

Качество мат. мод. во многом зависит от правильной постановки задачи. Необходимо

определить технико-экономические цели решаемой задачи, провести сбор и анализ всей исходной информации, определить тех. ограничения. В процессе построения мат. мод. обычно используют методы системного анализа. Процесс мод., как правило, носит итерационный(циклический, но на новом цикле новые параметры), который предусматривает на каждом шаге итерации уточнение предыдущих решений, принятых на предыдущем этапе.

Этапы построения мат. мод.:

1)Постановка задач. Определение цели, которой желает достичь разработчик.

2)Построение и анализ модели. Определение заранее изв. пар-ров мод., формирование направляющих переменных, изм. которых приближает исследователя к поставленной цели, определение области допустимых решений и ограничений, которым должны удовл.. направляющие переменные, выявление неизвестных факторов, т. е. величин, которые могут изменяться случайным или неопределенным образом.

3)Разработка методов получения проектных решений на модели. Выражение цели через управляющие переменные, параметры и неизвестные факторы, т.е. формирование целевой функции.

4)Экспериментальная проверка и корректировка модели и методов.

Принципы построения мат. мод.:

1)Соизмерение точности и подробности модели с точностью исходных данных, которыми располагает исследователь и с результатами, которые требуется получить.

2)Модель должна отражать сущ. черты исследуемого явления, при этом не должна его сильно упрощать.

3)Желательно использование нескольких моделей, основанных на разных мат. мет., так как это позволяет сразу закончить исследование при получении исх. рез-тов., либо при их различие сразу пересмотреть постановку задач.

4)Мат. мод. должна быть устойчивой, т. е. сохранять свойства и структуру при малых воздействиях.

Классификация мат. мод.:

1) По хар-ру отображаемых св-в мат. мод. делятся на структурные и функциональные. Структурные делятся на топологические и геометрические. Геометрические на аналитические, алгебрологические, каркасные(сеточные) и кинематические.

Структурные мат. модели предназначены для отображения структурных геометрических или топологических св-в объектов.

В топ. мат. мод. отображаются состав и взаимосвязи элементов объекта. Их применяют для опис. объектов, состоящих из большого числа эл. при решении задач привязки констр. эл. к определенным пространственным или временным позициями(при компоновке оборудования, разработки техн. процессов), могут иметь форму графов, таблиц, списков, матриц.

В геометрических мат. мод. отображаются геом. св-ва ИТО, в которых в доп. сведеньях о взаимном располож. эл. есть сведения о форме, выражаемые либо совокупностью ур-ний линий пов-ти, либо алгебрологическими формулами, описывающие области, составляющие тело объекта. Геом. мат. мод. так же могут иметь форму графов и списков.

Аналитические и алгебрагические мод. исп. для отображения геом. св-в деталей, со сравнительно сложными пов-тями. Аналитические – ур-я пов-ти и линий, а в алгебрологических моделях тела описываются системами лог. выражений, отражающих условия принадлежности точек внутренним областям этих тел.

Каркасные (сеточные) – представляют собой конечное мн-во точек или кривых, принадлежащих моделируемой пов-ти. Каркас выбирается в виде линий, образующих сетку на описываемой поверхности. Кусочно-линейная проксимация на этой сетке устраняет главный недостаток аналитических мод., так как в пределе каждого из уч., имеющих малые размеры, возможно удовл. поточности аппроксимацию пов-тями с

простыми ур-ми. Коэффициенты этих уравнений рассчитываются исходя из условий плавности сопряжений участков.

Кинематические – набор законов и правил, в виде мат. формул, описывающих движ. тел или механизмов(рост кристаллов в р-ре, движение моб. робота).

Функциональные – преднозначенны для отображения физ. и инф. процессов, протекающих в ИТО при функционировании. Обычно функц. мат. мод. представляют собой системы ур-ний, связывающие между собой фазовые переменные, внутренние, внешние и выходные пар-ры.

2) Классификация по принадлежности к иерархическому уровню. Количество уровней определяется сложностью проектируемых объектов и возможностью средств проектирования. В общем случае делятся на микро, макро и мета – уровни.

Особенностью мат. мод. на микро уровне явл. отображение процессов, протекающих в непрерывном пространстве и времени. Типичные: дифф. ур-я в частных производных. В них независимыми переменными являются координаты пространства и время. Решая дифф. ур-я в частных производных, определяют поля мех. напр., дефформации, давления, температур и прочее. Попытка анал. в таких ур-ях процессы в многокомпонентных средах, сборочных единицах, электронных схемах не дают результатов из-за чрезмерного роста затрат машинного времени и памяти.

На макроуровне исп. укрупнённую дискр. пространства по функц. признаку, что приводит представление мат. мод. на этом уровне в виде систем обыкновенных ДУ. В этих ур-ях нез. пер. явл. время, а вектор зав. пер. сост. фазовые переменные, хар-щие состояние укр. эл. дискр. пространства. Фазовыми переменными явл. силы и скорости мех. систем, давление и расходы гидр. и пневматических систем, тепловые потоки и тому подобное.

Системы ОДУ явл. универсальными моделями на макроуровне, однако если порядок системы приближается к 1000, то работать становится тяжело, и переходят к метауровню.

На метауровне в качестве эл. мод. принимают сложные совокупности деталей. Характеризуется большим разнообразием типов моделей, для многих объектов на этом уровне так же представляется система ОДУ, в которых фигурируют фазовые переменные, относящиеся только к взаимным связям элементов.

На низших иерархических уровнях преобладает геом. модели, на высших – топологические.

3)По степени детализации описания. Делятся на макро и полные описания.

Вполной мат. мод. фигурируют фазовые переменные, хар-щие состояния всех межэлементных связей.

Вмакромодели отображается состояния значительного меньшего числа межэлементных связей, что соответствует описанию объекта при укрупненном выделение объектов.

4)По способу представления свойств объектов. Функционально-аналитические, функционально-алгоритмические, имитационные, графические,, инвариантные.

Винвариантной форме модель представляется системой уравнений в не связи с методом решений этих ур-ний.

Функционально – аналитические мат. мод. – численные мат. мод., которые можно представить в виде явно выраженных зависимостей выходных параметров от параметров

внутренних и внешних. Такие модели получают на основе физич. законов, либо в результате прямого интегрирования исх. дифф.

Функционально – алгоритмические связанны с выборным численным методом решения и записаны в виде алгоритма.

При имитационном моделировании реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функционирования системы во времени и пространстве, при чем имитируются элементарные явл. процесса, с сохранением его логической и временной структуры. Основано на прямом описании исследуемого объекта. Сущ. хар-кой таких моделей явл. структурное подобие объекта и моделей. Это значит, что каждому важному эл. для решения задачи ставится в соответствие эл. модели. Ценным качеством имитации явл. возм. управлять масштабом времени.

Графические – когда удобно представить задачу в виде графа.

5) По способу получения. Теоретические и эмпирические.

Теоретические мат. мод. создаются в результате исследования процессов и их закономерностей, присущих рассматриваемому классу объектов и явлений. Для их получения используют формальные и неформ. методы.

Эмпирические – создаются в результате изучения внешних проявлений и св-в объекта, с помощью введения фазовых проявлений на внешних входах и выходах и обработки результатов измерений методами мат. стат.

6) По учету неизвестных факторов. Детерминированные, стохастические и с элементами неопределенности.

В детерминированных неизвестные факторы не уч. По виду целевой ф-ции и огр. делятся на: линейные, нелинейные, динамические.

В линейных целевая ф-ция и ограничения линейны по управляющим переменным. Для лин. мод. любого вида и больших размерностей есть стандартные модели решения.

Нелинейные – либо целевая ф-ция, либо какое-нибудь ограничение нелинейно по управляющим переменным. Нет единого метода расчета, и может случится так, что для поставленной задачи вообще не сущ. метода расчета, в таком случае задачу следует упростить либо сведя ее к известным линейным моделям, либо просто линеолизовать модель.

Динамические – учитывается фактор времени, критерии оптимальности реш. может быть самого общего вида. Расчёт сложен и для каждой конкретной задачи необходимо разрабатывать специальный алгоритм решения

Стохастические – неизвестные факторы - случайные величины, для которых известны ф-ции распределения и статистические хар-ки. Модели теории полезности, а так же модели поиска и принятия решений.

Модели с эл. неопределенности исп. для мод. ситуаций, зависших от факторов, для которых невозможно собрать статистические данные и значение которых неопределенно. Например, в моделях теории игр задача представляется в виде игры, в которой уч. несколько игроков, преследующие разные цели. Например, организация предприятия в условиях конкуренции.

7)По числу критериев эффективности(оптимизации) Многокритериальные – содержат 2 и более критерия.

Однокритериальные.

8)Модели техн. проектирования радиотехн. уст-в.

Модели физ. процессов – можно сказать, что решение для физ. задачи теор. путем и

есть решение для мат. модели.

Однако возможности теоретического решения задачи ограничиваются степенью сложности ее мат. модели. Модель тем сложнее, чем сложнее описываемый с ее помощью физический процесс и тем сложнее становится ее использовать для расчетов.

В большинстве практически возможных ситуаций на теор. (перевод Натахи)

Структурные мат.модели предназначены для отображения структурных свойств моделей. Например, при моделировании структуры мат.процесса для распределении изделий по цехам используются структурные логические модели.

Статистические мат. модели учитывают влияние случайных факторов на поведение объекта, т.е. учитывают его будущие с позиции тех или иных событий. Пример статистической модели может служить ожидаемая точность размеров в партии деталей с учетом явления рассеивания. Обычно статистические модели применяются для исследования свойств объектов.

Поведенческие моделирование сложных систем используется для определения динамики их функционирования. В его основе лежат модели и методы имитационного моделирования систем массового обслуживания, сети Петри, возможно моделирование конечно-автоматных моделей. Поведенческие модели хорошо применяются для описания процессов различной физической природы в ИТО.

Логические модели, представленные правилами проектирования:

-Концептуальные

-Эмпирические

-Декларативные

-Процедурные

-Продукционные

-Семантические

-Фреймовые

-Нейронные сети

-Логические

Логические модели, представленные правилами проектирования играют важную роль в теории искусственного интеллекта. С их помощью решается проблема представления знаний. Модели представления знаний условно делятся:

-Концептуальные

-Эмпирические

-Декларативные

-Процедурные

Концептуальные мат.модели используют эвристический метод, что позволяет при решении задачи…. Концептуальное описание не дает гарантии того, что метод может быть применен во всех соответствующих практических ситуаций. Практическое использование концептуальной модели влечет за собой необходимость преобразование её в эмпирическую модель. Эмпирические мат.модели носят описательный характер и могут лакироваться от простого набора правил до полного описания. Декларативные модели представления знаний основываются на предположении, что проблема представления некой предметной области решается независимо от того, как эти знания будут использоваться. Поэтому модель состоит как бы из двух частей: статистических описательных структур знаний и механизма вывода, оперирующего этими структурами и практически независимо от их содержательного наполнения. При этом в некоторой степени оказываются разделенными синтаксические и семантические аспекты знания. Такие модели обычно представляют собой множества утверждений. А предметная область обычно представляется в виде синтаксического описания её состояний. Чаще всего вывод решения основывается на процедурах поиска в пространстве и состоянии.

Процедурные мат. модели. Знания содержаться в процедурах небольших программ, которые определяют, как выполнять характерные действия. При этом можно не описывать все возможные состояния среды или объекта для реализации решения. Достаточно лишь хранить некоторые начальные состояния и процедуры, генерирующие необходимые ситуации описаний и действий. При процедурном представлении знаний семантика

заложена в описании элементов в базу знаний, за счет чего повышается эффективность поиска решений. Статическая база знаний содержит только утверждения, приемлемые в данные момент, которые могут быть изменены или удалены. Общие знания или правила выводов представлены в виде специальных целенаправленных процедур, активирующихся по мере надобности. Для повышении эффективности генерации вывода в систему добавляются знания о том, каким образом используют накопленные знания для решения задач. Процедурные мат.модели имеют большую эффективность механизмов вывода, за счет введения дополнительных знаний и способность моделировать почти любую модель представления знаний.

Представления знаний в экспертных системах реализуются с помощью специальных мат. модели, к которым относят:

-Логические;

-Продукционные

-Фреймовые модели

-Семантические

-Неровные цели.

Логические модели выделяются тем, что базируются на классическом аппарате матлогики, методы которой хорошо изучены и обоснованы.

Продукционные модели впервые были предложены ПОСТом в 1943 году. В 1972 году применены в системах искусственного интеллекта. При исследовании процессов рассуждения и принятия решений человеком было обнаружено, что человек в процессе мыслительной работы использует продукционные правила. Суть правила продукции для представлении знаний состоит в том, что в одной части ставиться в соответствие некоторое условие, а в другой частидействие. В общем случае под условием понимается некоторое предположение по которому осуществляется поиск в базе знаний, а действие выполняются при успешном исходе поиска. В продукционной мат.модели база знаний состоит из набора правил; управляет переводом правил машина вывода, которая связывает знания воедино и выводит и последовательности знаний заключение. В процессе обработки информации применяется как прямой, так и обратный метод. В случае прямого метода задача решается от исходного состояния к целевому. В случае обратного метода обработка информации осуществляется путем выдвижения гипотезы и её проверки, т.е. проверяются те части знания, в которых у нас записаны действия и если такие правила существуют, то проверяется, удовлетворяет ли этому действию наша условная часть знаний. Недостатки продукционных моделей проявляются при наличии в базе знаний больших продукционных правил. Поскольку изменение старого правила, или добавление нового приводит к непредсказуемым побочным эффектам.

Семантические сети.

Семантические сети базируются на предположении, что вся необходимая информация в базе данных может быть описана как совокупность трое: объекты, понятия и бинарные отношения между ними. Описание объектов и событий в семантической сети производится на уровне, близком к естественному языку, обеспечивая наглядность системы знаний. Однако, семантические модели представляют собой пассивные структуры, для обработки которых нужен специальный аппарат формального вывода и планирования.

Фреймовые модели.

Фреймовые модели представляют собой технологическую память человека и его сознания. Фрейм т.е. ранг или шаблон- это структура данных, предназначенная для представления некоторый стандартной ситуации. В качестве фрейма могут выступать конкретные модели реальной системы и/или исполняемые процедуры. С каждым фреймов ассоциируется информация о том, как пользоваться данным фреймом, каковы ожидаемые результаты его выполнения, и что делать, если ожидания не оправдались. Различают базовые фреймы и фреймы экземпляры. Базовые фреймы жестко структурированы по иерархическому принципу. Фрейм