лекции / АПССУ лекции для Инета

ЛЕКЦИЯ 1 Введение в САПР

ЦЕЛЬ: Ознакомление с основными определениями САПР

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть основные виды обеспечения САПР

2. Рассмотреть классификацию проектных процедур САПР

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Автоматизированное проектирование - это распределение проектных работ между человеком и программно-аппратным комплексом т.о., что человек выполняет творческую часть работы, а программно-аппаратный комплекс ту часть, которая поддается формализации и алгоритмизации.

Система автоматизированного проектирования (САПР) – это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования взаимодействующего с подразделениями проектной организации и выполняющая автоматизированное проектирование.

Виды обеспечения САПР

1) Техническое обеспечение

2) Математическое обеспечение

3) Составное программное обеспечение.

4) Лингвистическое обеспечение

5)Информационное обеспечение

6) Методическое обеспечение

7) Организационные

Классификация проектных процедур САПР

Проектные процедуры САПР делятся на процедуры анализа и синтеза

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Дать определение автоматизированному проектированию

2. Дать определение САПР

3. Перечислить виды обеспечения САПР

4. Классификация САПР

ЛЕКЦИЯ 2 Математическое описание процедур анализа технических объектов

ЦЕЛЬ: Ознакомление с методами получения и анализа математической модели (ММ) элемента или устройства

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть последовательность преобразования ММ

2. Изучить методы анализа ММ

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Математические модели. Последовательность преобразований ММ

1 2

5

4 6 7

8

9 10

Методика получения математической модели элемента

1. Определение свойств объекта

2. Сбор информации об объекте моделирования.

3. Получение структуры модели.

4. Расчёт числовых значений параметров.

5. Расчёт точности и адекватности модели.

Методы анализа ММ

Анализ бывает одновариантный и многовариантный. При одновариантном анализе происходит однократное моделирование работы объекта. При многовариантном – моделируется работа объектом в различных ситуациях, и выбираются оптимальные параметры.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Последовательность преобразований ММ

2. Пояснить этапы получения математической модели элемента

3. Одновариантный и многовариантный анализ

ЛЕКЦИЯ 3 Способы синтеза объектов в САПР

Постановка задач параметрической оптимизации

ЦЕЛЬ: Ознакомление со способами синтеза объектов и с задачей параметрической оптимизации

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть способы синтеза объектов

2. Изучить задачи параметрической оптимизации

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Способы синтеза объектов в САПР

1) перебор законченных структур

2) наращивание структуры

3) выделение варианта из обобщенной структуры

4) трансформация описаний

Постановка задачи параметрической оптимизации (ПО)

ПО – процедура определения значений внутренних параметров проектируемого объекта с заданной структурой, при которых достигается наилучшее сочетание его свойств

Постановка задач ПО при внутреннем проектировании.

Задачей оптимизации является наилучшее совмещение области работоспособности (ОР) и допусковой области (ДО) на внутренние параметры или нахождение такого центра рассеивания внутренних параметров, при котором ДО полностью вписывается в ОР.

Постановка задач ПО при внешнем проектировании

При внешнем проектировании значение выходного параметра определяется экспериментальным путем. При этом эксперт сравнивает 2 варианта объекта и использует степенной и аддитивный критерии.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислите способы синтеза объектов

2. Объяснить особенности параметрической оптимизации при внутреннем проектировании

3. Объяснить особенности параметрической оптимизации при внешнем проектировании

ЛЕКЦИЯ 4 Автоматизация системного проектирования

ЦЕЛЬ: Ознакомление со способами системного проектирования

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть способы системного проектирования

2. Изучить основы проектирования с помощью сетей Петри

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Задачи системного проектирования вычислительных систем и сетей делятся на задачи анализа и синтеза.

При синтезе используется два подхода: 1) решение задачи дискретного математического программирования; 2) использование экспертных систем, содержащих значение об известных структурах и элементах систем и способы генерации новых структур.

Процедура анализа выполняется с помощью аналитического и имитационного моделирования.

Моделирование осуществляется системами массового обслуживания или сетями Петри.

Моделирование работы вычислительной системы

с помощью сети Петри

Сеть Петри служит для математического описания процессов функционирования дискретных систем, представляемых в виде последовательности событий. Сеть Петри определяется множеством: S=<P;T;O;I>.

Классификация сетей Петри

1. Временная сеть

2. Стохастическая сеть

3. Ингибиторная сеть

4. Приоритетная сесть

5. Автоматная сеть

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Объяснить задачи системного проектирования вычислительных систем и сетей

2. Дать определение сети Петри.

3. Основные понятия о сетях Петри

ЛЕКЦИЯ 5 Автоматизация конструкторского этапа проектирования

радиоэлектронных средств (РЭС)

ЦЕЛЬ: Ознакомление с этапами конструкторского проектирования РЭС

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть задачи конструкторского этапа проектирования

2. Ознакомиться с типами монтажных пространств

3. Освоить основные понятия о ММ схемы электрической принципиальной

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Задачи конструкторского этапа проектирования

1. Задача компоновка модулей

2. Размещение модулей низшего уровня в модули высшего

3. Задачи трассировки межсоединений

4. Получение конструкторско-технологической документацией

Типы монтажных пространств

Монтажным (коммутационным) пространством конструктивного модуля называют область, ограниченную габаритами этого модуля, в которой осуществляются электрические соединения контактов модулей низшего уровня. Различают регулярные и нерегулярные монтажные пространства.

Математические модели монтажно-коммутационного пространства (МКП)

1. Эвристическая дискретная модель

2. Взвешенный граф МКП

Математическая модель схемы электрической принципиальной

Схема электрических соединений описывается гиперграфами. Гиперграф обозначается G(E,V), где E – элементы схемы, V – электрические цепи. По гиперграфу составляется матрица инцинденций. С помощью матрицы инцинденций точно определяют число электрических соединений между всеми элементами электрической схемы для оптимизации размещения элементов на печатной плате (ПП).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислить типы монтажных пространств

2. Дать основные понятия ММ схемы электрической принципиальной

ЛЕКЦИЯ 6 Автоматизация трассировки проводных соединений

ЦЕЛЬ: Ознакомление со способами трассировки проводных соединений ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть способы трассировки проводных соединений

2. Ознакомиться с алгоритмом трассировки проводных соединений в навал

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Существует 3 способа трассировки проводных соединений:

1. Монтаж в навал – по прямым, соединяющим контакты отдельных компонентов

2. Жгутовый монтаж – объединение проводников в жгуты

3. Монтаж по каналам. В МКП предусмотрены каналы

Алгоритм трассировки проводных соединений в навал

Алгоритм Прима – этот алгоритм позволяет строить кротчайшие связывающие сети, выполняется в несколько этапов:

1. Упорядочивается расположение контактов в соответствии с электрическими соединениями и формируется матрица длин D, строки и столбцы которой соответствуют множеству контактов устройства соединения между которыми трассируются, а элементы равны расстоянию между контактами.

2. Выбирается электрическое соединение и контакт с_j(c₁) от которого начинается трассировка. В первой строке, первой подматрицы D₁₁ находят ближайшие к с_j контакт (с₂) и соединяют их.

3. Столбец и строка матрицы длин D соответствующей контакту с_j исключаются из матрицы.

4. Если не все контакты соединены, то переходим к шагу 2.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислите способы трассировки проводных соединений

2. Поясните алгоритм трассировки проводных соединений в навал

ЛЕКЦИЯ 7 Автоматизация трассировки однослойных печатных плат (ОПП)

ЦЕЛЬ: Ознакомление со способами трассировки ОПП

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть особенности задач размещения и трассировки ОПП

2. Ознакомиться с алгоритмами трассировки ОПП

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

ОПП изготавливают из одной диэлектрической пластины и применяются при наличии крупных габаритных элементов, потребляющие большие электрические токи.

Особенности задач размещения и трассировки ОПП:

- на ОПП размещаются элементы с малым числом выводов, для которых посадочные места не фиксируются заранее

- проекции элементов на плоскость установки не должны пересекаться

- между элементами должны соблюдаться зазоры

- выводы элементов должны находиться в узлах сетки монтажного пространства.

- все соединения реализуются в одном слое

- количество перемычек минимальное

При трассировке используются следующие алгоритмы

1. Связывающие деревья двух видов:

Кратчайшие связывающие сети

Деревья Штейнера

2. Волновой алгоритм Ли

3. Алгоритм гибкой трассировки

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Объясните особенности задач размещения и трассировки ОПП

2. Поясните алгоритм трассировки ОПП

ЛЕКЦИЯ 8 Автоматизация трассировки двухслойных печатных плат (ДПП)

ЦЕЛЬ: Ознакомление со способами трассировки ДПП

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть особенности задач размещения и трассировки ДПП

2. Ознакомиться с алгоритмами трассировки ДПП

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

ДПП изготавливаются из одной диэлектрической пластины, на обеих поверхностях которой располагают печатные проводники, связь между проводниками одной цепи лежащей на разных сторонах платы через сквозные переходные отверстия.

Особенности задач размещения и трассировки ДПП

1. ДПП включает цифровые и аналоговые схемы, для которых заранее выделяются посадочные места

2. Элементы могут располагаться на обеих сторонах платы

3. Трассировка соединений проводится в ортогональных направлениях

4. Допускается 5-6% не разведенных автоматически электрических цепей, что в дальнейшем исправляется конструктором

Критерии оптимальной трассировки соединений:

1. Min суммарной длины соединений

2. Min числа соединений длина которых больше заданной

3. Min переходных отверстий

4. Max число соединений между элементами, находящимися в соседних позициях

5. Max числа цепей простой конфигурации

Методы трассировки ДПП

Используются те же методы, что и при трассировке ОПП

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Объясните особенности задач размещения и трассировки ДПП

2. Поясните алгоритмы трассировки ДПП

3. Перечислите критерии оптимальной трассировки соединений

ЛЕКЦИЯ 9 Автоматизация трассировки многослойных печатных плат (МПП)

ЦЕЛЬ: Ознакомление со способами трассировки МПП

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть особенности задач размещения и трассировки МПП

2. Ознакомиться с алгоритмами трассировки МПП

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

МПП выполняются из нескольких пластин с расположенными на них печатными проводниками

Особенности задач размещения и трассировки МПП

1. На МПП в основном устанавливают микросхемы по обеим сторонам платы

2. Высокая плотность связей при высоком быстродействии элементов.

3. Увеличение количества слоев обеспечивает полную автоматическую трассировку соединений и при этом должно быть min.

4. Трассы в соседних слоях прокладывают ортогонально

5. Цепи заземления и питания размещаются в одном внутреннем слое

Алгоритмы трассировки МПП

1. Используются алгоритмы ОПП и ДПП.

2. Топологические методы трассировки

3. Если МПП изготавливается методом сквозной металлизации отверстий, то трассировка выполняется по этапам:

- определяется порядок соединения всех проводников

- распределение проводников по слоям

- определение порядка трассировки проводников в отдельном слое, используется задача расслоения

- трассировка проводников

- перетрассировка для улучшения качественных показателей МПП, используется модификация волнового алгоритма

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Объясните особенности задач размещения и трассировки МПП

2. Поясните алгоритмы трассировки МПП

3. Решение задачи расслоения МПП

ЛЕКЦИЯ 10 Автоматизация геометрического проектирования

ЦЕЛЬ: Ознакомление с основными понятиями автоматизации геометрического проектирования

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть типы геометрических моделей

2. Ознакомиться с элементарными геометрическими преобразованиями

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Геометрические модели

Для предоставления объекта любой сложности используются базовые геометрические фигуры, связанные геометрическими отношениями. Для отображения свойств геометрических объектов используется следующие типы геометрических моделей:

1.Структурная геометрическая модель

2.Рецепторная геометрическая модель

3. Аналитическая геометрическая модель

4 . Аналитическо-логическая модель

5 . Каркасная геометрическая модель

Элементарные геометрические преобразования

1. Поворот на заданный угол

2. Растяжение или сжатие по осям

3. Отображение относительно осей

4. Смещение на заданный вектор

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислите типы геометрических моделей

2. Перечислите и поясните элементарные геометрические преобразования

ЛЕКЦИЯ 11 Преобразование геометрических изображений

ЦЕЛЬ: Изучение основ преобразования геометрических изображений

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть особенности преобразования двухмерного и трехмерного изображений

2. Ознакомиться со способами проецирования изображений

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Преобразование двухмерного изображения

Все геометрические преобразования производится с помощью матриц преобразования путем перемножения их на матрицу координат преобразуемого объекта.

Матрица преобразования двухмерного изображения:

Матрица преобразования трехмерного изображения

Типы матиц преобразований

1. Матрицы отображения относительно осей ОХ и ОУ

2. Матрица смещения

3. Общая матрица смещения

4. Матрица поворота на угол

Проецирование изображения

Для отображения 3^х мерных объектов на 2^х мерную поверхность графических устройств используется аппарат проецирования. Задаются центр и плоскость проекций, начало координат и направление осей. Используют центральное проецирование или ортогональное.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Объясните особенности преобразования двухмерного изображения

2. Объясните особенности преобразования трехмерного изображения

3. Объясните принципы проецирования изображения

ЛЕКЦИЯ 12 Автоматизация проектирования технологических процессов

ЦЕЛЬ: Определение задач технологической подготовки производства

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть задачи технологической подготовки производства

2. Ознакомиться с моделями технологического процесса

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Технологическая подготовка производства – это разработка наиболее экономичного процесса изготовления изделия отвечающего техническим требованиям.

Решаемые задачи: обеспечение технологичности конструкции изделия, проектирование оптимальных технологических процессов изготовления изделия на специальной технологической оснастке (фотошаблонов ПП и БИС, форм для отливок, приспособлений для сверлений отверстии для ПП, подготовка программ для программного управляемого технологического оборудования, роботов манипуляторов, станков с числовым программным управлением)

В сборочно-монтажном производстве выделяются типовые элементы его структуры, что позволяет свести описание конструкции любого изделия к композиции типовых элементов. В результате для каждого класса изделий разрабатываются типовые элементы сборки, описания которых задаются с помощью графа сопряжений. Вершинами графа являются элементы конструкции, а ребрами - поверхности связей элементов конструкции.

Синтез технологических процессов

Для синтеза применяют следующие модели технологического процесса или его этапов:

-табличная модель

-сетевая модель

-перестановочная модель

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Дать определение технологической подготовки производства

2. Модели технологического процесса

ЛЕКЦИЯ 13 Автоматизация проектирования специальной технологической оснастки – фотошаблонов интегральных схем

ЦЕЛЬ: Изучить способы автоматизированного процесса создания фотошаблонов

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть задачи автоматизированного процесса создания фотошаблонов

2. Ознакомиться с алгоритмами создания фотошаблонов

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Автоматизированный процесс создания фотошаблонов предлагает решение следующих задач:

- контроля топологии и чертежей фотошаблонов

- получение чертежей отдельных слоев

- синтеза программы для изготовления фотошаблонов на программно-управляемом технологическом оборудовании

Автоматизированные получения управляющих программ предполагает решение задач по разработке алгоритмов:

1. покрытие области экспонирования элементарными фигурами

2. оптимизации времени работы микрофотонаборной установки

Для решения этой задачи имеется два подхода:

1 подход: плоские прямоугольные фигуры топологи разбиваются на прямоугольники.

2 подход: произвольной области топологии покрываются прямоугольниками, при этом используется два алгоритма:

1. исходная область разбивается на трапеции, которые затем покрываются прямоугольниками

2. произвольная область покрывается двумя множествами прямоугольников

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какие задачи необходимо решить при создании фотошаблона

2. Перечислите подходы к покрытию области экспонирования элементарными фигурами

ЛЕКЦИЯ 14 Экспертные системы

ЦЕЛЬ: Освоение основных понятий по экспертным системам

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть задачи, решаемые с помощью искусственного интеллекта

2. Проанализировать классификацию экспертных систем

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Искусственный интеллект (ИИ) – направление информатики по разработке компьютерных систем способных выполнять интеллектуальные функции: понимание языка, логический вывод, использование накопленных знаний, обучение, планирование действий, распознавание образов.

К системам ИИ относятся: экспертные системы, системы для численного обоснования принятия решений, системы для распознавания образов, текстов, изображения, речи.

Экспертная система – это вычислительная система, в которую включены знания специалистов о некоторой предметной области, и которая в пределах этой области способна принимать экспертные решения.

Классификация экспертных систем

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Дать определение понятиям: искусственный интеллект, экспертная система

2. Привести классификацию экспертных систем

ЛЕКЦИЯ 15 Разработка экспертной системы (ЭС)

ЦЕЛЬ: Рассмотреть особенности разработки экспертной системы

ЗАДАЧИ: 1. Рассмотреть этапы разработки ЭС

2. Ознакомиться с архитектурой ЭС

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Технология разработки ЭС включает в себя шесть этапов:

Схема обобщенной архитектуры экспертной системы имеет вид:

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислите этапы разработки ЭС

2. Поясните архитектуру ЭС

ЛЕКЦИЯ 16, 17 Модели представления знаний

ЦЕЛЬ: Изучение моделей представления знаний

ЗАДАЧИ: Рассмотреть модели представления знаний

УЧЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Представление знаний – это способ формального выражения знаний о предметной области в компьютерно-интерпретируемой форме.

Фреймовая модель представления знаний

Фреймы – это структуры данных, предназначенные для представления стереотипных ситуаций.

Основной структурной единицей фрейма является слот, который представляется в виде:

‹имя слота›:{(А_i, vⁱ)},{r_i}

где А_i - имя признака, vⁱ- его значение, r_i- связь с другими слотами.

В общем виде фрейм выглядит следующим образом:

‹Имя фрейма›:

[‹роль 1›] (‹имя слота 1› : ‹значение слота 1›);

[‹роль 2›] (‹имя слота 2› : ‹значение слота 2›);

………………………………….

[‹роль n›] (‹имя слота n› : ‹значение слота n›).

В общем случае структура данных фрейма может содержать более широкий набор информации, в который входят следующие атрибуты: имя фрейма, имя слота, указатель типа данных, значение слота.

Семантическая модель представления знаний

В основе этих моделей лежит понятие сети, образованной помеченными вершинами и дугами. Вершины сети представляют некоторые сущности (объекты, события, процессы, явления), а дуги – отношения между сущностями, которые они связывают.

Продукционная модель представления знаний

Это модель представления знаний с помощью фактов и правил, построенная на использовании выражений вида

ЕСЛИ (условие) – ТО (действие)

Это действие может оказываться воздействием на окружающий мир или может повлиять на управление программой. Сопоставление частей ЕСЛИ правил с фактами порождает цыпочку вывод-дерево решений.

Логическая модель представления знаний

Знания объединяются между собой с помощью логических функций: И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ и все операции над знаниями осуществляющиеся с помощью тех же функций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Особенности представления знаний с помощью фреймов

2. Особенности представления знаний с помощью семантических сетей

3. Особенности представления знаний продукционной моделью

4. Особенности представления знаний с помощью логической модели