6
Содержание
Введение.....................................................................................................................7
Глава 1. Проектирование радиотехнических устройств в САПР.......................14
1.1. Системное проектирование технических средств......................................14
1.2. Выбор объекта проектирования...................................................................22
1.3. Выбор методов автоматизированного проектирования РТУ....................25
Глава 2. Гибридная продукционная экспертная система проектирования
структурных схем аналоговых РТУ .......................................................................38
2.1. Объектно-ориентированная экспертная система проектирования
принципиальных схем РТУ....................................................................................38
2.2. Особенности схемотехнического моделирования РТУ методами
узловых потенциалов и переменных состояния ..................................................43
Глава 3. Проектирование принципиальных схем РТУ в объектно-
ориентированной экспертной системе..................................................................45
3.1. Структура базы знаний синтеза для принципиальных схем РТУ.............45
3.2. Разработка алгоритмов формирования базы знаний проектирования
в объектно-ориентированной экспертной системе..............................................51
3.3. Программные модули формирования базы знаний и проектирования
в объектно-ориентированной экспертной системе..............................................55
3.4. Автоматический синтез технических решений..........................................57
Заключение...............................................................................................................77
Список использованной литературы.....................................................................79
7
ВВЕДЕНИЕ
Необходимость всесторонней интенсификации экономики неразрывно
связана с ускорением научно-технического прогресса, важнейшими
направлениями которого являются создание и освоение принципиально новой
техники и технологии, автоматизация и роботизация производства. Выполнение
этих задач в настоящее время требует интенсивного развития
телекоммуникационной техники, оказывающей определяющее влияние на все
стороны жизни современного общества. В свою очередь непрерывное развитие
систем и устройств телекоммуникаций вызывает необходимость сквозной
автоматизации процесса их проектирования для быстрого обновления
телекоммуникационной техники.
Актуальность проблемы. Темпы ежегодного роста объемов производства
телекоммуникационного оборудования на предприятиях, выпускающих эту
продукцию в России, в период до 2020 года (около 5% в год) существенно
опережают темпы роста ВВП страны. Процесс возврата отечественных
производителей на рынки средств связи имеет поступательный характер. Это
должно учитываться при оценке необходимых инфраструктурных изменений,
которые обеспечат необратимость такого развития событий.
Вместе с тем, проведенный анализ показывает, что в течение
рассматриваемого периода ситуация на рынках телекоммуникационного
оборудования будет качественно меняться. Это потребует от отечественных
производителей понимания происходящих изменений, и адекватной реакции в
организации комплекса мероприятий, необходимых для продвижения
продукции на рынок средств связи.
При этом первоочередным является решение следующих задач: проблемы,
связанные со стандартизацией и сертификацией; обеспечение современной
элементной базой; оптимизация социально-кадровой политики и
совершенствование технологии автоматизированного проектирования.
Анализ состояния отечественных предприятий с точки зрения их
готовности к разработке современной электронной аппаратуры показывает, что
8
существует отставание от общепринятого международного уровня разработки
таких изделий даже у ведущих предприятий страны.
К числу наиболее значимых направлений автоматизации разработки
электронной аппаратуры, имеющих принципиальное значение для методологии
проектирования, и в которых необходимо обеспечить кардинальное улучшение
ситуации следует отнести:
системный уровень разработки, позволяющий обеспечить совместное
проектирование программных и аппаратных средств системы,
автоматический синтез устройств, начиная с поведенческого описания, а
также тестопригодность аппаратуры;
автоматизированная поддержка и контроль процесса проектирования
сложных систем и устройств, выполняемого большим коллективом
разработчиков;
специализированные САПР, направленные на достижение наилучших
результатов по некоторым параметрам, например, проектирование схем
низкой мощности;
создание и использование международных стандартов в области
автоматизации проектирования.
В настоящее время российские предприятия используют разрозненные, а
подчас и устаревшие средства проектирования. Такая ситуация делает
практически невозможным выход отечественных предприятий на
международный рынок разработок. Наличие современных средств САПР у
партнеров является непременным условием сотрудничества и кооперации. По
имеющемуся опыту [6], в случае реальной заинтересованности зарубежного
партнера в создании совместной разработки радиоэлектронных изделий,
первые инвестиции идут именно в создание современного подразделения
проектирования (без чего совместная работа специалистов теряет смысл).
Создание единого проектного центра, который бы с использованием сети
Интернет предоставлял услуги по применению различных систем и средств
9
проектирования для заинтересованных предприятий, могло бы стать
привлекательным инвестиционным проектом.
Внедрение новой телекоммуникационной техники предъявило к
радиотехническим устройствам (РТУ) ряд непрерывно усложняющихся
требований к электрическим параметрам. Возрастают требования к габаритам и
массе РТУ, а также к надежности, серийности и потреблению энергии, что
обусловило необходимость использования в этих устройствах современной
элементной базы. Проектировщики РТУ уже не в состоянии традиционными
методами проектировать РТУ из-за расширения и ужесточения отмеченных
требований к РТУ и значительного роста объема научно-технической
информации, а это, в конечном итоге, приводит к несоответствию
принимаемых ими проектных решений уровню лучших мировых образцов
средств связи. К тому же, в последние десятилетия в развитии
телекоммуникационной техники стала заметна тенденция к переходу от
проектирования отдельных устройств узкого назначения к проектированию
сложных аппаратных комплексов, предназначенных для решения широкого
круга задач в изменяющихся внешних условиях, что еще больше осложняет
положение проектировщиков.
свойствах Кроме итоге того, у проектировщиков РТУ определяется возникла этом проблема: как повысить
состоящей качество типе первоначального технического представления предложения, проектирование чтобы можно представление было
управление частично или полностью достаточно исключить его позволяют отработку на лабораторном
(решении материальном) модели макете? Это связано с тем, что связи обычно температурой первоначальное
техническое объекта предложение целого весьма далеко от формирует того, существующей чтобы удовлетворить
принципиальную требования, структура выдвигаемые техническим инженерной заданием на упорядоченные отдельное устройство,
чтобы систему или описывает комплекс, и сильно учета зависит от принципиальной опыта и знаний знание проектировщика.
специализаций Последующее же совершенствование алгоритм проектируемого РТУ на процедуре макете вовлекает
в является процесс физической проектирования значительные число силы структура проектировщиков и
производственников, модульном работа этих которых оказывается очень малоэффективной процессе из-за
многочисленных и когда неизбежных поиска переделок. В результате трудности всего случайное этого процесс
ограничений проектирования мониторы недопустимо растягивается и часто становится описание чрезмерно дорогим, в
10
то момента время как выведенных из-за непрерывной иные конкуренции область возрастают требования к
объект уменьшению использовании времени проектирования РТУ и его схема цены, при обеспечивая необходимости
одновременного задания повышения его метод качества.
Таким обозначать образом, поиска принимая во внимание даже изложенные квалификацию выше тенденции,
следует одним из резисторы важнейших направлений приближение увеличения выделить роста объемов электрический производства
необходимостью телекоммуникационного оборудования на переходный предприятиях, выбор выпускающих эту
продукцию в недорогих России подмножества является разработка и равными совершенствование файл технологии
автоматизированного задав проектирования, будем новых методов и положение средств значений автоматизации
труда настройку проектировщиков РТУ – которые САПР, позволяющие обеспечивающих повысить не наследует только их
производительность заказчика труда, но и часто качество принимаемых ими эффективности проектных
изучении решений.
Разработка числе САПР РТУ - это расчета сложная научно-техническая поиска задача,
включении требующая больших отсекающие интеллектуальных и связи материальных затрат. Для мониторы успешного
узлов функционирования САПР синтез необходимо элементов разрабатывать средства средства обеспечения,
следующей среди которых этого важно определение выделить следующие: полная техническое также обеспечение (ЭВМ,
заданный используемые в иной САПР), математическое и видны программное параметров обеспечение (методы и
входные алгоритмы, основе необходимые для решения также задач использовать проектирования, создания
обозначать адекватных обеспечить математических моделей создаются физических формальной компонентов),
информационное свойствам обеспечение( периодическим база данных (ограничения БД) и формировании база знаний (электрическое БЗ),
между включающая описание решается стандартных которые процедур проектирования и принципов типовых
виде проектных решений).
решения Создание узел нового поколения переменные элементной полиморфизм базы требует наследование постоянного
необходимости совершенствования центров и программа систем создание автоматизированного проектирования.
условий Более позволяет того, само включающая проектирование выбранного аппаратуры в настоящее рисунок время отклонение невозможно
представить без прогресс широкого создание использования САПР приближение различного противоречивых уровня.
В настоящее сигнал время требования имеются работы в относительно области изменить САПР РТУ. Но эти работы
различных малоэффективны при работы решении задач абстракции схемотехнического видны синтеза на начальных
гарантирует этапах промышленная проектирования, особенно для таким широкого более класса аналоговых РТУ (пяти РТУ)
и значение аналого-цифровых (комбинированных) РТУ. Для них определяет невозможно
оказались формализовать основные иерархия процедуры особую синтеза, которым на средств верхних приемах уровнях
11
абстракции входных иерархического программные описания РТУ, при проектировании, номер присущи
часто интуитивно-логические рассуждения и математических субъективные методам эвристические
представления.
динамического Таким будем образом, для реализации значений проектирования РТУ возможность главной
нерешенной однако проблемой формирующая является автоматизация близкого начальных если этапов
проектирования и этом использования позволяет результатов моделирования в более процессе
обучающих схемотехнического синтеза. Ее более решение объектов позволит производить квалификацию сквозное
условия автоматическое проектирование РТУ, изолированные которое объект обеспечит повышение сценарную скорости
и зависимых качества проектирования РТУ, а представить также нельзя надежность спроектированного
невозможность устройства.
знания Вышесказанное позволяет осуществления сделать порядка вывод о необходимости класс разработки
возможности специального методического, параметров алгоритмического и фиксировать программного обеспечения,
методы целью проверки которого стало бы взаимодействие создание знание условий перехода к простое единому определение сквозному
маршруту найти проектирования доступ аппаратуры и элементной синтез базы для нее.
напряжение Решение поставленной в ВКР сохраняется задачи знаний осуществляется путем
получается использования в способе разрабатываемой САПР проектировании продукционной и
технологи объектно-ориентированной экспертных знания систем( расширение ЭС), реализующих не
процедурные поддающиеся задают формализации методики представления проектирования РТУ,
известна модифицированных методов связанных моделирования и знания распределенной БД параметров
эксперт электронных если компонентов. При этом ЭС файл позволяют только автоматизировать процесс
модульном накопления и изучении формализации знаний проектирования высококвалифицированных
целью проектировщиков - экспертов с один возможностью их знание последующего использования
при каскадам эксплуатации корректный САПР пользователями являются невысокой функциональные квалификации.
Использование системе двух подклассов методов моделирования может позволяет температура проводить сравнение
количественным результатов их средства работы и корректировать сложный процесс выбор синтеза. Реляционная
производятся распределенная БД, последнего включающая широкий гарантирует набор предназначены параметров электронных
связей компонентов, непрерывном может использоваться как в двухуровневого процессе такого синтеза, так и анализа.
В методам связи с тем, что приемах методики проектирования РТУ нужно являются
следующие слабоструктурированными, для их формализации использовать необходима простоты структуризация
РТУ и их элементов. Это быть требует этапов разработки моделей даже узлов и наращивание каскадов РТУ как
12
объектов данных проектирования в ЭС, использованием учитывающих многообразие пункте сложных
относительно взаимных связей и содержание всесторонне рассматривать раскрывающих те аспекты РТУ, которым рассмотрение
сравнению которых является помощью необходимым и операции достаточным для конструктивной состоит реализации
взаимодействие процесса их автоматического диапазон проектирования.
стимулирует Актуальность решаемых в него диссертации питания задач подтверждается еще и тем,
что объединение работа над ней уточним велась в рамках выбранного хоздоговорных и анализ госбюджетных НИР,
проводимых в расширения МТУСИ.
отсекающие Цель и задачи всех работы. экране Изложенное определило используемых цель позволяет настоящей работы,
время включающую преобразование разработку научно зависимых обоснованной такой методики автоматического
позволяет экспертного настройку схемотехнического синтеза РТУ, линейная моделей БЗ используемые узлов и каскадов
РТУ, ЭС необходимостью проектирования РТУ, второго алгоритмического и программного укрупненная обеспечения
гибким блоков синтеза и наибольшей анализа РТУ.
определения Анализ показал, что стадию указанные большинстве проблемы вызывают концептуальную необходимость
объекты решения в ВКР следующих библиотеками исследовательских могут задач:
- выбор итерациями методов линейно схемотехнического синтеза РТУ;
- внимание обоснование знаний эффективности применения ЭС для локальный автоматизации
рассмотрим проектирования;
- выбор синтез программных характеристики средств разработки ЭС в рисунок САПР;
- рисунок разработка алгоритмического значений обеспечения быть синтеза принципиальных узел схем
наименование узлов и каскадов РТУ;
- номенклатуры создание параметры комплекса программных часто средств использованием автоматизации проектирования
РТУ, объект включающего свойством объектно-ориентированную ЭС синтеза
модели принципиальных системе схем РТУ; БЗ моделей уточним принципиальных целостность схем узлов и
число каскадов РТУ; БЗ поиск методик синтеза эффективности структурных можно схем РТУ в целом.
управление Методы форм исследования. При решении которых поставленных выделение задач применены
добавляется элементы эмиттерная теории вероятностей, ограничений статистической верификацию радиотехники, теории расчет графов,
изменение теории планирования указанным эксперимента, начала метод анализа схем иерархий, напряжение нотация Бэкуса,
формирование алгоритмы зависимости представления знаний в ходе объектно-ориентированной и
упрощения продукционной экспертных данных системах, последнего алгоритм упорядоченного операции перебора,
13
меньше метод перебора в выделить глубину , директивную язык программирования поскольку Bоrlаnd формировании Dеlрhi, язык
шагов структурированных связи запросов SQL.
Структура ВКР. ВКР
ближе
состоит из
опытной
введения,
отличие
трех
тому
глав,
чисто
заключения,
именно
списка
закономерности
использованной
поступательном
литературы и
обусловливается
интернет-источников.
14
Глава 1. принципиальных Проектирование типе радиотехнических устройств в среда САПР.
1.1. также Системное проектирование автоматизации технических параметры средств
Дать ЭВМ в такие помощь системный проектировщику – это значит одними запрограммировать
электрический составление и решение малоизученных системы переменных уравнений, описывающих структурный процессы,
функций происходящие в некотором нельзя устройстве, т.е. отдельных построить его "математический
использованием макет" различных [23]. Инженеру соответствии решение работе подобной задачи решения совершенно не по облегчить силам,
поскольку для линейный этого определяется требуется знать использованием методы анализ составления программ, значению методы
каскадам составления систем счет решения запрещение уравнений по изображению информационные схемы устройства устройства,
численные входных методы программные решения уравнений и т.д., а конструкции всем свойством этим комплексом сравнению знаний
этих инженер не располагает. наследует Следовательно, для база эффективного использования
передачу вычислительной напряженность машины нужно однако разработать близкого САПР для построения
помощью математических автоматический макетов произвольных объекта электрических концептуальную схем и достаточно
чтобы простой введенному формализованный язык, с решение помощью перебор которого инженер освещаются будет в
экспертная состоянии описать моделирование схему и модификацию цели исследования. сапр САПР, выходное используемые в
инженерной методам практике, уменьшить можно условно объединение разделить на:
пользователь системы программного которые обеспечения один автоматизированного проектирования
(подклассов САD - собственная Соmрutеr Аidеd физической Dеsign);
выбор системы технического требования обеспечения( равный САЕ - Соmрutеr возможности Аidеd определение Еnginееring);
системы тепловой изготовления( пункте САM - Соmрutеr связи Аidеd количество Mаnufасturing);
системы технике справочно-информационные следующие технологические (РIM - здесь Рrоduсt
прежде Infоrmаtiоn Mаnаgеmеnt);
изменения системы более твердотельного моделирования, взаимодействие служащие для созданных визуализации в ходе
подавляющем проектирования широкое конструкции изделия.
время Процесс изменяющимися автоматизированного проектирования РТУ выделяют включает, как ввод правило
, следующие количество этапы: чтобы системотехническое проектирование, очередь схемотехническое,
следующим конструкторское, технологическое. этом Применение различных САПР позволяет изменению решать
уменьшить задачу всестороннего вниз исследования отсекать разрабатываемых схем в качестве различных
сигнал режимах работы модели [14], в то отсутствие время как результаты между экспериментальных изменяется работ дают
зависимости ограниченный поиска объем информации по соответствии параметрам и использовать характеристикам
15
разрабатываемой производятся аппаратуры и обеспечивая отражают характеристики эффективности лишь выявление конкретных
макетов гарантирует схем, этом требуя при этом физического больших иные затрат средств и опыта времени для необходимости оценки
влияния иными статистического постепенно разброса параметров счет элементов подмножествами схемы и определение
удалить влияния связей сочетаний допусков на системе параметры схемы отдельных элементов своих схем.
значение Сущность моделирования на ЭВМ какой состоит в давать изучении поведения РТУ и
модели характеристик здесь процессов с помощью их акустическая моделей, точки являющихся некоторым
зависимости эквивалентом положение реальных изучаемых может объектов.
хорошо Объединение всех математической видов имеется САПР и их отдельных различных компонентов в аналогового единую
интеллектуальную зависимость систему выполнения автоматизации электротехнического
функциональные проектирования (используемых ЕDА) признано элементы экономически противоречивых выгодным [4], т. к. применение
решения экспертных работой систем позволяет процессы существенно заданных сократить расходы на значимость подготовку
анализе квалифицированного персонала и одной уменьшить получения время проектирования и
эффективного дальнейшей точек проверки работоспособности и структур надежности РТУ, а создание также
макетирование и адаптивные тестирование их различных компонентов. Более связи того, с большой помощью
интеллектуальных участок САПР изменению возможно осуществить используются цикл также сквозного
проектирования, сравнению включающий в относительно себя:
синтез диалогом структурной и приходится принципиальной схемы РТУ;
принципиальной расчет и разных анализ его параметров в здесь различных использовать режимах, с учетом экстремум разброса
него параметров компонентов и величина наличия объекта дестабилизирующих факторов;
принципиальных параметрическую использованием оптимизацию;
синтез базе топологии, численном включающий размещение иной элементов на быстрее плате и разводку
если соединений;
процедуре верификацию топологии;
процессе проектирование и структур выпуск конструкции этом изделия.
внутренняя Проектирование РТУ с помощью иной САПР кнопку требует от инженера-
проектировщика есть определенной выбору подготовки. Специфика создаются автоматизации
декомпозиции схемотехнического проектирования типа заключается в том, что в элементы определенной
степени притяжения воспроизводится которые процесс человеческой объекты деятельности и учета формализовать
в достаточной стоимость мере значением даже отдельные ее систем стороны не некоторый всегда возможно