Разработка САПР электронной аппаратуры

Разработка САПР электронной аппаратуры
Владимир Васильевич Лисяк

Рассматриваются вопросы, связанные с процессом создания САПР. Основное внимание уделено моделированию САПР с целью анализа её эффективности, рассмотрены также методики разработки САПР и инструментальные средства, ускоряющие процесс создания САПР. Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения, обучающихся по магистерской программе «Интеллектуальные САПР» направления 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника», а также для студентов, обучающихся по направлению 09.04.02 «Информационные системы и технологии».

В.В. Лисяк

Разработка САПР электронной аппаратуры учебное пособие

Предисловие

Системы автоматизированного проектирования (САПР) относятся к числу наиболее наукоёмких систем в современной технике. Разработчик САПР является системным специалистом, который ищет пути формализации проектных процедур, их алгоритмизации, а также выбора и адаптации существующего или разработки нового программного обеспечения САПР.

Дисциплина «Разработка САПР» обобщает и систематизирует знания, полученные студентами при изучении ряда предшествующих дисциплин, и дает новые знания и навыки создания САПР, как целостной, сложной системы.

Пособие знакомит студентов с основными вопросами, связанными с процессом разработки САПР электронной аппаратуры. Рассматривается методы и средства, предназначенных для решения задач разработки САПР в конкретных предметных областях, называемых метаСАПР. Даётся материал по методике разработки САПР, в котором изучается последовательность проектных процедур, их взаимозависимость, требования к применяемым методам и средствам, а также вопросы определения состава технических средств и разработки программно-методических комплексов.

Особое внимание уделено вопросу оценки эффективности САПР, рассмотрение которого необходимо для повышения качества процесса разработки САПР, определения оптимальных вариантов построения и модернизации САПР. Такая оценка выполняется на основе рассмотрения различных методов моделирования САПР.

Наиболее проработанным по вопросам разработки САПР является учебник И. П. Норенкова [2], который к настоящему времени стал редкой книгой и материал которого частично использован при рассмотрении методик разработки САПР.

1. Общие вопросы разработки САПР

1.1. Системы автоматизации предприятия

САПР является частью системы автоматизации деятельности предприятия. Поэтому для правильного подхода к разработке САПР важно уяснить ее взаимосвязь с другими автоматизированными системами предприятия (АС), такими, как:

• АСНИ – АС научных исследований;

• АСУП – АС управления предприятием;

• АСПр – АС плановых расчетов;

• АСТПП – АС технологической подготовки производства;

• АСУТП – АС управления технологическими процессами.

На (рис. 1.1) приведён вариант фрагмента организационной структуры предприятия и служб автоматизации.

Рис. 1.1. Фрагмент организационной структуры предприятия и служб автоматизации

С помощью АСУП осуществляется планирование, контроль и учет выполняемых работ, а также затрачиваемых ресурсов (людских, временных, стоимостных, материальных). Для этого необходима информация в нужные моменты времени о состоянии ведущихся разработок (о принятых решениях, состоянии их проектирования и изготовления). Поэтому САПР, как и АСТПП и АСУТП, должны поставлять АСУП необходимую информацию (на основании чего ведется заказ материалов, комплектующих и т.п.).

Техническая документация, полученная в САПР и АСТПП разрабатывающего предприятия, передается и вводится в АСУ серийного завода как первичная информация для подготовки производства. Отсюда ясна необходимость её сопряжения.

На различных этапах проектирования САПР взаимодействует с АИПС и АИСС для поиска научной информации или готовых технических решений. В наиболее полной форме такая информация содержится в АСНИ. Основные виды работ, выполняемые АСНИ:

• сбор и анализ научной и измерительной информации;

• формулирование идей;

• постановка задач и определение концепций их решения;

• обработка и накопление экспериментальных данных;

• формирование баз знаний для экспертных систем.

В различных системах автоматизации и даже в разных подсистемах САПР на одном и том же предприятии можно наблюдать ввод в ЭВМ одних и тех же реквизитов (например, сведения о радиоэлементах в подсистеме проектирования печатных плат, подсистеме выпуска технической документации и подсистеме учета движения материальных ценностей). Система управления базами данных (СУБД) дала возможность стандартизации обработки данных на предприятии для различных целей. Некоторые системы автоматизации предъявляют к СУБД часто противоречивые требования. Например, САПР и АСТПП обрабатывают информацию в режиме проектирования, что требует большей оперативности, чем для АСУП. С другой стороны, в АСУП обрабатывается значительно больше информации, чем в САПР, что влияет на технологию обработки информации. Поэтому часто используется распределенная база данных и ряд сопряженных СУБД для обработки баз данных.

С учетом того, что на предприятии все перечисленные системы автоматизации реализуются в вычислительном центре, основой их организационно-технической интеграции является интегрированная система обработки данных (ИСОД).

1.2. Концепция гибких производственных систем

Наиболее полно учет связи САПР с автоматизированными системами предприятия прослеживается в концепции гибких производственных систем (ГПС).

ГПС являются компьютеризированными интегрированными производствами, обеспечивающими выпуск товарной продукции в условиях меняющегося рыночного спроса и функционирующими при ограниченном числе работников. В свою структуру ГПС включает автоматизированные участки, линии, цеха, завод. ГПС применяются в массовом, серийном, мелкосерийном и единичном перестраиваемых производствах изделий в различных отраслях экономики.

ГПС требуют дорогостоящего оборудования, что обусловлено запросами потребителей на разнообразие изделий, повышением требований к их качеству и увеличением выпуска наукоёмкой продукции. Такой подход позволяет организовывать выпуск продукции с эффективной эксплуатацией оборудования, производственных площадей и минимизировать затраты средств и времени на обновление продукции, а также снижает участие человека в техпроцессах и, как следствие, исключает субъективизм в управлении производством.

Применение ГПС позволяет в несколько раз повысить отдачу станков с числовым программным управлением (ЧПУ), используя при этом безлюдные или малолюдные технологии.

ГПС должны обеспечивать автоматизированную переналадку оборудования на выпуск новых изделий, роль человека в ГПС состоит в выработке и принятии нестандартных решений и участия в автоматизированной перенастройки системы на выпуск нового класса продукции. Функционирование ГПС в общем случае обеспечивается решением следующих задач:

• диспетчеризация и контролирование хода производства;

• доставка полуфабрикатов и инструмента к оборудованию;

• автоматическая загрузка-разгрузка оборудования;

• приём из подсистем более высокого уровня программ управления оборудованием, их трансляция и редактирование;

• управление работой оборудования и её контроль;

• контроль качества изготовляемого объекта и инструмента;

• доставка горюче-смазочных материалов и удаление отходов.

В связи с приведенными задачами можно выделить типовые функциональные подсистемы ГПС, объединенные в следующую функциональную структуру (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Функциональная структура ГПС

В информационный поток входят перечень объектов, технические требования к их изготовлению и функционированию, конструкторская и технологическая документация. Материальный поток состоит из предметов труда (сырье, материалы, полуфабрикаты, комплектующие), топливно-энергетических и трудовых ресурсов.

Из функциональной структуры ГПС видно, что для программно-информационного обеспечения ГПС определяются две группы задач. Первая – управленческая – связана с организацией процессов транспортировки материальных потоков, загрузки оборудования, использования операций изготовления и контроля как основного изделия, так и оснастки. Вторая группа задач связана с созданием информационного базиса, в который входят конструкторская и технологическая документации по основным изделиям и оснастке.

Формирование технологической документации осуществляется АСТПП на основе конструкторской документации, выпускаемой САПР. Поэтому цепочка САПР-АСТПП представляет собой систему конструкторско-технологического проектирования. С выхода САПР на АСТПП поступает комплект конструкторской документации, включающий описание геометрии изделия и спецификацию с полным описанием конструктивных элементов. С выхода АСТПП снимается технологическая документация, содержащая маршрутные и операционные технологические процессы с полным набором управляющих программ для операций изготовления и контроля как самого изделия, так и оснастки техпроцесса.

Изложенная концепция программно-информационного обеспечения отображена в виде двухконтурной структуры (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Структура программно-информационного обеспечения ГПС