Mühazirə 2-3(mls) Layihələndirmənin aspektləri, stadiyaları və mərhələləri

Mühazirə 2-3(MLS)

Layihələndirmənin aspektləri, stadiyaları və mərhələləri.

Layihə prosedurları.

Layihələndirmə aspektləri dedikdə bir-neçə iyerarxik səviyyələrdə həll olunan yaxin(qohum) məsələlər qrupları başa düşülür.

Layihələndirme prosesinin vacib aspektləri bunlardir:

- funksional;

- konstruktor;

- texnoloji.

Funksional aspekt obyektin fəaliyyətinin əsas prinsipləri, oyektdə baş veren fiziki və informasiya proseslərinin xarakter ilə əlaqəli olub prinsipial, funksional, struktur , kinematik sxemlerdə ifadə olunur.

Konstruktor aspekti funksional layihələndirmənin nəticələrinin həyata kecirilməsi , başqa sözlə obyektin həndısi formalarınin müəyyən olunması və onlarin fəzada qarşılıqlı yerləşməsi ilə əlaqəlidir.

Texnoloji aspekt konstruktor layihələndirmənin həyata kecirilməsinə aid olub obyektin hazırlanmasınin üsul və vasitələrinin təsviri ilə əlaqəlidir.

Layihələmdirmə prosesini stadiyalara, mərhələlərə və prosedurlara bolmək olar.

Mürəkkəb obyektlərin layihələndirilməsi zamani aşagidakı stadiyalari fərqləndirirlər:

- elmi-tədqiqat işləri(ETİ);

- təcrübi-konstruktor işləri(TKİ);

- texniki layihə(TL);

-işci layihə( İL);

- təcrübi nümunənin sinaqları.

ETİ stadiyasini öz növbəsində layihəöncəsi tədqiqatlar, texniki tapşırıq, texniki təkliflər stadiyalarına bölmək olar.Bu stadiyalarda ardıcıl olaraq yeni məhsulun alınmasına olan təlabatlar oyrənilir, məhsulun yaradılmasının fiziki, informasiya konstuktiv, texnoloji prinsipləri və bu prinsiplərin həyata keçirilməsi imkanları tədqiq edilir, obyektlərin xarakteristika və parametrlərinin mümkün qiymətləri proqnozlaşdırılır. ETİ-nin yerinə yetirilməsinin nəticəsi olaraq texniki tapşırıq (TT) formalaşdırilır.

TKİ stadiyasında məmulatın eskiz layihəsi işlənilir, ETİ stadiyasinda qərarlaşdırılmış prinsiplər və müddəalar yoxlanılır, konkretləşdirilir və korrektə olunur.

Texniki layihə stadiyasında ətraflı texniki həllər qəbul edilir və layihənin bütün hissələri işlənilir.

İşçi layihə stadiyasında obyektin yaradilmasını təmin edə biləcək konstruktor-texnoloji sənədlərin tam komplekti işlənilir.

Təcrübi nümunənin sinaqları stadiyasında layihədəki mümkün səhvlərin aşkar edilməsinə imkan verən nəticələr alinır, onlarin aradan qaldirilması üçün tədbirlər görülür və bundan sonra layihə sənədləri məmulatın seriyali istehsal məqsədı ilə müəssisəyə verilir.

Layihələndirmə həmçinin mərhələlərə bölünür. Layihələndirmə mərhələsı - layihələndirmənin şərti qeyd olunmuş hissəsi olub bir iyerarxik səviyyəyənin layihə həllinə mənsub olan bir və ya bir neçə layihə prosedurunun yerinə yetirilməsini nəzərdə tutur.

Layihə həlli – oyektin və ya onun tərkib hissələrinin təsviri olub layihələndirmənin sona çatması və ya onun davam etdirilməsi yolları haqqinda qərar verilməyə imkan verir.

Layihə proseduru- layihələndirmənin bir hissəsi olub layihə həllinin alınması ilə başa çatır. Layihə prosedurlarının təsnifat sxemi şəkil .-də verimişdir.

(sxemi çəkərsən- tercume si ilə )

Şəkil . Layihə prosedurlarının təsnifat sxemi

Layihə prosedurları sintez və analiz prosedurlarına bölünür.

Sintez proseduru layihələndirilən obyektin təsvirinin yaradılmasini nəzərdə tutur.Belə təsvirlərdə oyektin strukturu və parametrləri əks olunur ki, bu da struktur və parametrik sintez prosedurlarinin əsasını təşkil edir.

Obyektin strukturu dedikdə onun elementlərinin tərkibi və bu elementlərin bir-birləri ilə əlaqə üsulları başa düşülür.

Obyektin parametri- obyektin müəyyən xüsusiyyətlərini və ya onun fəaliyyət rejimlərini xarakterizə edən kəmiyyətdir.

Analiz prosedurunun əsas vəzifəsi obyektin xüsusiyyətləri haqqında faydalı informasiyanin alinması məqsədi ilə layihələndirilən obyektin tədqiq olunmasıdır.

Analizin məqsədi – obyektin iş qabliyyətinin yoxlanmasıdır.

Bundan əlavə enən (yxarıdan aşağıya) və yüksələn (aşağıdan yuxarı) ləyihələndirməni fərqləndir.

Enən layihələndirmədə yuxarı iyerarxik səviyyənin məsələləri aşağı iyerarxik səviyyənin məsələlərindən daha əvvəl yerinə yetirilir.

Yüksələn layihələndirmədə isə ardicillıq əksinə aparilir.

Mürəkkəb sistemlərin funksional layihələndirilməsi əsasən enən konstruktor layihələndirməsində isə yuksələn layihələndirmədir.

Layihələndirmə marşrutu- tələb olunan layihə həllərinin alınmasına aparan layihə prosedurları ardıcillığıdır.

Şəkil .-də enən layihələndirmənin müəyyən bir mərhələsi üçün layihə prosedurlarinin tipik ardıcıllığı verilmişdir.

(SXEMİ TERCüme ELE)



Şəkil . Layihələndirmə prosesinin sxemi

Bundan əvvəlki mərhələdə k-cı iyerarxik səviyyənin məsələləri həll olunmuşdur və enən layihələndirmə zamanı bu məsələlərin həllinin nəticəsi - sistemin (k+1)-ci səviyyəsinin layihələndirilməsinin texniki tapşırığının formalaşdırılmasıdır.

Sistemin layihələndirilməsi onun strukturunun ilkin variantının sintezi ilə başlayır. Bu variantın qiymətləndirilməsi ücün model yaradılır: riyazi – avtomatlaşdırılmış layihələndirmə zamanı, eksperimental və ya stend - avtomatlaşdırılmamış layihələndirmə zamanı.

Elementlərin parametrlərinin ilkin qiymətləri seçildikdən sonra variantın analizi yerinə yetirilir ki, nəticədə onun qiymətləndiriməsi mümkün olur.

Əgər iş qabliyyəti lazimi dərəcədə ödənərsə layihə həlli qəbul olunmuş hesab olunur , sistemin (k+1)-ci səviyyəsi qəbul olunmuş formada təsvir olunur və baxılan səviyyənin elementlərinin layihələndirilməsi üçün texniki tapşırıqlar formalaşdırılır. Əgər alınmış layihə həllərı qaneedici olmazsa layihəni yaxşılaşdırmaq yolları araşdırılır.

Adətən bunu X vektorunu (daxili parametrlər) təşkil edən elementlərin parametrlərinin ədədi qiymətlərinin dəyişdirilməsi ilə aparırlar.

X modifikasiyalar prosedurlari, analizlər və analizlərin nəticələrinin qiymətlər məcmusu parametrik sintez prsedurunu təşkil edir. Əgır X modifikasiyaları məqsədyönümlüdürlərsə və hər-hansı bir keyfiyyət göstəricisinin ən yaxşı qiymətinin axtarılması strategiyasına tabedirlərsə onda parametrik sintez prosedurunu optimallaşdırma proseduru adlandirmaq olar.

Возможно, что путем параметри­ческого синтеза не удастся добиться приемлемой keyfiyyət степени выпол­нения условий работоспособности. Тогда исполь­зуют другой путь, связанный с модификациями структуры. Новый вариант структуры синтезируется, и для него повторяются процедуры формирования модели и пара­метрического синтеза.

Если не удастся получить прием­лемое проектное решение и на этом пути, то ставится вопрос окорректировке ТЗ, сформулированного на пре­дыдущем этапе проектирования. Такая корректировка может потребовать повторного выполнения ряда проце­дурk-го иерархического уровня, что и обусловливаетитерационный характерпроектирования.

Взаимосвязь проектных процедур анализа и синте­за имеет характер вложенностипро­цедурыанализав

Процедуры синтеза и анализа. Проектные процедуры делятся на процедуры синтеза и анализа.

Процедуры синтеза заключаются в создании описаний проектируемых объектов. В таких описаниях отображаются струк­тура и параметры объекта и соответственно существуют процедуры структурного и параметрического синтеза. Под структурой объекта понимают состав его элементов и способы связи элементов друг с Кругом. Параметр объекта—величина, характеризующая некото­рое свойство объекта или режим его функционирования. Примера­ми процедур структурного синтеза служат синтез логической схемы (структура которой выражается перечнем входящих в нее логиче­ских элементов и соединений) или синтез алгоритма (его структура определяется составом и последовательностью операторов). Про­цедура параметрического синтеза заключается в расчете значений параметров элементов при заданной структуре объекта, например геометрических размеров интегральных компонентов при заданном эскизе топологии микросхемы или номиналов пассивных элементов в заданной принципиальной электрической схеме.

Структурирование объекта иногда может вызвать затруднения. Это относится, например, к проектированию интегральных схем на компонентном уровне. Однако и здесь можно условно выделить участки полупроводникового кристалла и рассматривать их как элементы структуры.

Процедуры анализа заключаются в исследовании проек­тируемого объекта или его описания, направленном на получение полезной информации о свойствах объекта. Цель анализа—провер­ка работоспособности объекта. Часто задача анализа формулирует­ся как задача установления соответствия двух различных описаний одного и того же объекта. При этом одно из описаний считается первичным и его корректность предполагается установленной. Дру­гое описание относится к более подробному уровню иерархии или к другому аспекту, и его правильность нужно установить сопостав­лением с первичным описанием. Такое сопоставление называется верификацией.

Принципы построения маршрутов проектирования. Основные принципы построения маршрутов проектирования: расчленение сложной задачи синтеза полного комплекта конструкторско-технологической документации на более простые задачи синтеза промежуточных проектных решений; чередование процедур синтеза и верификации; итерационность проектирования; усиление тщатель­ности анализа (многовариантность, усложнение моделей) по мере приближения к окончательному проектному решению.

Расчленение сложной задачи синтеза на ряд простых выполняется в соответствии с рассмотренными положениями блочно-иерархического подхода к проектированию. Расчленение позво­ляет распределить работу между соответствующими подразделе­ниями проектного предприятия, организовать параллельно-после­довательное выполнение проектных процедур коллективом разра­ботчиков.

Чередование процедур синтеза и верифика­ции обусловлено тем, что для большинства задач структурного синтеза отсутствуют методы, обеспечивающие безошибочное полу­чение проектных решений, удовлетворяющих требованиям ТЗ. Это связано с трудностями формализации задач синтеза, поэтому основные решения принимает человек на основе эвристических приемов. При этом невозможно учесть все многообразие качествен­ных и количественных требований и избежать ошибок. Поэтому результаты предложенных при синтезе проектных решений конт­ролируются выполнением верификации.

Итерационность проектирования обусловлена дву­мя факторами. Во-первых, она вытекает из особенностей блочно-иерархического подхода. Действительно, при нисходящем проекти­ровании на п-м. иерархическом уровне можно лишь предположитель­но судить о свойствах неспроектированных элементов, которые будут разрабатываться на следующем (п +1)-м уровне. При восходящем проектировании неопределенность связана с требованиями ТЗ, кор­ректность которых может быть установлена только при выполне­нии процедур самого верхнего иерархического уровня. Поэтому ошибочность или неоптимальность решений, полученных на пре­дыдущих этапах, выявляется в последующем, что требует возвра­та к предыдущим этапам для перепроектирования. Во-вторых, итерационность связана с чередованием синтеза и верификации, представляющим собой последовательное приближение к прием­лемому проектному решению. Очевидно, что на первых итерациях синтезируемые варианты хуже с точки зрения выполнения ТЗ, чем последующие. Поэтому на первых итерациях с помощью довольно приближенных моделей полученные варианты оцениваются быстро и просто. Чем ближе очередной вариант к окончательному реше­нию, тем более точное и всестороннее исследование требуется для его оценки. Следовательно, в процедурах верификации нужно ис­пользовать не одну модель объекта, а иерархический ряд моделей, различающихся сложностью и точностью.

Усиление тщательности анализа по мере прибли­жения к окончательному решению выражается также в том, что проверка производится по все большему числу показателей, оговариваемых в ТЗ, зачастую с учетом статистического характера пара­метров и нестабильности внешних условий.

Подходы к верификации. Существуют два подхода к верифи­кации проектных процедур: аналитический и численный. Анали­тический подход основан на использовании формальных ме­тодов доказательства соответствия двух сравниваемых описаний. Для реализации аналитического подхода необходимо в рамках не­которой формальной системы установить язык представления про­ектных решений и правила преобразования предложений и конст­рукций этого языка, нужно разработать алгоритмы целенаправлен­ного применения правил для приведения сравниваемых вариантов к виду, по которому можно сделать заключение о наличии или отсутствии соответствия этих вариантов. В настоящее время класс объектов, для которых удается реализовать аналитический подход, ограничен.

Численный подход основан на математическом моделиро­вании процессов функционирования проектируемых объектов. Мо­делирование—это исследование объекта путем создания его моде­ли и оперирования ею с целью получения полезной информации об объекте. При математическом моделировании исследуется матема­тическая модель (ММ) объекта.

Математической моделью технического объекта называется со­вокупность математических объектов (чисел, скалярных перемен­ных, векторов, матриц, графов и т. п.) и связывающих их отноше­ний, отражающая свойства моделируемого технического объекта, интересующие инженера-проектировщика. Математическая модель, отражающая поведение моделируемого объекта при заданных изме­няющихся во времени внешних воздействиях, называется имита­ционной.

При конструировании необходимо определить прежде всего гео­метрические и топологические свойства объектов: форму деталей и их взаимное расположение в конструкции. Эти свойства отобража­ются с помощью структурных математических моделей, которые могут быть выражены уравнениями поверхностей и линий, система­ми неравенств, графами, матрицами инциденций и т. п.

При функциональном проектировании моделируют состояние или процессы — последовательности сменяющих друг друга состояний объекта. Такое моделирование осуществляется с помощью функцио­нальных математических моделей. Типичная форма функциональ­ных ММ—система уравнений, выражающая взаимосвязи между фазовыми (характеризуют состояние объекта), внешними(ха­рактеризуют состояние внешней по отношению к объекту среды) и независимыми переменными, которыми могут быть времяt и про­странственные координаты ,,. Решением системы уравнений являются зависимости элементов вектораV фазовых переменных от Z=(t,,,) представляемых в виде совокупности графи­ков или в табличной форме. Верификация на основе моделирования заключается в установ­лении соответствия проектного решения, представленного математи­ческой модельюМпр, исходному (эталонному) описанию, заданному в виде ТЗ или модели Мэт иного иерархического уровня или аспек­та, нежели Мпр. Модели Мпр и Мэт в общем случае имеют разные размерности и состав векторов фазовых переменных. Однако обе модели должны при совпадающих внешних условиях приводить к одинаковым, в пределах заданной точности, зависимостям Vэт(Z) и Vnp(Z), где Vэт и Vnp—векторы фазовых переменных на выходах проектируемого объекта (или, что то же самое, на границах, отде­ляющих объект от внешней среды). Идентичность внешних условий означает, что в моделях Мпр и Мэт должны использоваться одина­ковые векторы внешних параметров Q=(,,…,).Типичные внешние параметры - температура окружающей среды, напряже­ния источников питания, параметры входных сигналов и нагрузки. Соответствие двух описаний (моделей), в указанном выше смысле, называютфункциональной эквивалентностью.

Если Z, Q, Vэт и Vnp—векторы дискретных величин (в частно­сти, элементами векторов Vэт и Vnp могут быть булевы перемен­ные), то положительный результат верификации будет при совпа­дении значений векторов Vэт и Vnp во всех точках дискретного про­странства переменных Z и Q. Такая ситуация характерна для верификации логических схем. Однако в практических задачах ко­личество точек пространства (Z, Q) слишком велико, поэтому актуально сокращение числа испытаний при верификации. Эта проблема связана с подбором подходящих тестовых входных воз­действий для обнаружения несоответствий в моделях Мпр и Мэт и по своему характеру близка к задачам, решаемым в технической диагностике.

При непрерывном характере хотя бы части элементов векторов Vэт(Z) и Vnp(Z) соответствие моделей устанавливается по совпа­дению выходных параметров (/,. Выходные параметры - это вели­чины, характеризующие свойства системы. Типичные примеры вы­ходных параметров—функционалы зависимостей Vэт(Z) и Vnp(Z), например, задержка распространения, амплитуда выходного сигна­ла, частота генерируемых колебаний. Если в результате моделиро­вания для каждого тестового воздействия получают с оговоренной точностью совпадение выходных параметров, рассчитанных с по­мощью сравниваемых моделей, то говорят о соответствии (коррект­ности) проверяемого описания.

Типовые проектные процедуры. На рис. 2 представлена одна из возможных классификаций проектных процедур.

Процедуры структурного синтеза по характеру про­ектируемого объекта делятся на синтез схем (принципиальных, функциональных, структурных, кинематических и др.), конструк­ций (определение геометрических форм, взаимного расположения деталей), процессов (технологических, вычислительных и др.), документации (чертежей, пояснительных записок, ведомостей и др.).

Основные процедуры параметрического син­теза—оптимизация номинальных значений параметров элементов и их допусков. Важная задача назначения технических требований на параметры объекта, решаемая при внешнем проектировании, от­несена к задаче оптимизации допусков. Идентификация моделей



Рис. 2. Классификация проектных процедур.

заключается в расчете параметров, используемых в ММ. Для про­цедур оптимизации, как правило, требуется выполнение большого объема вычислений с помощью сложных программных комплексов. В отдельных случаях удовлетворительные результаты параметриче­ского синтеза получаются на основе упрощенных методик, подобных расчетным методикам неавтоматизированного проектирования.

Детерминированная верификация может быть на­правлена на выявление соответствия структур объектов, заданных двумя различными описаниями (структурная верификация), или значений выходных параметров (параметрическая верификация). Параметрическая верификация может выполняться по полной со­вокупности параметров или по их части, в последнем случае разли­чают верификацию статическую, динамическую, в частотной об­ласти.

Статистический анализ предназначен для получения статистических сведений о выходных параметрах при заданных законах распределения параметров элементов. Результаты статистического анализа можно представлять гистограммами, оценками числовых характеристик распределений выходных параметров.

Анализ чувствительности заключается в расчете коэф­фициентов чувствительности выходных параметров к изменениям параметров элементов (или внешних параметров). Различают абсолютный и относительный коэффициенты чувствительности:

;  ,

где иноминальные значения параметровисоответст­венно.

Задачи, в которых исследование свойств объекта сводится к од­нократному решению уравнений модели при фиксированных значе­ниях внутренних и внешних параметров, называются задачами од­новариантного анализа. Задачи, требующие многократного решения уравнений модели при различных значениях внутренних и внешних параметров, называются задачами многовариантного анализа.

Примеры маршрутов проектирования. Рассмотрим типичный маршрут проектирования ЭВМ на БИС. Проектирование начинает­ся с разработки алгоритмов, реализуемых аппаратной частью ЭВМ. Алгоритмы записываются на одном из языков описания регистро­вых структур или микропрограмм. Модель ЭВМ, полученная на уровне регистровых передач, отрабатывается с помощью предлагае­мых разработчиком тестов. Далее последовательно выполняются процедуры преобразования алгоритмического описания в функцио­нальную схему, в которой элементами являются функциональные узлы, и покрытия этой схемы функциональными ячейками избран­ной топологии, функционально-логическое проектирование заверша­ется выполнением логической верификации, во время которой про­веряется соответствие полученной схемы из функциональных ячеек исходному алгоритму функционирования. Обнаруженные ошибки устраняются путем возврата и повторного выполнения предыду­щих процедур.

Далее выполняются процедуры конструкторского проектирова­ния. Сначала функциональная схема разрезается на части, соответ­ствующие определенным конструктивам. Затем выполняются про­цедуры размещения и трассировки. Функциональные ячейки размещаются в кристаллах БИС, корпуса БИС—на печатных пла­тах типовых элементов замены, сами ТЭЗ—в блоках. Конструиро­вание блоков, ТЭЗ и БИС может осуществляться параллельно. Процедуры конструкторского проектирования являются процедура­ми синтеза, поэтому после их выполнения требуется верификация для установления соответствия между топологической и принципи­альной электрической схемами, контроль задержек с учетом конст­руктивных параметров и т. п.

Другой пример маршрута проектирования—последовательность проектных процедур конструкторского проектирования радиоэлек­тронной аппаратуры (РЭА). Задание на конструирование получается после разработки функциональных схем. Конструирование начи­нается с покрытия функциональной схемы микросхемами за­данного набора. Полученная принципиальная электрическая схема разбивается на части, соответствующие отдельным ТЭЗ. Далее для каждого ТЭЗ выполняются размещение микросхем на плате, рас­слоение (распределение электрических соединений по слоям много­слойных печатных плат), трассировка монтажных соединений, оформление конструкторской документации, изготовление машин­ных носителей с информацией для программно-управляемого тех­нологического оборудования, используемого в производстве печат­ных плат.