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 другом. 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, параметров компонентов промышленного сооружения при заданной компоновке узлов и геометрических размеров оборудования в заданной технологической схеме.
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 [11,12,15].
|
|
На рис. 5 представлена одна из возможных классификаций типовых проектных процедур.
|
| Рис. 5. Классификация типовых проектных процедур |
Процедуры структурного синтеза по характеру проектируемого объекта делятся на синтез схем (принципиальных, функциональных, структурных, кинематических, технологических 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. Идентификация моделей заключается в расчете параметров, используемых в математической модели технического объекта. Для процедур оптимизации, как правило, требуется выполнение большого объема вычислений с помощью сложных программных комплексов и программ. 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.
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 объекта.
Математической моделью технического объекта будем называть 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.
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.
Задачи, в которых исследование свойств объекта сводится к однократному решению уравнений, описывающих модель 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.
Под маршрутом проектирования условимся понимать последовательность проектных процедур, ведущая к получению требуемых проектных решений. Пример типового маршрута проектирования: разрезание принципиальной схемы устройства на части, оформление конструкторской документации и управляющей информации для программно-управляемого технологического оборудования.
Таким образом, основные принципы построения маршрутов проектирования следующие: 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 
-м иерархическом уровне можно лишь предположительно судить о свойствах элементов, которые будут разрабатываться на следующем 
-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.
Получаемые при проектировании описания бывают окончательными или промежуточными. Окончательные описания представляют собой комплект конструкторско-технологической документации в виде чертежей, спецификаций, пояснительных записок, схем, программ и управляемого технологического оборудования и т. п. Промежуточные описания по своей форме разнообразны - текстовые документы, эскизы, описания на языках используемых автоматизированных систем и др. Главное в описаниях - их содержание, отражающее черты и свойства проектируемых объектов.
Параллельно с совершенствованием САПР возникают потребности и технологические возможности в создании новых, более сложных объектов и систем, а, следовательно, и потребности в решении более сложных проектных задач. Формализация проектных процедур в этих условиях может быть только частичной, поэтому создание систем автоматического проектирования возможно лишь для некоторых частных классов технических объектов с устоявшимися физическими и технологическими принципами построения и изготовления. Современное проектирование сложных объектов, как правило, является автоматизированным.