Функціональне проектування - Технічний словник Том VI
p align="justify"> Функціональне проектування здійснюється практично на всіх стадіях і етапах створення технічного об'єкта і при цьому багаторазово повторюється в міру розкриття невизначеностей, характерних для початкових етапів. Функціональне проектування може включати завдання прийняття проектних рішень з урахуванням одного або кількох критеріїв переваги при можливому варіюванні внутрішніх параметрів об'єкта, алгоритмів його управління або спільній зміні параметрів об'єкта та впливів, що управляють. В інший ланцюжок включаються завдання конструкторської опрацювання складальних одиниць та деталей виробу з визначенням та оцінкою геометричних та механічних показників. Функціональне проектування може бути зведено до завдання прийняття проектних рішень і полягає у визначенні принципу дії, що характеризує перетворення потоків енергії та інформації в об'єкті, його конструкції, значень параметрів та допусків на параметри. Функціональне проектування включає аналіз технічного завдання (ТЗ) і на його основі вибір з системних позицій методики побудови та шляхів реалізації обчислювального процесу в ЕВА; пов'язане з аналізом та синтезом блоків ЕВА; полягає у розробці функціональних та важливих схем. Тут визначають принципи функціонування та найважливіші параметри та характеристики ЕВА. Функціональне проектування включає концептуальне проектування і схемотехнічне. Ці види робіт є найбільш відповідальними, оскільки виконуються на ранніх стадіях проектування. Функціональне проектування представляє найбільш загальний підхід до опису систем. Визначаються граничні умови та бажані входи та виходи, складається докладний перелік функцій або операцій, які маютьвиконуватись. Метод у спрощеному вигляді зводиться до складання блок-схеми системи. Функціональне проектування включає рішення трудомістких завдань, пов'язаних з визначенням принципів побудови об'єктів проектування та оцінкою їх властивостей на основі дослідження процесів їх функціонування. Автоматизація функціонального проектування передбачає вирішення цих завдань за допомогою функціональних математичних моделей (ММ) об'єктів проектування на мікро-, макро- та метарівнях. Функціональне проектування ЕВА складається з чотирьох основних горизонтальних рівнів: системного, логічного, схемотехнічного, компонентного. Функціональне проектування технічних систем виконують на основі модельних режимів (див. § 1.6), до яких входять перехідні процеси. Перехідним процесом системи називається перехід її з одного стану в інший. Моделювання перехідного процесу дозволяє досліджувати швидкодію, точність, динамічність, коливальність та інші найважливіші властивості технічної системи, які регламентуються технічними вимогами. Для чисельної оцінки цих властивостей вводиться система показників якості перехідного процесу, які поруч із показниками ефективності, що характеризують продуктивність, економічність та інших., є найважливішими вихідними параметрами, визначальними технічний рівень і споживчі якості створюваного технічного об'єкта. Функціональне проектування пристроїв НВЧ - це синтез пристрою з необхідними характеристиками, а саме з матрицею розсіювання, елементи якої є необхідними функціями частоти. Параметричний синтез (оптимізація) також може виконуватися евристично у процесі діалогу проектувальник-система проектування. Такий шлях у багатьох випадкахкращий, тому що він дозволяє використовувати неформалізований досвід людини. Часто він єдино можливий, оскільки через велику машинну трудомісткість вирішення крайових завдань виявляється практично неможливий будь-який автоматизований пошук оптимальних вихідних даних на безлічі рішень. Однак у ряді випадків можна використовувати алгоритм оптимізації і автоматизувати параметричний синтез пристрою НВЧ. Функціональне проектування апаратури наведених класів слід будувати на різних принципах з використанням різних форм завдань, математичних методів та організації обчислювального процесу. Методологія технічного проектування для зазначених класів апаратури має багато спільних рис, пов'язаних головним чином з алгоритмічною спільністю завдань компоновок, розміщення та проектування монтажних з'єднань та випуском документації. Основою функціонального проектування є одноваріантний аналіз об'єктів проектування - визначення вихідних параметрів об'єкта при заданих значеннях внутрішніх та зовнішніх параметрів. Схема маршруту взаємодії підпрограм пакету функціонального проектування. Пакети функціонального проектування як програми, що обробляють пропозиції та директиви вхідної мови, є мовними процесорами. Існує два типи мовних процесорів: інтерпретатори та транслятори. Пакет функціонального проектування, побудований з використанням принципу трансляції, та початку розрахунку не має повної та скомпонованої обробної підсистеми. Мовна підсистема такого пакета сприймає опис проміжною (вхідною) мовою і як вихід видає об'єктною мовою програму (и) обчислень відповідно до вхідного опису. Об'єктною мовою може бути будь-якаалгоритмічна мова високого рівня (ПАСКАЛЬ, ФОРТРАН, ПЛ/1 та ін) або мова машинних команд. Якщо як об'єктна використовується машинна мова, то отримані програми будуть відразу готові до виконання. Якщо об'єктна мова - мова високого рівня, то додатково необхідний переведення об'єктної програми в машинні команди. Транслятор, виходом якого є об'єктні програми машинних командах, називають компілятором.
При функціональному проектуванні факторні моделі найчастіше отримують на основі обчислювальних експериментів на ЕОМ з X пкп JL теоретичною моделлю. При функціональному проектуванні розробляють принципові схеми радіоелектронної апаратури та вибирають її параметри та структуру. Принципово цей етап можна формалізувати і звести до моделювання та аналізу схем, а за більш високого рівня машинного проектування - до параметричного синтезу аналогових схем та структурного синтезу схем цифрових автоматів. Найважливішим завданням функціонального проектування є пошук оптимальних значень внутрішніх параметрів об'єкта при заданому технічному завданні. Враховуючи порівняно високу вартість процедур аналізу, розробник прагне організувати цілеспрямований пошук значень внутрішніх параметрів те щоб отримати найкраще виконання технічного завдання найбільш економним способом. Ці завдання покликана вирішувати параметричну оптимізацію, що поєднує дна важливих аспектів: постановки задачі та вибору методів її вирішення. Обидва аспекти мають неформальний характер і базуються на використанні апарату процедур аналізу. Особливість фукціональних ММ призводить до необхідності використання пошукових методів оптимізації. Серед завдань функціонального проектування визначення структури об'єкта (структурний синтез) найменшформалізовано. Автомобіль індивідуального користування ( ВНДІТЕ. В основу функціонального проектування було покладено ту обставину, що в автомобілі-таксі споживачі ( водій та пасажири) переслідує різні цілі. Основні завдання функціонального проектування такі: розробка структурних схем, визначення вимог до вихідних параметрів, аналіз та формування ТЗ на розробку окремих блоків ЕВА, синтез функціональних та принципових схем отриманих блоків, контроль та вироблення діагностичних тестів, перевірка працездатності синтезованих блоків, розрахунки параметрів пасивних компонентів та визначення вимог до параметрів активних компонентів, формулювання ТЗ на проектування компонентів; фізичної структури, топології компонентів, розрахунки параметрів дифузійних профілів і напівпровідникових компонентів, електричних параметрів, параметрів технологічних процесів епітаксії, дифузії, окислення та ін., ймовірні вимоги до вихідних параметрів компонентів. параметрів та структури. Проводиться вибір елементної бази для реалізації РЕА, розрахунок та оптимізація режимів роботи апаратури, розробляються схеми з'єднань. Цей етап може бути формалізований і зведений до моделювання та аналізу схем. На етапі функціонального проектування широко використовуються логічні та обчислювальні можливості ЕОМ. На етапі функціонального проектування виробу радіоелектроніки реалізується формування структурної схеми кожного компонента на обраній елементній базі та розробляються алгоритми діагностики дефектів. Цей етап у існуючих САПР виробах радіоелектроніки практично повністю автоматизований шляхом широкого використання методівматематичного моделювання. Реалізація етапу на ЕОМ базується на описах математичних моделей елементів, вибраних на попередньому етапі, та опис зв'язків між елементами. Для виконання функціонального проектування конкретного технічного об'єкта необхідно отримати його математичну модель та здійснити постановку задачі оптимізації. Крім того, необхідно мати програмне забезпечення, що реалізує маршрут проектування, основними процедурами якого є аналіз варіантів і оптимізація параметрів. Операції та процедури функціонального проектування, як правило, майже повністю піддаються формалізації, що в кінцевому підсумку створює необхідні умови для визначення та вибору оптимальних параметрів та структури технічного об'єкта. При цьому використовуються математичні моделі об'єктів, що створюються, моделі оцінки та прийняття рішень, які у вигляді відповідних алгоритмів реалізуються при проектуванні. У складі пакету функціонального проектування виділяють три основні частини (підсистеми): 1) мовну; 2) обробну; 3) монітор. Лінгвістична відкритість пакету функціонального проектування ґрунтується на концепції використання мов двох рівнів. Верхній рівень займають вхідні мови, орієнтовані певні групи користувачів і дають засоби лаконічного і зручного опису обмежених класів об'єктів. Аналіз вузлів з позицій функціонального проектування заснований на ММ макрорівня, що виражаються системами ОДУ. Прикладами вузлів, аналізу якості яких при проектуванні верстатів приділяється велика увага, крім вузлів шпиндельних, є приводи подач робочих органів верстатів і машин.
Системи автоматизованого проектування у радіоелектроніці застосовуються практично на всіх етапах: структурнийсинтез, функціональне проектування, проектування технології виготовлення. Великий клас завдань АП складають аналіз у часовій області та параметричну оптимізацію об'єктів при функціональному проектуванні на макрорівні. Матеріал глави охоплює системи технічного проектування як аналогової, і цифрової апаратури, і навіть системи функціонального проектування. Конкретизація матеріалу спрямовано елементну базу III покоління, що знайшла нині найбільше застосування під час проектування МЕА. Цьому найважливішому питанню автоматизації всіх проектно-конструкторських робіт буде присвячено кілька томів серії. Використання ЕОМ нетрадиційної архітектури разом із спеціальними декомпозиційними методами може часом забезпечити багаторазове підвищення ефективності пакетів функціонального проектування з допомогою розпаралелювання обчислень на етапі аналізу. Таке розпаралелювання, наприклад, у підсистемах макрорівня, можливе на різних етапах рішення ММ системи. Так, у програмі CLASSIE, розробленої спеціально для суперЕОМ CRAY-1, розпаралелюються обчислення в моделях елементів і обробка повторюваних фрагментів об'єкта, що моделюється. Існують методи розпаралелювання процедури розв'язання систем рівнянь алгебри. Однак найбільше прискорення досягається при використанні релаксаційних методів рішення систем ОДУ за рахунок мінімізації часу, необхідного на синхронізацію процесів рішення, що виконуються на різних процесорах багатопроцесорної обчислювальної системи. З використанням цих та наступних моделей комп'ютерів першого та другого поколінь автоматизувалися проектні процедури, що стосуються в основному функціонального проектування. Функціональне проектування пристроїв НВЧ має рядВажливих особливостей, пов'язаних з тим, що аналіз фізичних процесів цих пристроїв значно складніше, ніж електронних ланцюгів із зосередженими параметрами. Функціональне проектування включає рішення трудомістких завдань, пов'язаних з визначенням принципів побудови об'єктів проектування та оцінкою їх властивостей на основі дослідження процесів їх функціонування. Автоматизація функціонального проектування передбачає вирішення цих завдань за допомогою функціональних математичних моделей (ММ) об'єктів проектування на мікро-, макро- та метарівнях. Завдання на варіантні перетворення, агрегатування та уніфікацію припускають знання деяких правил проектування, дотримання яких сприяє досягненню необхідного результату. Завдання функціонального проектування, модернізації та прогнозування не обумовлені наявністю постійних правил. Ці правила визначаються (якщо вони не були відомі раніше) або змінюються (якщо вони були відомі, але виявилися маловідповідними) під час проектування. Кожна група проектно-дослідницьких завдань має свої переваги. Перші дозволяють художнику-конструктору оцінити результати застосування тих чи інших правил, другі визначають механізм трансформації проектних рішень, шляхи переходу від рішень до нових.