Οι αριθμητικές μέθοδοι αναπτύχθηκαν πολύ πριν από την εμφάνιση των υπολογιστών και αποσκοπούσαν στην επίλυση προβλημάτων στη μηχανική. Αρχικά, οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν χειροκίνητα· οι αλγόριθμοι των μεθόδων ήταν καλά διορθωμένοι και βελτιστοποιημένοι. Περαιτέρω βήματα προς την αυτοματοποίηση της μοντελοποίησης συνδέθηκαν με την ανάπτυξη συστημάτων σχεδίασης με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD) και συστημάτων αυτοματισμού πειραμάτων υπολογιστή - πακέτα λογισμικού εφαρμογών. Οι τυπικοί υπολογισμοί και η παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων υπόκεινται σε αυτοματοποίηση. Αυτά τα συστήματα δημιουργήθηκαν για μια συγκεκριμένη θεματική περιοχή, κυρίως σε βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας (διάστημα, αεροπορία). Για τη δημιουργία των περισσότερων πακέτων εφαρμογών για αριθμητικούς υπολογισμούς, χρησιμοποιήθηκε η γλώσσα Fortran, η οποία είναι κατάλληλη για αυτούς τους σκοπούς. Όταν χρησιμοποιείται ένα σύστημα μοντελοποίησης με τη βοήθεια υπολογιστή, ο ερευνητής διατυπώνει ένα μαθηματικό μοντέλο του υπό μελέτη συστήματος σε μια επίσημη γλώσσα μοντελοποίησης εισόδου. Μπορούν να σημειωθούν οι ακόλουθοι παράγοντες που συμβάλλουν στην εφαρμογή αυτοματοποιημένων συστημάτων μοντελοποίησης: 1. Η πολυπλοκότητα της απόκτησης ενός μαθηματικού μοντέλου πολύπλοκων τεχνικών αντικειμένων. 2. είναι απαραίτητο να υπάρχουν πολλά μοντέλα για ένα αντικείμενο, που διαφέρουν σε πολυπλοκότητα. 3. δυνατότητα γρήγορης πραγματοποίησης αλλαγών στο μοντέλο, το οποίο είναι πιο εύκολο με βάση τη χρήση γλωσσών γραφικών για τον καθορισμό των αρχικών πληροφοριών. ____ Οι σύγχρονες επαγγελματικές CAM έχουν τα ακόλουθα διακριτικά χαρακτηριστικά: υποστήριξη για ιεραρχικό σχεδιασμό, τόσο από πάνω προς τα κάτω όσο και από κάτω προς τα πάνω, μέσω της εφαρμογής μοντελοποίησης πολλαπλών επιπέδων και της μεθόδου τοπικής λεπτομέρειας του μοντέλου. μοντελοποίηση στοιχείων που βασίζεται στη χρήση βιβλιοθηκών που περιέχουν μεγάλο αριθμό γραφικών και λειτουργικών περιγραφών στοιχείων, και αυτές οι βιβλιοθήκες είναι ανοιχτές στην προσθήκη νέων περιγραφών σε αυτές που μπορεί να κάνει ο ίδιος ο χρήστης. γραφική διεπαφή χρήστη, αυτόματη δημιουργία ενός μοντέλου ολόκληρου του κυκλώματος σύμφωνα με τη δομική του περιγραφή. διαθεσιμότητα ενός διαδραστικού σχεδιαστικού περιβάλλοντος εργασίας· η παρουσία μεταεπεξεργαστών μοντελοποίησης σε σύγχρονα συστήματα CAD και CAM, που επιτρέπει όχι μόνο την προβολή των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης σε βολική μορφή, αλλά και την επεξεργασία αυτών των αποτελεσμάτων. την παρουσία ενσωματωμένων εργαλείων για αριθμητική προσομοίωση της ροής εργασίας σε πραγματικό χρόνο ή σε λειτουργία κλιμάκωσης χρόνου μοντέλου· λειτουργικότητα με άλλα πακέτα παρόμοιου σκοπού· τη δυνατότητα διαδραστικής παρέμβασης κατά τη διάρκεια της μοντελοποίησης· δυνατότητα χρήσης 2D και 3D animation.
2. Αρχιτεκτονική αυτοματοποιημένων προγραμμάτων μοντελοποίησης. Γραφική διεπαφή. Εργασίες GUI.
Τα υπάρχοντα εργαλεία αυτοματοποιημένης μοντελοποίησης μπορεί να ανήκουν σε διαφορετικές θεματικές περιοχές και να διαφέρουν σημαντικά ως προς τις δυνατότητές τους, αλλά οι αρθρωτές δομές τους διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους. Μια γραφική διεπαφή είναι πλέον ένα τυπικό στοιχείο της σύγχρονης CAM. Δημιουργεί μια διεπαφή μεταξύ του χρήστη και του προγράμματος και καθιστά δυνατή τη λειτουργία με γραφικές εικόνες αντί για αναλυτικές εκφράσεις. Αυτό διευκολύνει την εργασία στο CAM και μειώνει την πιθανότητα σφαλμάτων κατά την εισαγωγή πληροφοριών σχετικά με το σύστημα.
Η μορφή της γραφικής αναπαράστασης των πληροφοριών για το προσομοιωμένο σύστημα μπορεί να είναι: δομικά διαγράμματα χειριστή που υιοθετήθηκαν στο TAU. λειτουργικά και σχηματικά διαγράμματα διαφόρων φυσικών συσκευών. κινηματικά διαγράμματα μηχανισμών. γραφήματα σήματος? γραφήματα σύνδεσης? διαγράμματα ροής αλγορίθμων και άλλων γραφικών μοντέλων. Τα καθήκοντα της γραφικής διεπαφής είναι: παρακολούθηση της συμμόρφωσης με ορισμένους κανόνες στη διαδικασία δημιουργίας μιας γραφικής εικόνας στην οθόνη της οθόνης. μετατροπή πληροφοριών σχετικά με το κύκλωμα σε εντολές για το πρόγραμμα μοντελοποίησης (προσομοιωτής). έλεγχος της διαδικασίας μοντελοποίησης, οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης.
Εργαλεία λογισμικού για αυτοματοποίηση σχεδίασης, μοντελοποίησης και σχεδίασης
1. Πακέτα εφαρμογών CAD
2. Συστήματα SCADA
3. Genie Data Acquisition and Control Application Development Environment
1. Πακέτα εφαρμογών CAD
Το CAD είναι ένα αναγνωρισμένο πεδίο εφαρμογής της τεχνολογίας των υπολογιστών. Ο υπολογιστής μπορεί να παρέχει στους σχεδιαστές και τους τεχνολόγους μια πλήρη γκάμα δυνατοτήτων CAD και, απαλλάσσοντάς τους από τη συνήθη εργασία, να τους δώσει την ευκαιρία να ασχοληθούν με τη δημιουργικότητα, η οποία αυξάνει δραματικά την παραγωγικότητα.
Η προσέγγιση του CAD στον σχεδιαστή κατέστησε δυνατή τη δραματική αύξηση της παραγωγικότητας των ίδιων των συστημάτων CAD, η εξάπλωση των οποίων παρεμποδίστηκε από τη δυσκολία αλγορίθμου σχεδιασμού. Πράγματι, είναι αδύνατο να «ανατεθεί» ένας προγραμματιστής σε κάθε σχεδιαστή. Αυτή η αντίφαση μπορεί να εξαλειφθεί μόνο με την ευρεία χρήση λογισμικού εφαρμογών που «επικοινωνεί» με τον σχεδιαστή σε μια «φυσική» γλώσσα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό δεν ισχύει μόνο για τα γραφικά υπολογιστών. Σχεδόν όλο το σύγχρονο λογισμικό εστιάζει στον χρήστη, επικοινωνώντας μαζί του με φιλικό τρόπο που αυτός κατανοεί και δίνοντάς του απόλυτη ελευθερία δράσης. Μια τέτοια «επικοινωνία» μεταξύ ενός ατόμου και ενός υπολογιστή είναι δυνατή μόνο σε διαδραστική λειτουργία (διαλόγου), όταν ο χρήστης βλέπει αμέσως το αποτέλεσμα των ενεργειών του στην οθόνη. Τα συστήματα CAD επικεντρώνονται επίσης στην εργασία σε διαδραστική λειτουργία, παρέχοντας στον σχεδιαστή γρήγορη πρόσβαση σε πληροφορίες γραφικών, μια απλή και αποτελεσματική γλώσσα για τον έλεγχο της επεξεργασίας τους με σχεδόν απεριόριστες δυνατότητες ελέγχου των αποτελεσμάτων. Πρώτα απ 'όλα, αυτό ισχύει για τον γραφικό διάλογο, αφού είναι τα γραφικά (σχέδια, διαγράμματα, διαγράμματα κ.λπ.), ως ο πιο αποτελεσματικός τρόπος παρουσίασης πληροφοριών, που κατέχει προνομιακή θέση στο CAD. Έτσι, είναι δυνατό να αυτοματοποιηθεί το πιο εντατικό μέρος της εργασίας - σύμφωνα με ειδικούς από γραφεία σχεδιασμού, στη διαδικασία του παραδοσιακού σχεδιασμού, η ανάπτυξη και η εκτέλεση σχεδίων αντιπροσωπεύει περίπου το 70% του συνολικού κόστους εργασίας των εργασιών σχεδιασμού (15% για την οργάνωση και τη διατήρηση αρχείων και 15% για τον πραγματικό σχεδιασμό, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης σχεδιασμού, υπολογισμών, συντονισμού με σχετικούς τομείς κ.λπ.).
Πολλά σύγχρονα συστήματα λογισμικού που επικεντρώνονται στο σχεδιασμό βιομηχανικών προϊόντων διαθέτουν ένα αρκετά μεγάλο οπλοστάσιο δυνατοτήτων διαδραστικών γραφικών, παρέχοντας τη δυνατότητα δημιουργίας και επεξεργασίας δισδιάστατων εικόνων που αποτελούνται από προβολές προϊόντων, σκίαση, διαστάσεις κ.λπ., καθώς και το σχηματισμό ρεαλιστικές τρισδιάστατες εικόνες σχεδιασμένων προϊόντων, κατασκευασμένες από τα αρχικά δεδομένα σχεδίασης με αφαίρεση αόρατων γραμμών, λαμβάνοντας υπόψη διάφορες μεθόδους φωτισμού, ρύθμιση παραμέτρων δομής επιφάνειας κ.λπ. Ταυτόχρονα, τα συστήματα CAD παρέχουν προηγουμένως ανέφικτες δυνατότητες. Στην πραγματικότητα, ο σχεδιαστής βρίσκεται σε ένα νέο περιβάλλον - το περιβάλλον των γραφικών υπολογιστών. Και η ποιότητα ενός πακέτου CAD καθορίζεται σχεδόν κατά κύριο λόγο από το πόσο δύσκολο είναι για έναν σχεδιαστή να μεταβεί σε μια νέα τεχνολογία όταν χρησιμοποιεί ένα συγκεκριμένο πακέτο.
Επί του παρόντος, υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός συστημάτων CAD ποικίλης πολυπλοκότητας και σκοπού. Προφανώς, ο χρήστης θα επιλέξει ένα σύστημα εξισορροπώντας την ανάγκη για δυνατότητες γραφικών με το κόστος του συστήματος και του υλικού που έχει τις απαιτούμενες δυνατότητες. Για παράδειγμα, το κόστος ενός σταθμού εργασίας Apollo ή SAN, που έχει όλες τις δυνατότητες που μπορεί κανείς να φανταστεί σήμερα, είναι σημαντικά υψηλότερο από το κόστος οποιουδήποτε συμβατικού υπολογιστή - είναι απλώς μια διαφορετική κατηγορία μηχανημάτων. Οι περισσότερες εργασίες σχεδίασης και σχεδίασης απαιτούν πιο μέτριες, αλλά ακόμα αρκετά ευρείες δυνατότητες, και ένας αριθμός συστημάτων μπορεί να τις ικανοποιήσει.
Μεταξύ των συστημάτων μικρής και μεσαίας κατηγορίας στον κόσμο, το πιο δημοφιλές είναι το σύστημα AutoCad της AutoDesk, καθώς και τα συστήματα Pcad, OrCAD (ανάπτυξη και μοντελοποίηση ηλεκτρονικών συσκευών, κυρίως πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων), ArchiCAD (αρχιτεκτονική), Βάση, Compass, SolidWorks "(μηχανική), καθένα από τα οποία έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και την προτιμώμενη περιοχή εφαρμογής.
Το AutoDesk είναι ένας από τους αναγνωρισμένους ηγέτες στον τομέα της ανάπτυξης CAD και το πακέτο AutoCad που δημιούργησε είναι ένα από τα καλύτερα. Πρόκειται για ένα σύνθετο και διακλαδισμένο σύστημα στη δομή του, το οποίο ταυτόχρονα ελέγχεται εύκολα χρησιμοποιώντας απλές και σαφείς εντολές. Αυτό το σύστημα παρέχει στον χρήστη του υπολογιστή δυνατότητες που προηγουμένως ήταν διαθέσιμες μόνο σε μεγάλα και ακριβά υπολογιστικά συστήματα. Το AutoCad διαθέτει ένα αποτελεσματικό σύστημα διαλόγου με τον χρήστη χρησιμοποιώντας πολλά μενού. Η χρήση στρώσεων παρέχει επίσης πρόσθετη ευκολία στον σχεδιαστή, επιτρέποντας, κατά την επικάλυψη στρώσεων με εικόνες μεμονωμένων εξαρτημάτων που σχεδιάζονται πάνω τους, να ελέγχει τη συμβατότητά τους στη συνολική διάταξη, καθώς και να διατηρεί "σε αποθεματικό" οποιονδήποτε αριθμό διαφορετικών επιλογών εξαρτημάτων και, ενεργοποιώντας ή απενεργοποιώντας τα επίπεδα, εισάγετέ τα επιλεκτικά στη γενική διάταξη. Τα ολοκληρωμένα σχέδια μπορούν να αποθηκευτούν ως ένα σύνολο διαφανειών με δυνατότητα αυτόματης προβολής τους και η διαθεσιμότητα μεγάλου αριθμού χρωμάτων κάνει την εργασία με ένα τέτοιο σύστημα αισθητικά ευχάριστη.
Το AutoCad είναι ένα παγκόσμιο πακέτο γραφικών σχεδιασμένο για κάθε ειδικό που εργάζεται με τεχνικά γραφικά. Το AutoDesk, εστιάζοντας στο ευρύτερο φάσμα χρηστών, έχει συμπεριλάβει στο πακέτο πλούσιες δυνατότητες προσαρμογής σε οποιοδήποτε θέμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το AutoCad έχει κερδίσει μεγάλη δημοτικότητα και συνεχίζει να διατηρεί τη θέση του στην παγκόσμια αγορά.
Εκτός από την αυτοματοποίηση της πραγματικής σχεδίασης και της γραφικής εργασίας, το AutoCad με τις επεκτάσεις του (AutoShade, AutoFlix, 3D-STUDIO, κ.λπ.) παρέχει τις ακόλουθες δυνατότητες:
* γραφική μοντελοποίηση, π.χ. χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή σε CAD ως ένα ισχυρό υπολογιστικό εργαλείο που σας επιτρέπει να εργάζεστε με πολύπλοκα χωρικά μοντέλα χωρίς ειδικές δεξιότητες προγραμματισμού.
* δημιουργία και συντήρηση βάσης δεδομένων πληροφοριών (αρχείου) σχεδίων.
* δημιουργία μιας βιβλιοθήκης τυπικών στοιχείων σχεδίασης που σχετίζονται με μια συγκεκριμένη θεματική περιοχή, προκειμένου να δημιουργηθούν νέα σχέδια από στοιχεία που δημιουργήθηκαν προηγουμένως.
* παραμετροποίηση σχεδίων - κατασκευή εξαρτημάτων και σχεδίων με νέες διαστάσεις με βάση ένα σχέδιο που έχει σχεδιαστεί μια φορά (μοντέλο).
* δημιουργία εικονογραφήσεων επίδειξης και κινούμενων σχεδίων.
Το AutoDesk βελτιώνει το σύστημά του εδώ και αρκετά χρόνια - αυτή τη στιγμή υπάρχουν αρκετές εκδόσεις που διαφέρουν ως προς τη λειτουργικότητά τους. Όλα είναι συμβατά από κάτω προς τα πάνω, δηλ. Τα σχέδια που δημιουργήθηκαν σε προηγούμενες εκδόσεις υποβάλλονται σε επεξεργασία σε νεότερες εκδόσεις. Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες εκδόσεις τώρα είναι από 10 έως 14. Την τελευταία έκδοση του AutoCAD 2000.
Το KOMPAS 5 είναι ένα σύγχρονο προϊόν λογισμικού που λειτουργεί με λειτουργικό σύστημα Windows 95/98/NT.
Το σύστημα διαθέτει μια προσαρμόσιμη διεπαφή παραθύρου που συμμορφώνεται με τα πρότυπα των Windows και ελέγχεται χρησιμοποιώντας εντολές μενού κειμένου, πάνελ κουμπιών και μενού (δυναμικά) ευαίσθητα στο περιβάλλον. Ο σχεδιασμός της οθόνης, η σύνθεση των πλαισίων κουμπιών και τυχόν παράμετροι συστήματος μπορούν να διαμορφωθούν απευθείας κατά τη διάρκεια της συνεδρίας εργασίας. Ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει τα δικά του πάνελ κουμπιών, συμπεριλαμβανομένων των λειτουργιών σύνδεσης βιβλιοθηκών εφαρμογών ως εντολές.
Υποστηρίζεται η ταυτόχρονη εργασία με πολλά έγγραφα, καθώς και η εμφάνιση κάθε εγγράφου σε πολλά παράθυρα. Έχουν εφαρμοστεί διάφορες λειτουργίες δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας για τα ληφθέντα έγγραφα.
Η εκτύπωση των ανεπτυγμένων εγγράφων μπορεί να πραγματοποιηθεί σε οποιαδήποτε συσκευή (εκτυπωτές ή plotter) που υποστηρίζονται από τα Windows. Η ρεαλιστική εικόνα των εγγράφων σε λειτουργία προεπισκόπησης σάς επιτρέπει να τακτοποιείτε πολλά έγγραφα στο πεδίο εξόδου και να εκτυπώνετε ταυτόχρονα. Παρέχεται ευέλικτη διαμόρφωση όλων των παραμέτρων εκτύπωσης. Το σύστημα περιλαμβάνει ένα βοηθητικό πρόγραμμα για την ανάπτυξη των δικών σας προγραμμάτων οδήγησης για συσκευές εξόδου στυλό (πλότερ).
Το KOMPAS 5 υποστηρίζει την τεχνολογία OLE, η οποία σας επιτρέπει να εισάγετε έγγραφα KOMPAS σε οποιοδήποτε έγγραφο που είναι κοντέινερ OLE (για παράδειγμα, σε έγγραφο MS Word). Το αντικείμενο OLE που δημιουργήθηκε με αυτόν τον τρόπο μπορεί αργότερα να προβληθεί χρησιμοποιώντας το KOMPAS-Viewer ή να επεξεργαστεί χρησιμοποιώντας το KOMPAS. Εάν η σύνδεση με την πηγή διατηρείται κατά την εισαγωγή ενός αντικειμένου OLE, τότε όλες οι αλλαγές που έγιναν στην πηγή θα αντικατοπτρίζονται στο έγγραφο κοντέινερ.
Τα κύρια στοιχεία του KOMPAS 5 είναι το KOMPAS-GRAFIC - ένας επεξεργαστής τεκμηρίωσης σχεδιασμού και το KOMPAS-3D - ένα τρισδιάστατο σύστημα μοντελοποίησης στερεών.
Το πρόγραμμα επεξεργασίας γραφικών σας επιτρέπει να αναπτύξετε και να δημιουργήσετε διάφορα έγγραφα - σκίτσα, σχέδια, διαγράμματα, αφίσες κ.λπ. Το σύστημα παρέχει δύο τύπους γραφικών εγγράφων - σχέδια και θραύσματα. Το σχέδιο έχει ένα πλαίσιο και μια κύρια επιγραφή· σε αυτό μπορείτε να δημιουργήσετε έως και 255 προβολές (προβολές, ενότητες, ενότητες) με διαφορετικές κλίμακες εικόνας. Προδιαγραφές, τεχνικές απαιτήσεις και σημάδι απροσδιόριστης τραχύτητας μπορούν να τοποθετηθούν στο φύλλο σχεδίασης. Το απόσπασμα περιέχει μια εικόνα πλήρους μεγέθους χωρίς σχεδιαστικά στοιχεία (πλαίσια, τεχνικές απαιτήσεις κ.λπ.).
Οποιαδήποτε προβολή σχεδίου ή θραύσμα μπορεί να περιέχει έως και 255 επίπεδα, καθένα από τα οποία μπορεί να γίνει τρέχον ή μη επεξεργάσιμο ή αόρατο.
Εικ.1. Φόρμα οθόνης COMPASS.
Το KOMPAS-GRAPHIC σας επιτρέπει να εργάζεστε με όλους τους τύπους γραφικών πρωτόγονων που είναι απαραίτητοι για την εκτέλεση οποιασδήποτε κατασκευής. Αυτά περιλαμβάνουν σημεία, ευθείες γραμμές, τμήματα, κύκλους, ελλείψεις, τόξα κύκλων και ελλείψεις, πολύγωνα, πολύγραμμες, καμπύλες NURBS (συμπεριλαμβανομένων των καμπυλών Bezier). Διάφορες μέθοδοι και τρόποι κατασκευής αυτών των πρωτόγονων (για παράδειγμα, εντολές για τη δημιουργία λοξοτμήσεων, φιλέτα, ίσων αποστάσεων γραμμών, κατασκευή τμημάτων και κύκλων, εφαπτόμενες σε αντικείμενα κ.λπ.) απαλλάσσουν τον χρήστη από την ανάγκη να κάνει σύνθετες βοηθητικές κατασκευές. Για να επιταχύνετε την κατασκευή, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τοπικά συστήματα συντεταγμένων, ένα πλέγμα πολλαπλής κλίμακας και έναν μηχανισμό κουμπώματος αντικειμένων.
Διάλεξη 7. Αυτοματοποιημένα συστήματα μοντελοποίησης
Η πολυπλοκότητα των σύγχρονων αντικειμένων, που περιέχουν εκατοντάδες χιλιάδες και μερικές φορές εκατομμύρια εξαρτήματα, καθιστά τον σχεδιασμό τους χρησιμοποιώντας παραδοσιακές (χειροκίνητες) μεθόδους με την υποχρεωτική παραγωγή ενός μοντέλου σχεδόν αδύνατη.
Αυτός είναι ο λόγος που το ενδιαφέρον των προγραμματιστών ηλεκτρονικού εξοπλισμού για συστήματα σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή και τα υποσυστήματα μοντελοποίησης που περιλαμβάνονται σε αυτά έχει αυξηθεί απότομα.
Αυτό μπορεί να κριθεί από το ποσό των κεφαλαίων που επενδύθηκαν στην ανάπτυξή τους, το οποίο, σύμφωνα με ξένες εκτιμήσεις, υπερβαίνει τον ετήσιο κύκλο εργασιών ενός τέτοιου τέρατος όπως η Intel.
Τα τελευταία χρόνια, ακόμη και οι πιο συντηρητικοί προγραμματιστές υλικού αναγκάστηκαν να επανεξετάσουν τη στάση τους απέναντι στο CAD ως μεγάλα και ακριβά «παιχνίδια», έχοντας ανακαλύψει πολύ ισχυρά και αποτελεσματικά εργαλεία σε αυτά. Ιδιαίτερα ελκυστική είναι η ευκαιρία να αντικατασταθεί τελικά η τρέχουσα διάταξη με ένα μοντέλο προσομοίωσης και τα πειράματα πλήρους κλίμακας με μοντέλα. Προηγουμένως, είχαν σταματήσει από την έλλειψη αξιοπιστίας των πειραμάτων προσομοίωσης, αλλά τώρα όλα φαίνεται να είναι εντάξει.
Το CAD και το αναπόσπαστο μέρος του AFM μπορούν πλέον να κάνουν πολλά. Σας επιτρέπουν να ελέγξετε όχι μόνο τη σωστή λειτουργία της σχεδιασμένης συσκευής, αλλά και να μάθετε τα κύρια χαρακτηριστικά της, ξεκινώντας από τα πρώτα κιόλας βήματα, όταν εκπονούνται μόνο οι αρχιτεκτονικές λύσεις του μελλοντικού έργου.
Ο σύγχρονος ηλεκτρονικός εξοπλισμός AFM επιτρέπει:
§ Ελέγξτε τη σωστή λειτουργία της σχεδιασμένης συσκευής.
§ Μάθετε τις χρονικές καθυστερήσεις του και παρακολουθήστε τη συμμόρφωση με τις απαιτούμενες σχέσεις χρονισμού στο κύκλωμα.
§ πραγματοποιήστε μοντελοποίηση λαμβάνοντας υπόψη τα επιτρεπόμενα φορτία στις επαφές εξόδου.
§ ελέγξτε την επιτρεπόμενη απαγωγή ισχύος σε κάθε εξάρτημα.
Με άλλα λόγια, τα σύγχρονα SM καθιστούν δυνατό να ληφθούν υπόψη τέτοια «μικρά πράγματα» σε ένα έργο, εξαιτίας των οποίων το «σωστό» σχήμα για κάποιο λόγο αρνείται να εργαστεί σε πραγματικές συνθήκες και σε πραγματικό περιβάλλον.
Τα σύγχρονα επαγγελματικά συστήματα διαχείρισης έχουν τα ακόλουθα διακριτικά χαρακτηριστικά:
§ γραφικό περιβάλλον χρήστη που σας επιτρέπει να «σχεδιάζετε» το σχεδιασμένο κύκλωμα και τα διαγράμματα χρονισμού στις εισόδους του στην οθόνη της οθόνης.
§ περιβάλλον εργασίας διαδραστικής σχεδίασης - ένα κέλυφος ελέγχου, δηλαδή ένα ειδικό πρόγραμμα από το οποίο μπορείτε να εκτελέσετε όλα ή τα περισσότερα από τα άλλα προγράμματα του πακέτου χωρίς να καταφύγετε στις υπηρεσίες ενός τυπικού λειτουργικού συστήματος (για παράδειγμα, PCADSHL.EXE στο πακέτο PCAD)·
§ τα σύγχρονα συστήματα διαχείρισης υποστηρίζουν τον ιεραρχικό σχεδιασμό τόσο από πάνω προς τα κάτω όσο και από κάτω προς τα πάνω.
§ πολυεπίπεδη μοντελοποίηση και η μέθοδος τοπικής λεπτομέρειας του έργου, άρρηκτα συνδεδεμένη με τον ιεραρχικό σχεδιασμό.
§ επαφές και διαύλους πολλαπλών bit, που επιτρέπουν στα ανώτερα επίπεδα της ιεραρχίας να περιγράφουν πολύ συνοπτικά το έργο και να προσδιορίζουν αμέσως τη λειτουργικότητά του.
§ η παρουσία μεταεπεξεργαστών προσομοίωσης στο σύγχρονο CAD και AFM επιτρέπει όχι μόνο την προβολή των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης σε φιλική προς το χρήστη μορφή, αλλά και την επεξεργασία αυτών των αποτελεσμάτων, την αναζήτηση των απαραίτητων συμβάντων ή καταστάσεων στο κύκλωμα, τη μέτρηση των χρονικών διαστημάτων και την παρακολούθηση της συμμόρφωσης με το χρονοδιάγραμμα σχέσεις στο κύκλωμα?
§ τα σύγχρονα συστήματα διαχείρισης υποστηρίζουν τη μέθοδο σχεδιασμού της βιβλιοθήκης, δηλαδή περιέχουν τεράστιο αριθμό γραφικών και λειτουργικών περιγραφών στοιχείων. Επιπλέον, αυτές οι βιβλιοθήκες είναι ανοιχτές στην προσθήκη νέων περιγραφών σε αυτές, τις οποίες μπορεί να κάνει ο ίδιος ο χρήστης.
§ στο σύγχρονο SM, εφαρμόζεται ένας μηχανισμός συμβάντων για την προώθηση του χρόνου μοντέλου, με βάση την αρχή dz. Αυτό σημαίνει ότι ο χρόνος του μοντέλου προχωρά με βάση το πλησιέστερο συμβάν και όχι με βάση το επόμενο τικ.
§ η μοντελοποίηση εκτελείται λαμβάνοντας υπόψη τις καθυστερήσεις σε πραγματικό χρόνο που σχετίζονται με τη διάδοση των σημάτων εντός των στοιχείων. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορούν να ληφθούν υπόψη όχι μόνο οι μέσες καθυστερήσεις, αλλά και οι μέγιστες τιμές τους, καθώς και η χειρότερη περίπτωση με τη διάδοσή τους.
§ αυτόματη δημιουργία ενός μοντέλου ολόκληρου του κυκλώματος με βάση τη δομική του περιγραφή.
Για το σκοπό αυτό, κατασκευάζεται ένα δομικό μοντέλο του αντικειμένου ως συνδυασμός μοντέλων συμπεριφοράς των δομικών πρωτόγονων που απαρτίζουν το αντικείμενο. Μια ελκυστική πτυχή της μεθόδου σχεδιασμού της βιβλιοθήκης είναι ότι τα δομικά πρωτόγονα μπορούν να ανήκουν σε διαφορετικά ιεραρχικά επίπεδα. Αυτό βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της μοντελοποίησης.
Είναι σαφές ότι τα μοντέλα συμπεριφοράς πρέπει να αντικατοπτρίζουν με μεγάλη ακρίβεια τις χρονικές παραμέτρους του πρωτόγονου. Τα σύγχρονα SM επιτρέπουν την κατασκευή τέτοιων μοντέλων. Αυτό εξηγεί τη μεγάλη προσοχή που δίνεται στα πιο πολλά υποσχόμενα συστήματα CAD και MS, όπως τα PCAD, PSPICE (DesignLab), OrCAD, Active HDL και οι γλώσσες μοντελοποίησης PML, VERILOG και VHDL.
Η τυπική σύνθεση ενός επαγγελματικού συστήματος μοντελοποίησης (Εικ. 3) περιλαμβάνει γραφικό ή κείμενο γλώσσα περιγραφής αντικειμένου (NOO), με τη βοήθεια του οποίου ο χρήστης εισάγει ένα προσομοιωμένο κύκλωμα στο σύστημα. Για τη μοντελοποίηση συμβάντων, η περιγραφή ενός αντικειμένου παρουσιάζεται συνήθως σε μορφή πίνακα ή μετατρέπεται αυτόματα σε αυτό από την αρχική γραφική αναπαράσταση (στη λεγόμενη συνδεδεμένη λίστα).
Ο σχεδιασμός του κυκλώματος πραγματοποιείται με τη χρήση βασικών δομικών αρχέγονων, οι γραφικές και λειτουργικές περιγραφές των οποίων περιέχονται στις αντίστοιχες βιβλιοθήκες.
Μεταφραστής πυρηνικών όπλων (στο PCAD, για παράδειγμα, αυτό είναι το πρόγραμμα PC-NODES) μετατρέπει την αρχική περιγραφή του έργου σε μορφή κατάλληλη για μοντελοποίηση. Η προσομοίωση εκτελείται από ένα ειδικό πρόγραμμα που ονομάζεται πρόγραμμα ελέγχου προσομοίωσης ή εν συντομία σχεδιαστής (στο PCAD ένα τέτοιο πρόγραμμα ονομάζεται PC-LOGS). Οι ακόλουθες λειτουργίες συνήθως εκχωρούνται στον μοντελιστή:
§ αρχική εκκίνηση του προσομοιωμένου κυκλώματος.
§ ρύθμιση διαγραμμάτων χρονισμού στις εισόδους του κυκλώματος (σημειώστε ότι αυτή η λειτουργία μερικές φορές εκτελείται από ένα άλλο πρόγραμμα που ονομάζεται επεξεργαστής σημάτων εισόδου).
§ προώθηση του χρόνου μοντέλου σύμφωνα με την αρχή Dt ή dz και κατά τη μοντελοποίηση μικτών (αναλογικών-ψηφιακών) κυκλωμάτων, χρησιμοποιούνται και οι δύο αρχές ταυτόχρονα (Διάλεξη 6).
§ αυτόματη ή βήμα προς βήμα υλοποίηση πειραμάτων μοντέλων που σχεδιάζονται από τον χρήστη.
§ διατήρηση διαλόγου με τον χρήστη (ερωτήματα, διαγνωστικά μηνύματα, σφάλματα).
§ συσσώρευση και καταγραφή των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και παρουσίασή τους στην επιθυμητή μορφή (συνήθως με τη μορφή χρονικών διαγραμμάτων ή πινάκων).
Για να ορίσετε τα διαγράμματα χρονισμού των σημάτων εισόδου, το SM έχει συνήθως ένα ειδικό πρόγραμμα που σας επιτρέπει να σχεδιάζετε ή να επεξεργάζεστε σετ δοκιμών εισόδου σε μορφή γραφικού ή κειμένου. Ονομάζεται επεξεργαστής σήματος εισόδου, για παράδειγμα στο πακέτο DesignLab είναι το Stimulus Editor - ένα πρόγραμμα επεξεργασίας ερεθισμάτων που σας επιτρέπει να σχεδιάζετε διαγράμματα εξωτερικών επιρροών με το ποντίκι.
Για την έξοδο, την παρακολούθηση και την επεξεργασία των αποτελεσμάτων προσομοίωσης, χρησιμοποιείται ένα άλλο πρόγραμμα, που ονομάζεται μεταεπεξεργαστής προσομοίωσης (στο PCAD ονομάζεται POSTSIM). Συχνά επιπλέον προγράμματα συνδυάζονται με ένα κοινό όνομα: εργαλεία μοντελοποίησης . Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει κάποια άλλα προγράμματα, όπως έναν διαχειριστή ιεραρχίας, έναν διαχειριστή έργου, ένα πρόγραμμα ελέγχου ηλεκτρικού κυκλώματος, έναν βιβλιοθηκάριο, προγράμματα εντοπισμού σφαλμάτων μοντέλων συμπεριφοράς, προγράμματα αυτόματης δημιουργίας μακρομοντέλων, αναλυτές λογικής λογισμικού κ.λπ.
Τα σύγχρονα βιομηχανικά συστήματα διαχείρισης διαθέτουν επίσης εργαλεία για το σχεδιασμό μοντέλων συμπεριφοράς, συμπεριλαμβανομένων γλώσσες μοντελοποίησης λογικής (YALM) και αντίστοιχο Μεταγλωττιστές YALM .
Οι πληροφορίες σχετικά με το έργο αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων MS, οι οποίες χωρίζονται σε αναφορές και λειτουργικές. Το κέλυφος ελέγχου SM πραγματοποιεί κλήσεις προς τα απαραίτητα προγράμματα και κάνει την εργασία με το σύστημα βολική για τον χρήστη.
Έτσι, μπορεί να δηλωθεί ότι το AFM συνδυάζει τα μέσα για:
§ διαδραστική εισαγωγή του δομικού διαγράμματος του αντικειμένου που σχεδιάζεται ή μελετάται.
§ αυτόματη κατασκευή (γενιά) του μοντέλου της.
§ διαδραστική είσοδος διαγραμμάτων χρονισμού των σημάτων εισόδου, συμπεριλαμβανομένων απευθείας σε γραφική μορφή.
§ αυτόματη διεξαγωγή πειραμάτων προσομοίωσης με το κατασκευασμένο μοντέλο.
§ αυτοματοποιημένη ή διαδραστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης.
Μία από τις πιο αδύναμες πτυχές της μοντελοποίησης είναι η αδυναμία προσομοίωσης της λειτουργίας ενός αντικειμένου σε πραγματικό χρόνο, δηλαδή, η διατήρηση του ρυθμού με τον οποίο συμβαίνουν οι διεργασίες στο προσομοιωμένο αντικείμενο. Τα παραπάνω ισχύουν, πρώτα απ' όλα, για υπολογιστικά συστήματα με τις τρελές ταχύτητες λειτουργίας τους. Για παράδειγμα, για την προσομοίωση της λειτουργίας του μικροεπεξεργαστή MP8086 σε χρονικό διάστημα 100 ns, απαιτείται ένα δευτερόλεπτο χρόνου του επεξεργαστή υπολογιστή με ταχύτητα 1 MIPS.
Ο λόγος των ονομαζόμενων χρόνων ονομάζεται αποδοτικότητα μοντελοποίησης και για αυτό το παράδειγμα η τιμή είναι:
Η χαμηλή απόδοση της μοντελοποίησης οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην αδυναμία επαρκούς προσομοίωσης παράλληλων διεργασιών σε συστήματα υπολογιστών ενός επεξεργαστή. Τέτοιες διεργασίες πρέπει να μοντελοποιούνται σχεδόν παράλληλες (Διάλεξη 6), επεξεργάζοντας ταυτόχρονα συμβάντα το ένα μετά το άλλο ενώ ο χρόνος του μοντέλου σταματά (παγώνει).
Αυτός ο χρόνος παραμένει σταθερός έως ότου υποβληθούν σε επεξεργασία όλα τα ταυτόχρονα (πολλαπλά) συμβάντα που συνδέονται με το τρέχον χρονικό σημείο. Μετά από αυτό, ο χρόνος του μοντέλου ξαναζωντανεύει και αρχίζει να κινείται περαιτέρω σε βήματα ίσου μήκους (αρχή Dt - δεξιόστροφη προσομοίωση ) ή άλματα σε άνισα άλματα από το τρέχον γεγονός στο εγγύς μέλλον (αρχή dz - μοντελοποίηση εκδηλώσεων ).
Για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της μοντελοποίησης, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μέθοδοι:
n μοντελοποίηση υψηλού επιπέδου.
n υπολογιστές πολλαπλών επεξεργαστών.
n μηχανισμός συμβάντων για την προώθηση του χρόνου μοντέλου.
n πολυεπίπεδη μοντελοποίηση.
n μέθοδο τοπικής λεπτομέρειας του έργου.
n μοντελοποίηση δικτύου.
n μέθοδος συγκεντρωτικής μοντελοποίησης (αντί για ερμηνευτική).
n επιταχυντές προσομοίωσης υλικού.
Οι μέθοδοι που αναφέρονται παραπάνω για την αύξηση της αποτελεσματικότητας της μοντελοποίησης υποδεικνύουν ότι το AFM μπορεί να είναι όχι μόνο ένα λογισμικό, αλλά και ένα σύμπλεγμα υλικού-λογισμικού. Στην τελευταία περίπτωση, εκτός από το πακέτο λογισμικού, περιλαμβάνει επίσης εξειδικευμένο εξοπλισμό, ιδίως εγκαταστάσεις υπολογιστών πολλαπλών επεξεργαστών ή/και επιταχυντές προσομοίωσης υλικού.
Τέτοιοι επιταχυντές χρησιμοποιούνται επίσης σε άλλες εργασίες, για παράδειγμα, επιταχυντές γραφικών εγκαθίστανται σε κάρτες γραφικών ή εξειδικευμένους αριθμητικούς συνεπεξεργαστές, οι οποίοι μέχρι πρόσφατα τοποθετούνταν σε μητρικές πλακέτες υπολογιστή για να επιταχύνουν τις λειτουργίες κινητής υποδιαστολής.
Σύντομη επισκόπηση των σύγχρονων CAD και AFM
Σε αυτήν την ανασκόπηση δεν θα θίξουμε CAD και AFM, που στοχεύουν σε «μεγάλες μηχανές». Ας εξετάσουμε μόνο συστήματα που είναι εγκατεστημένα σε προσωπικούς υπολογιστές.
Δεν είναι τυχαίο ότι ξεκινάμε την κριτική μας με αυτό το πακέτο. Το PCAD είναι ένα από τα πρώτα (αν όχι το πρώτο) ολοκληρωμένα συστήματα σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή που εμφανίζονται στην αγορά συστημάτων CAD. Η λέξη "από άκρο σε άκρο" σημαίνει ότι ένα τέτοιο σύστημα σάς επιτρέπει να αυτοματοποιείτε όλα τα στάδια του σχεδιασμού υλικού, από τη δημιουργία και τον έλεγχο της ορθότητας του αναπτυγμένου κυκλώματος έως την τοποθέτηση της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος και τη δημιουργία πληροφοριών ελέγχου για τον εκτελεστικό εξοπλισμό.
Το πακέτο κληρονόμησε το όνομά του Personal Computer Aided Design (PCAD για συντομία) από το όνομα της εταιρείας που το ανέπτυξε - Personal CAD Systems. Για πολύ καιρό, η PCAD παρέμεινε ηγέτης στην κατηγορία παρόμοιων προϊόντων λογισμικού και αν δεν υπήρχε η συχνή αλλαγή ιδιοκτήτη, τότε ίσως ακόμη και τώρα δεν θα είχε χάσει την ηγετική της θέση.
Όμως η μοίρα αποφάσισε διαφορετικά. Οι πρώτες εκδόσεις αυτού του προϊόντος 1.0, 2.0 και 3.0, που δημιουργήθηκαν από την επώνυμη εταιρεία το 1985 - 1987, δεν έτυχαν αξιοσημείωτης προσοχής στη χώρα μας.
Το 1988, τα δικαιώματα του PCAD αποκτήθηκαν από την CADAM Company, η οποία κυκλοφόρησε την έκδοση PCAD 4.5, η οποία στη συνέχεια κέρδισε μεγάλη δημοτικότητα στη Σοβιετική Ένωση. Ρωσοποιήθηκε, δημιουργήθηκαν εκτενείς βιβλιοθήκες γραφικών περιγραφών οικιακών εξαρτημάτων και, το πιο σημαντικό, επιλύθηκαν τα προβλήματα πρόσβασης στον οικιακό τεχνολογικό εξοπλισμό - φωτογράφοι και αυτόματες μηχανές γεώτρησης.
Χάρη σε αυτά τα επιτεύγματα, το PCAD 4.5 εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε επιχειρήσεις της ρωσικής βιομηχανίας ηλεκτρονικών.
Το 1992, η PCAD άλλαξε ξανά ιδιοκτήτη, τώρα ανήκει στην ALTIUM, η οποία αποφάσισε σοβαρές καινοτομίες. Κυκλοφόρησε το PCAD 6.0, το οποίο εισήγαγε την αριθμητική κινητής υποδιαστολής. Χάρη σε αυτό, η ανάλυση των επεξεργαστών γραφικών αυξήθηκε κατά δύο τάξεις μεγέθους και πολλά προβλήματα που σχετίζονται με τη διάταξη των πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων εξαλείφθηκαν.
Η ALTIUM πήρε μια δύσκολη απόφαση. Αποφάσισε να αλλάξει τις μορφές των βιβλιοθηκών γραφικών και μετακινήθηκε από τις μορφές περιγραφής δεδομένων 16 σε 32 bit. Για να μην χαθούν όλες οι βιβλιοθήκες γραφικών περιγραφών που δημιουργήθηκαν για προηγούμενες εκδόσεις, η εταιρεία ανέπτυξε ένα ειδικό πρόγραμμα που μετατρέπει τις παλιές βιβλιοθήκες στη νέα μορφή.
Ωστόσο, ούτε αυτή ούτε οι επόμενες εκδόσεις DOS του PCAD (PCAD 7.0, PCAD 8.0, PCAD 8.5) κέρδισαν μεγάλη αγάπη από τους εγχώριους προγραμματιστές υλικού. Η παλιά αγάπη για το PCAD 4.5 αποδείχθηκε ισχυρότερη από τα νέα χαρακτηριστικά.
Είναι απαραίτητο να αναφέρουμε ένα ακόμη χαρακτηριστικό των νεότερων εκδόσεων του PCAD. Το υποσύστημα μοντελοποίησης αφαιρέθηκε από αυτά και το πακέτο έπαψε να είναι ένα σύστημα CAD από άκρο σε άκρο.
Τα τελευταία χρόνια (ακριβέστερα, από το 1995), κάτοχος του πακέτου PCAD είναι η ACCEL Technologies, η οποία σταμάτησε τη μάλλον βαρετή σειρά των εκδόσεων DOS αυτού του προϊόντος και μεταπήδησε στην πλατφόρμα εφαρμογών Windows.
Το τελευταίο της πνευματικό τέκνο ACCEL EDA 14.0, ακόμη και στο ίδιο το όνομα, δεν αντικατοπτρίζει τη σύνδεση με το πρώην PCAD. Ωστόσο, το νέο προϊόν διατηρεί την ιδεολογία των προηγούμενων εκδόσεων του PCAD, έτσι ώστε οι προγραμματιστές υλικού να μην χρειάζεται να το ξαναμάθουν.
Η ACCEL Technologies έκανε άλλη μια προσπάθεια να ανακτήσει την τόσο παράλογα χαμένη θέση της ως ηγέτης στον τομέα των συστημάτων CAD για προσωπικούς υπολογιστές. Σε κάθε περίπτωση, έχοντας δημιουργήσει μια καυτή σύνδεση με το σύστημα μοντελοποίησης Dr. Το Spice 2000 A/D 8.2 από την Deutsch Research επανέφερε το ACCEL EDA 14.0 στην προηγούμενη κατάστασή του ως σύστημα σχεδίασης από άκρο σε άκρο.
Πρέπει να πούμε ότι η ACCEL Technologies έχει καταστήσει τη χρήση «ξένων» προγραμμάτων στρατηγική γραμμή συμπεριφοράς της. Ομοίως, συνέδεσε το λογισμικό αυτόματης τοποθέτησης και αυτόματης δρομολόγησης SPECCTRA 7.1 του Cadence στο σύστημά της. Αυτό είναι ένα από τα πιο ισχυρά και αποτελεσματικά προγράμματα που χρησιμοποιεί τους πιο πρόσφατους αλγόριθμους δρομολόγησης PCB χωρίς πλέγμα.
PSpice (Κέντρο σχεδίασης, DesignLab)
Η συντομογραφία PSpice σημαίνει: Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (πρόγραμμα προσομοίωσης με έμφαση στα ολοκληρωμένα κυκλώματα).
Σε αντίθεση με το PCAD, αυτό το σύστημα CAD παρέμεινε πιστό στον ιδιοκτήτη του. Όλα ξεκίνησαν με την ανάπτυξη στα τέλη της δεκαετίας του 1970 στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια
Πρόγραμμα μοντελοποίησης κυκλώματος (Berkeley) SPICE 2. Η γλώσσα περιγραφής του κυκλώματος εισόδου αποδείχθηκε τόσο επιτυχημένη που καθόρισε το ανεπίσημο πρότυπο για την περιγραφή του ηλεκτρονικού εξοπλισμού για πολλά χρόνια.
Οι μορφές και τα μοντέλα που υιοθετούνται σε αυτό χρησιμοποιούνται τώρα σε πολλά προγράμματα για παρόμοιους σκοπούς και οι λίστες δικτύου κυκλωμάτων σε μορφή SPICE χρησιμοποιούνται σε πολλά σύγχρονα πακέτα, για παράδειγμα, Micro-Cap, Dr. Spice, OrCAD, ACCEL EDA, ViewLogic και πολλά άλλα.
Η συντομογραφία PSpice σημαίνει: Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis.
Η πρώτη έκδοση του προγράμματος PSpice στην πλατφόρμα υπολογιστή δημιουργήθηκε το 1984 από την MicroSim Corporation. Αυτή και οι επόμενες εκδόσεις χρησιμοποιούν τους ίδιους αλγόριθμους με το SPICE, την ίδια μορφή για την αναπαράσταση δεδομένων εισόδου και εξόδου. Σημειώστε ότι η πρώτη έκδοση του PSpice προσομοίωσε μόνο αναλογικά κυκλώματα.
Το 1989 κυκλοφόρησε το PSpice 4.0, επιτρέποντας την προσομοίωση μικτών αναλογικών-ψηφιακών κυκλωμάτων. Το επόμενο έτος, εμφανίστηκε η πέμπτη έκδοση αυτού του προγράμματος. Σε αντίθεση με όλες τις προηγούμενες εκδόσεις, σας επέτρεψε να εισάγετε ένα διάγραμμα όχι μόνο σε κείμενο, αλλά και σε γραφική μορφή. Επιπλέον, η MicroSim κυκλοφόρησε μια έκδοση που τρέχει σε Windows.
Από το 1994, με βάση τα αναπτυγμένα προγράμματα μοντελοποίησης, η MicroSim άρχισε να παράγει το CAD Design Center (εκδόσεις 6.0, 6.1, 6.2, 6.3), το οποίο περιελάμβανε επιπλέον προγράμματα τεχνικού σχεδιασμού, ειδικότερα, τον ήδη γνωστό σε εμάς αυτόματο δρομολογητή SPECCTRA.
Το 1996, έγινε άλλη μια αλλαγή στο όνομα του συστήματος. Η νέα έκδοση 7.1 ονομάζεται DesignLab. Το 1997, η τελευταία έκδοση εμφανίστηκε με αυτό το όνομα, DesignLab 8. Λέμε «τελευταία» γιατί μετά την κυκλοφορία της, η MicroSim Corporation συγχωνεύτηκε με ένα άλλο τέρας στον τομέα της ανάπτυξης προϊόντων CAD - το OrCAD. Η συγχωνευθείσα εταιρεία ονομάστηκε OrCAD, αλλά το εμπορικό σήμα MicroSim διατηρήθηκε. Η καθιερωμένη εταιρεία έχει ήδη ανακοινώσει την ανάπτυξη ενός νέου συστήματος CAD - OrCAD 9.0.
Ας σημειώσουμε αμέσως ότι το VHDL δεν είναι CAD ή AFM, αλλά μια γλώσσα περιγραφής υλικού, η οποία υποστηρίζεται αυτή τη στιγμή από πολλά συστήματα μοντελοποίησης, όπως GMVHDL, Active HDL, Accolade Peak VHDL, OrCAD κ.λπ. Το ιστορικό της εμφάνισης και ανάπτυξης του αυτή η γλώσσα σε πολλές σχέσεις είναι ενδεικτική.
Η γλώσσα VHDL δεν εμφανίστηκε από το πουθενά. Μπορείτε να δώσετε μια αρκετά μεγάλη λίστα γλωσσών για την περιγραφή και τη μοντελοποίηση ψηφιακών συσκευών, για παράδειγμα FOROS, OSS-2, DDL, HSL, κ.λπ., οι οποίες φαινόταν ότι προορίζονταν για τους ίδιους σκοπούς. Ωστόσο, όλοι υπέφεραν από ένα μειονέκτημα - κατά τη μοντελοποίηση της λειτουργίας ενός αντικειμένου, δεν είχαν αναπτύξει μέσα για την περιγραφή και τον έλεγχο των σχέσεων χρονισμού στον ψηφιακό εξοπλισμό (DA).
Αυτό ήταν ιδιαίτερα έντονο κατά την ανάπτυξη ολοκληρωμένων κυκλωμάτων εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας (VHSIC - Πολύ Υψηλής Ταχύτητας Ενσωματωμένα Κυκλώματα). Το κύκλωμα λειτουργεί σωστά σε μέτριες συχνότητες. Αλλά σε υψηλές συχνότητες συγχρονισμού, εμφανίζονται αστοχίες και η απόδοση του κέντρου ελέγχου είναι μειωμένη. Δεν ήταν δυνατό να εντοπιστούν αυτές οι περιοριστικές συχνότητες για τον εξοπλισμό με μοντελοποίηση στις γλώσσες που υπάρχουν ακόμα.
Το Στρατιωτικό Υπουργείο των ΗΠΑ, το οποίο χρηματοδότησε το πρόγραμμα VHSIC για την ανάπτυξη IC εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας, αποφάσισε να χρηματοδοτήσει την ανάπτυξη μιας τέτοιας γλώσσας το 1983. Ονομάστηκε VHDL (Vhsic Hardware Description Language) - μια γλώσσα περιγραφής υλικού που βασίζεται σε ολοκληρωμένα κυκλώματα εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας.
Η ανάπτυξη του VHDL υποστηρίχθηκε από το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE), και στα τέλη του 1987 η γλώσσα υιοθετήθηκε ως πρότυπο (IEEE Standard 1076).
Η τελική έκδοση της γλώσσας VHDL (1993) περιλάμβανε προτάσεις και συστάσεις από πολλούς γνωστούς ειδικούς στον τομέα της τεχνολογίας υπολογιστών και κορυφαίες εταιρείες που ασχολούνται με την ανάπτυξη ηλεκτρονικού εξοπλισμού CAD. Επομένως, το VHDL μπορεί να ειπωθεί ότι αντικατοπτρίζει μια γενική συναίνεση σχετικά με τα χαρακτηριστικά που πρέπει να έχει μια αποτελεσματική τυπική γλώσσα περιγραφής υλικού.
Η γλώσσα VHDL έχει μια ανεπτυγμένη γενική αλγοριθμική βάση, δανεισμένη από τη γλώσσα προγραμματισμού PASCAL. Περιέχει προσεκτικά αναπτυγμένες κατασκευές για συμπεριφορική (λειτουργική) και δομική αναπαράσταση, καθώς και εργαλεία για την τεκμηρίωση σχεδίων.
Οι περιγραφές υψηλού επιπέδου μπορούν να συνδυαστούν με διαγράμματα κυκλωμάτων χαμηλού επιπέδου. Με άλλα λόγια, είναι μια γλώσσα πολλαπλών επιπέδων που υποστηρίζει ιεραρχικό σχεδιασμό.
Η γλώσσα διαθέτει εργαλεία για την περιγραφή διεργασιών που συμβαίνουν με την πάροδο του χρόνου και για τον καθορισμό χρονικών καθυστερήσεων σε στοιχεία. Με τη βοήθειά του, μπορείτε να περιγράψετε τα διαγράμματα χρονισμού στις εισόδους του προσομοιωμένου κυκλώματος και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μεμονωμένων συσκευών μέσω του διαύλου συστήματος.
Το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ έχει υποχρεώσει τους προμηθευτές του IC να παρέχουν μοντέλα VHDL και φορείς VHDL δοκιμάζοντας τα ως μέρος της τεκμηρίωσης για νέα προϊόντα.
Το ενδιαφέρον για τη γλώσσα VHDL είναι τεράστιο. Η ομάδα χρηστών VHDL έχει δημιουργηθεί στις ΗΠΑ και η ομάδα VHDL FORUM έχει δημιουργηθεί στην Ευρώπη, οι οποίοι συμμετέχουν στην υλοποίηση αυτής της γλώσσας. Παρόμοια ένωση υπήρχε και στην πρώην ΕΣΣΔ.
Με την εισαγωγή του VHDL, οι σχεδιαστές υλικού μπορούν να «πειραματίσουν» τις ιδέες σχεδιασμού ψηφιακού υλικού σε αρχιτεκτονικό επίπεδο στους υπολογιστές τους και να δουν αμέσως τα αποτελέσματα των πειραμάτων τους.
Δεν χρειάζεται πλέον να περιμένουν έως ότου τα σχέδιά τους αναλυθούν μέχρι το επίπεδο της λογικής πύλης για να μπορέσουν να αξιολογήσουν τις ιδέες τους στην πράξη. Δεν θα χρειάζεται πλέον να περιμένουν μέχρι να είναι πολύ αργά για να επιστρέψουν για να κάνουν θεμελιώδεις αλλαγές στη συνολική αρχιτεκτονική του έργου χωρίς τεράστια απώλεια χρόνου και χρημάτων. Τώρα, η εισαγωγή ακόμη και μεγάλων αλλαγών στο έργο θα έχει μικρό αντίκτυπο στο κόστος και στο χρόνο προετοιμασίας της παραγωγής.
Σε αντίθεση με άλλες γλώσσες περιγραφής υλικού και μοντελοποίησης, η VHDL δεν επιβάλλει συγκεκριμένη μέθοδο σχεδίασης στον προγραμματιστή. Είναι ελεύθερος να επιλέξει οποιαδήποτε μέθοδο σχεδίασης χρησιμοποιώντας τόσο συμπεριφορικές όσο και δομικές αναπαραστάσεις εξαρτημάτων, είτε σχεδίαση από κάτω προς τα πάνω είτε από πάνω προς τα κάτω, είτε συνδυασμό αυτών.
Η γλώσσα VHDL σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε πρώτα μια αφηρημένη περιγραφή των λειτουργιών και στη συνέχεια (καθώς προχωρά το έργο) να πραγματοποιήσετε τη λεπτομέρειά τους, μέχρι τη στιγμή που οι δομικές λύσεις για αυτές γίνονται σαφείς. Άλλες γλώσσες δεν μπορούν να καυχηθούν με τόσο μεγάλες δυνατότητες.
Τα συστήματα προσομοίωσης που υποστηρίζουν VHDL περιλαμβάνουν συνήθως έναν μεταγλωττιστή VHDL, έναν εντοπισμό σφαλμάτων πηγαίου κώδικα και μια διαδραστική μηχανή ψηφιακής προσομοίωσης. Ορισμένα ACM περιλαμβάνουν επιπλέον έναν επεξεργαστή κυκλώματος ή είναι ενσωματωμένα με άλλα συστήματα CAD που διαθέτουν τέτοιο πρόγραμμα επεξεργασίας. Για παράδειγμα, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα διάγραμμα κυκλώματος στο πακέτο OrCAD και ένα ειδικό πρόγραμμα μετατρέπει την περιγραφή γραφικών σε κώδικα VHDL.
Ένα από τα πιο σύγχρονα συστήματα μοντελοποίησης στη γλώσσα VHDL, που αναπτύχθηκε από την ALDEC Corporation, ονομάζεται Active HDL 3.6. Για μια αρχική γνωριμία με τη γλώσσα VHDL, μπορούμε να προτείνουμε το «παιχνίδι» AFM που δημιουργήθηκε από την Green Mountain Computing Systems. Ονομάζεται GMVHDL, εκτελείται υπό DOS και καταλαμβάνει μόνο περίπου 1 Mb μνήμης δίσκου.
Κουτί 1
Ένα σύστημα μοντελοποίησης είναι ένα σύνολο εργαλείων γλώσσας και λογισμικού που περιλαμβάνει... (βλ. Τεχνολογία μοντελοποίησης συστήματος, σελ. 332).
Συνέβη να συμβεί, να συμβεί
Για να συνδέσετε μια νέα βιβλιοθήκη γραφικών (βιβλιοθήκη συμβόλων) στον επεξεργαστή κυκλώματος, ενεργοποιήστε την εντολή Επιλογές -> Διαμόρφωση Επεξεργαστή
Για να συνδέσετε βιβλιοθήκες με μαθηματικά (λειτουργικά) μοντέλα στο κέλυφος ελέγχου (επεξεργαστής κυκλώματος), ενεργοποιήστε την εντολή Analysis -> Library and Include Files
1. Πακέτα εφαρμογών CAD
2. Συστήματα SCADA
3. Genie Data Acquisition and Control Application Development Environment
1. Πακέτα εφαρμογών CAD
Το CAD είναι ένα αναγνωρισμένο πεδίο εφαρμογής της τεχνολογίας των υπολογιστών. Ο υπολογιστής μπορεί να παρέχει στους σχεδιαστές και τους τεχνολόγους μια πλήρη γκάμα δυνατοτήτων CAD και, απαλλάσσοντάς τους από τη συνήθη εργασία, να τους δώσει την ευκαιρία να ασχοληθούν με τη δημιουργικότητα, η οποία αυξάνει δραματικά την παραγωγικότητα.
Η προσέγγιση του CAD στον σχεδιαστή κατέστησε δυνατή τη δραματική αύξηση της παραγωγικότητας των ίδιων των συστημάτων CAD, η εξάπλωση των οποίων παρεμποδίστηκε από τη δυσκολία αλγορίθμου σχεδιασμού. Πράγματι, είναι αδύνατο να «ανατεθεί» ένας προγραμματιστής σε κάθε σχεδιαστή. Αυτή η αντίφαση μπορεί να εξαλειφθεί μόνο με την ευρεία χρήση λογισμικού εφαρμογών που «επικοινωνεί» με τον σχεδιαστή σε μια «φυσική» γλώσσα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό δεν ισχύει μόνο για τα γραφικά υπολογιστών. Σχεδόν όλο το σύγχρονο λογισμικό εστιάζει στον χρήστη, επικοινωνώντας μαζί του με φιλικό τρόπο που αυτός κατανοεί και δίνοντάς του απόλυτη ελευθερία δράσης. Μια τέτοια «επικοινωνία» μεταξύ ενός ατόμου και ενός υπολογιστή είναι δυνατή μόνο σε διαδραστική λειτουργία (διαλόγου), όταν ο χρήστης βλέπει αμέσως το αποτέλεσμα των ενεργειών του στην οθόνη. Τα συστήματα CAD επικεντρώνονται επίσης στην εργασία σε διαδραστική λειτουργία, παρέχοντας στον σχεδιαστή γρήγορη πρόσβαση σε πληροφορίες γραφικών, μια απλή και αποτελεσματική γλώσσα για τον έλεγχο της επεξεργασίας τους με σχεδόν απεριόριστες δυνατότητες ελέγχου των αποτελεσμάτων. Πρώτα απ 'όλα, αυτό ισχύει για τον γραφικό διάλογο, αφού είναι τα γραφικά (σχέδια, διαγράμματα, διαγράμματα κ.λπ.), ως ο πιο αποτελεσματικός τρόπος παρουσίασης πληροφοριών, που κατέχει προνομιακή θέση στο CAD. Έτσι, είναι δυνατό να αυτοματοποιηθεί το πιο εντατικό μέρος της εργασίας - σύμφωνα με ειδικούς από γραφεία σχεδιασμού, στη διαδικασία του παραδοσιακού σχεδιασμού, η ανάπτυξη και η εκτέλεση σχεδίων αντιπροσωπεύει περίπου το 70% του συνολικού κόστους εργασίας των εργασιών σχεδιασμού (15% για την οργάνωση και τη διατήρηση αρχείων και 15% για τον πραγματικό σχεδιασμό, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης σχεδιασμού, υπολογισμών, συντονισμού με σχετικούς τομείς κ.λπ.).
Πολλά σύγχρονα συστήματα λογισμικού που επικεντρώνονται στο σχεδιασμό βιομηχανικών προϊόντων διαθέτουν ένα αρκετά μεγάλο οπλοστάσιο δυνατοτήτων διαδραστικών γραφικών, παρέχοντας τη δυνατότητα δημιουργίας και επεξεργασίας δισδιάστατων εικόνων που αποτελούνται από προβολές προϊόντων, σκίαση, διαστάσεις κ.λπ., καθώς και το σχηματισμό ρεαλιστικές τρισδιάστατες εικόνες σχεδιασμένων προϊόντων, κατασκευασμένες από τα αρχικά δεδομένα σχεδίασης με αφαίρεση αόρατων γραμμών, λαμβάνοντας υπόψη διάφορες μεθόδους φωτισμού, ρύθμιση παραμέτρων δομής επιφάνειας κ.λπ. Ταυτόχρονα, τα συστήματα CAD παρέχουν προηγουμένως ανέφικτες δυνατότητες. Στην πραγματικότητα, ο σχεδιαστής βρίσκεται σε ένα νέο περιβάλλον - το περιβάλλον των γραφικών υπολογιστών. Και η ποιότητα ενός πακέτου CAD καθορίζεται σχεδόν κατά κύριο λόγο από το πόσο δύσκολο είναι για έναν σχεδιαστή να μεταβεί σε μια νέα τεχνολογία όταν χρησιμοποιεί ένα συγκεκριμένο πακέτο.
Επί του παρόντος, υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός συστημάτων CAD ποικίλης πολυπλοκότητας και σκοπού. Προφανώς, ο χρήστης θα επιλέξει ένα σύστημα εξισορροπώντας την ανάγκη για δυνατότητες γραφικών με το κόστος του συστήματος και του υλικού που έχει τις απαιτούμενες δυνατότητες. Για παράδειγμα, το κόστος ενός σταθμού εργασίας Apollo ή SAN, που έχει όλες τις δυνατότητες που μπορεί κανείς να φανταστεί σήμερα, είναι σημαντικά υψηλότερο από το κόστος οποιουδήποτε συμβατικού υπολογιστή - είναι απλώς μια διαφορετική κατηγορία μηχανημάτων. Οι περισσότερες εργασίες σχεδίασης και σχεδίασης απαιτούν πιο μέτριες, αλλά ακόμα αρκετά ευρείες δυνατότητες, και ένας αριθμός συστημάτων μπορεί να τις ικανοποιήσει.
Μεταξύ των συστημάτων μικρής και μεσαίας κατηγορίας στον κόσμο, το πιο δημοφιλές είναι το σύστημα AutoCad της AutoDesk, καθώς και τα συστήματα Pcad, OrCAD (ανάπτυξη και μοντελοποίηση ηλεκτρονικών συσκευών, κυρίως πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων), ArchiCAD (αρχιτεκτονική), Βάση, Compass, SolidWorks "(μηχανική), καθένα από τα οποία έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και την προτιμώμενη περιοχή εφαρμογής.
Το AutoDesk είναι ένας από τους αναγνωρισμένους ηγέτες στον τομέα της ανάπτυξης CAD και το πακέτο AutoCad που δημιούργησε είναι ένα από τα καλύτερα. Πρόκειται για ένα σύνθετο και διακλαδισμένο σύστημα στη δομή του, το οποίο ταυτόχρονα ελέγχεται εύκολα χρησιμοποιώντας απλές και σαφείς εντολές. Αυτό το σύστημα παρέχει στον χρήστη του υπολογιστή δυνατότητες που προηγουμένως ήταν διαθέσιμες μόνο σε μεγάλα και ακριβά υπολογιστικά συστήματα. Το AutoCad διαθέτει ένα αποτελεσματικό σύστημα διαλόγου με τον χρήστη χρησιμοποιώντας πολλά μενού. Η χρήση στρώσεων παρέχει επίσης πρόσθετη ευκολία στον σχεδιαστή, επιτρέποντας, κατά την επικάλυψη στρώσεων με εικόνες μεμονωμένων εξαρτημάτων που σχεδιάζονται πάνω τους, να ελέγχει τη συμβατότητά τους στη συνολική διάταξη, καθώς και να διατηρεί "σε αποθεματικό" οποιονδήποτε αριθμό διαφορετικών επιλογών εξαρτημάτων και, ενεργοποιώντας ή απενεργοποιώντας τα επίπεδα, εισάγετέ τα επιλεκτικά στη γενική διάταξη. Τα ολοκληρωμένα σχέδια μπορούν να αποθηκευτούν ως ένα σύνολο διαφανειών με δυνατότητα αυτόματης προβολής τους και η διαθεσιμότητα μεγάλου αριθμού χρωμάτων κάνει την εργασία με ένα τέτοιο σύστημα αισθητικά ευχάριστη.
Το AutoCad είναι ένα παγκόσμιο πακέτο γραφικών σχεδιασμένο για κάθε ειδικό που εργάζεται με τεχνικά γραφικά. Το AutoDesk, εστιάζοντας στο ευρύτερο φάσμα χρηστών, έχει συμπεριλάβει στο πακέτο πλούσιες δυνατότητες προσαρμογής σε οποιοδήποτε θέμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το AutoCad έχει κερδίσει μεγάλη δημοτικότητα και συνεχίζει να διατηρεί τη θέση του στην παγκόσμια αγορά.
Εκτός από την αυτοματοποίηση της πραγματικής σχεδίασης και της γραφικής εργασίας, το AutoCad με τις επεκτάσεις του (AutoShade, AutoFlix, 3D-STUDIO, κ.λπ.) παρέχει τις ακόλουθες δυνατότητες:
γραφική μοντελοποίηση, δηλ. χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή σε CAD ως ένα ισχυρό υπολογιστικό εργαλείο που σας επιτρέπει να εργάζεστε με πολύπλοκα χωρικά μοντέλα χωρίς ειδικές δεξιότητες προγραμματισμού.
δημιουργία και συντήρηση βάσης δεδομένων πληροφοριών (αρχείου) σχεδίων·
δημιουργία μιας βιβλιοθήκης τυπικών στοιχείων σχεδίασης που σχετίζονται με μια συγκεκριμένη θεματική περιοχή προκειμένου να δημιουργηθούν νέα σχέδια από στοιχεία που έχουν δημιουργηθεί προηγουμένως.
παραμετροποίηση σχεδίων - κατασκευή εξαρτημάτων και σχεδίων με νέες διαστάσεις με βάση ένα σχέδιο που έχει σχεδιαστεί μια φορά (μοντέλο).
δημιουργία εικονογραφήσεων επίδειξης και κινούμενων σχεδίων.
Το AutoDesk βελτιώνει το σύστημά του εδώ και αρκετά χρόνια - αυτή τη στιγμή υπάρχουν αρκετές εκδόσεις που διαφέρουν ως προς τη λειτουργικότητά τους. Όλα είναι συμβατά από κάτω προς τα πάνω, δηλ. Τα σχέδια που δημιουργήθηκαν σε προηγούμενες εκδόσεις υποβάλλονται σε επεξεργασία σε νεότερες εκδόσεις. Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες εκδόσεις τώρα είναι από 10 έως 14. Την τελευταία έκδοση του AutoCAD 2000.
Το KOMPAS 5 είναι ένα σύγχρονο προϊόν λογισμικού που λειτουργεί με λειτουργικό σύστημα Windows 95/98/NT.
Το σύστημα διαθέτει μια προσαρμόσιμη διεπαφή παραθύρου που συμμορφώνεται με τα πρότυπα των Windows και ελέγχεται χρησιμοποιώντας εντολές μενού κειμένου, πάνελ κουμπιών και μενού (δυναμικά) ευαίσθητα στο περιβάλλον. Ο σχεδιασμός της οθόνης, η σύνθεση των πλαισίων κουμπιών και τυχόν παράμετροι συστήματος μπορούν να διαμορφωθούν απευθείας κατά τη διάρκεια της συνεδρίας εργασίας. Ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει τα δικά του πάνελ κουμπιών, συμπεριλαμβανομένων των λειτουργιών σύνδεσης βιβλιοθηκών εφαρμογών ως εντολές.
Υποστηρίζεται η ταυτόχρονη εργασία με πολλά έγγραφα, καθώς και η εμφάνιση κάθε εγγράφου σε πολλά παράθυρα. Έχουν εφαρμοστεί διάφορες λειτουργίες δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας για τα ληφθέντα έγγραφα.
Η εκτύπωση των ανεπτυγμένων εγγράφων μπορεί να πραγματοποιηθεί σε οποιαδήποτε συσκευή (εκτυπωτές ή plotter) που υποστηρίζονται από τα Windows. Η ρεαλιστική εικόνα των εγγράφων σε λειτουργία προεπισκόπησης σάς επιτρέπει να τακτοποιείτε πολλά έγγραφα στο πεδίο εξόδου και να εκτυπώνετε ταυτόχρονα. Παρέχεται ευέλικτη διαμόρφωση όλων των παραμέτρων εκτύπωσης. Το σύστημα περιλαμβάνει ένα βοηθητικό πρόγραμμα για την ανάπτυξη των δικών σας προγραμμάτων οδήγησης για συσκευές εξόδου στυλό (πλότερ).
Το KOMPAS 5 υποστηρίζει την τεχνολογία OLE, η οποία σας επιτρέπει να εισάγετε έγγραφα KOMPAS σε οποιοδήποτε έγγραφο που είναι κοντέινερ OLE (για παράδειγμα, σε έγγραφο MS Word). Το αντικείμενο OLE που δημιουργήθηκε με αυτόν τον τρόπο μπορεί αργότερα να προβληθεί χρησιμοποιώντας το KOMPAS-Viewer ή να επεξεργαστεί χρησιμοποιώντας το KOMPAS. Εάν η σύνδεση με την πηγή διατηρείται κατά την εισαγωγή ενός αντικειμένου OLE, τότε όλες οι αλλαγές που έγιναν στην πηγή θα αντικατοπτρίζονται στο έγγραφο κοντέινερ.
Τα κύρια στοιχεία του KOMPAS 5 είναι το KOMPAS-GRAFIC - ένας επεξεργαστής τεκμηρίωσης σχεδιασμού και το KOMPAS-3D - ένα τρισδιάστατο σύστημα μοντελοποίησης στερεών.
Το πρόγραμμα επεξεργασίας γραφικών σας επιτρέπει να αναπτύξετε και να δημιουργήσετε διάφορα έγγραφα - σκίτσα, σχέδια, διαγράμματα, αφίσες κ.λπ. Το σύστημα παρέχει δύο τύπους γραφικών εγγράφων - σχέδια και θραύσματα. Το σχέδιο έχει ένα πλαίσιο και μια κύρια επιγραφή· σε αυτό μπορείτε να δημιουργήσετε έως και 255 προβολές (προβολές, ενότητες, ενότητες) με διαφορετικές κλίμακες εικόνας. Προδιαγραφές, τεχνικές απαιτήσεις και σημάδι απροσδιόριστης τραχύτητας μπορούν να τοποθετηθούν στο φύλλο σχεδίασης. Το απόσπασμα περιέχει μια εικόνα πλήρους μεγέθους χωρίς σχεδιαστικά στοιχεία (πλαίσια, τεχνικές απαιτήσεις κ.λπ.).
Οποιαδήποτε προβολή σχεδίου ή θραύσμα μπορεί να περιέχει έως και 255 επίπεδα, καθένα από τα οποία μπορεί να γίνει τρέχον ή μη επεξεργάσιμο ή αόρατο.
Εικ.1. Φόρμα οθόνης COMPASS.
Το KOMPAS-GRAPHIC σας επιτρέπει να εργάζεστε με όλους τους τύπους γραφικών πρωτόγονων που είναι απαραίτητοι για την εκτέλεση οποιασδήποτε κατασκευής. Αυτά περιλαμβάνουν σημεία, ευθείες γραμμές, τμήματα, κύκλους, ελλείψεις, τόξα κύκλων και ελλείψεις, πολύγωνα, πολύγραμμες, καμπύλες NURBS (συμπεριλαμβανομένων των καμπυλών Bezier). Διάφορες μέθοδοι και τρόποι κατασκευής αυτών των πρωτόγονων (για παράδειγμα, εντολές για τη δημιουργία λοξοτμήσεων, φιλέτα, ίσων αποστάσεων γραμμών, κατασκευή τμημάτων και κύκλων, εφαπτόμενες σε αντικείμενα κ.λπ.) απαλλάσσουν τον χρήστη από την ανάγκη να κάνει σύνθετες βοηθητικές κατασκευές. Για να επιταχύνετε την κατασκευή, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τοπικά συστήματα συντεταγμένων, ένα πλέγμα πολλαπλής κλίμακας και έναν μηχανισμό κουμπώματος αντικειμένων.
Ένα από τα μεγαλύτερα δυνατά σημεία της KOMPAS-GRAFIC εξακολουθεί να είναι η πλήρης υποστήριξή της στο ΕΣΚΔ. Υποστηρίζονται τυπικά (που αντιστοιχούν στο ESKD) και προσαρμοσμένα στυλ γραμμής και καταπακτής. Υλοποιούνται όλοι οι τύποι γραμμικών, γωνιακών, ακτινικών και διαμετρικών διαστάσεων (συμπεριλαμβανομένων των κεκλιμένων διαστάσεων, των διαστάσεων ύψους και των διαστάσεων τόξου). Οι ανοχές ορίζονται αυτόματα και τα προσόντα επιλέγονται με βάση καθορισμένες μέγιστες αποκλίσεις. Τα αντικείμενα σχεδίασης περιλαμβάνουν όλους τους τύπους τραχύτητας, γραμμές οδηγού, χαρακτηρισμούς βάσεων, ανοχές σχήματος και θέσης επιφανειών, γραμμές κοπής και τομής, βέλη κατεύθυνσης προβολής, εκκόλαψη, κείμενα, πίνακες.
Μια εικόνα ράστερ σε μορφές BMP, PCX, DCX, JPEG, TIFF μπορεί να εισαχθεί στο γραφικό έγγραφο KOMPAS-GRAPHIC. Κατά την εισαγωγή ενός αντικειμένου ράστερ, μπορείτε να ορίσετε την κλίμακα και τη γωνία περιστροφής του.
Το πρόγραμμα επεξεργασίας κειμένου KOMPAS-GRAPHIC σας επιτρέπει να παράγετε διάφορα έγγραφα κειμένου - υπολογισμούς και επεξηγηματικές σημειώσεις, τεχνικές προδιαγραφές, οδηγίες κ.λπ. Ένα έγγραφο κειμένου είναι ένας ξεχωριστός τύπος εγγράφου KOMPAS.
Η ενότητα σχεδιασμού προδιαγραφών KOMPAS-GRAFIC σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε μια ποικιλία προδιαγραφών, δηλώσεων και άλλων εγγράφων υπολογιστικών φύλλων. Η προδιαγραφή είναι ξεχωριστός τύπος εγγράφου KOMPAS-GRAPHIC.
Πολλές από τις λειτουργίες της ενότητας ανάπτυξης προδιαγραφών KOMPAS-GRAFIC είναι δανεισμένες από τη λογική και την τεχνολογία ανάπτυξης προδιαγραφών «χάρτου».
Κατά τη συμπλήρωση ενός εγγράφου στην οθόνη, ο χρήστης βλέπει έναν τυπικό πίνακα προδιαγραφών και μπορεί να εισάγει δεδομένα στις στήλες του.
Εφαρμογές KOMPAS: Εργαλεία ανάπτυξης εφαρμογών KOMPAS-MASTER, βιβλιοθήκη μηχανολογίας, ολοκληρωμένα συστήματα σχεδίασης περιστροφικών σωμάτων KOMPAS-SHAFT Plus και κυλινδρικά ελατήρια KOMPAS-SPRING, βιβλιοθήκες στοιχείων υδραυλικών και πνευματικών κυκλωμάτων, εργαλειομηχανές, ηλεκτρικά και κινηματικά διαγράμματα και βιβλιοθήκη κατασκευών, εργαλειοθήκη μέσα διεξαγωγής τυποποιημένων έργων, σύστημα σχεδιασμού μεταλλικών κατασκευών, πακέτα βιβλιοθηκών "Στοιχεία τεχνικών επικοινωνιών", "Στοιχεία χημικής παραγωγής", "Τροφοδοσία ρεύματος", "Αυτοματοποίηση τεχνολογικών διαδικασιών", "Συσκευές μεταγωγής" , βιβλιοθήκη εξαρτημάτων σωληνώσεων, βιβλιοθήκη «Κτιριακές κατασκευές. Προφίλ», κατάλογος δομικών υλικών, ηλεκτρονικός κατάλογος ρουλεμάν κύλισης.
2. Συστήματα SCADA
Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου διεργασιών είναι οργανωτικά και τεχνικά συστήματα, που σημαίνει την παρουσία λειτουργιών που εκτελούνται από ένα άτομο (χειριστή, αποστολέα).
Πριν από αρκετές δεκαετίες, αυτές οι λειτουργίες αποτελούνταν κυρίως από την παρακολούθηση οργάνων και τον άμεσο χειροκίνητο έλεγχο της διαδικασίας.
Αφού η μηχανογράφηση έφτασε στον κατασκευαστικό τομέα, οι υπολογιστές άρχισαν να εμφανίζονται σε επιτραπέζιους υπολογιστές χειριστή, όπου η αλληλεπίδραση μεταξύ του χειριστή και της διαδικασίας πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας λογισμικό, που συλλογικά ονομάζεται SCADA.
"SCADA-system" (Supervisory Control And Data Acquisition System) - ένα σύστημα συλλογής δεδομένων και λειτουργικού ελέγχου αποστολής. Το όνομα περιέχει δύο κύριες λειτουργίες που έχουν εκχωρηθεί στο σύστημα SCADA:
συλλογή δεδομένων σχετικά με την ελεγχόμενη τεχνολογική διαδικασία·
έλεγχος τεχνολογικών διεργασιών, που υλοποιείται από υπεύθυνα πρόσωπα βάσει συλλεγόμενων δεδομένων και κανόνων (κριτηρίων), η εφαρμογή των οποίων διασφαλίζει τη μέγιστη αποτελεσματικότητα και ασφάλεια της τεχνολογικής διαδικασίας.
Αν προσπαθήσουμε να χαρακτηρίσουμε εν συντομία τις κύριες λειτουργίες, μπορούμε να πούμε ότι το σύστημα SCADA συλλέγει πληροφορίες για την τεχνολογική διαδικασία, παρέχει διασύνδεση με τον χειριστή, αποθηκεύει το ιστορικό της διαδικασίας και ελέγχει αυτόματα τη διαδικασία στο βαθμό που είναι απαραίτητο και δυνατό.
Είναι απαραίτητο να γίνει διάκριση μεταξύ του λογισμικού SCADA που λειτουργεί ως μέρος του αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου διεργασιών μιας συγκεκριμένης εγκατάστασης και ενός συνόλου εργαλείων λογισμικού που προορίζονται για την ανάπτυξη τέτοιου λογισμικού.
Τα συστήματα SCADA μπορούν να επιταχύνουν σημαντικά τη διαδικασία δημιουργίας λογισμικού ανώτερου επιπέδου για αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου διεργασιών, χωρίς να απαιτείται από τον προγραμματιστή να γνωρίζει τις σύγχρονες διαδικαστικές γλώσσες προγραμματισμού γενικής χρήσης. Δεν είναι μυστικό ότι μόνο ένας τεχνολόγος ή άλλος εκπρόσωπος του τεχνολογικού προσωπικού, ο οποίος, κατά κανόνα, δεν έχει δεξιότητες προγραμματισμού, κατανοεί τις περιπλοκές μιας αυτοματοποιημένης τεχνολογικής διαδικασίας. Το σύστημα SCADA πρέπει να είναι προσβάσιμο όχι μόνο στον προγραμματιστή, αλλά και στον τελικό χρήστη του αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου διεργασιών που δημιουργείται, καθώς η εμφάνιση του συστήματος καθορίζεται και μπορεί να αλλάξει τόσο από τον προγραμματιστή όσο και από τον χρήστη.
Εκτός από την προσβασιμότητα, το σύστημα SCADA θα πρέπει να χαρακτηρίζεται από μέγιστο άνοιγμα - την παρουσία καθολικών και γενικά αποδεκτών μηχανισμών για την ανταλλαγή δεδομένων με εξοπλισμό εισόδου-εξόδου.
Λογική τιμή και αποτελεσματική χρήση των επενδυμένων κεφαλαίων - το κόστος του συστήματος, το κόστος ανάπτυξης και το κόστος των εργασιών για τη δημιουργία, τη συντήρηση και την ανάπτυξη αυτοματοποιημένων συστημάτων ελέγχου διεργασιών πρέπει να είναι ελάχιστα. Εάν όλα τα άλλα πράγματα είναι ίσα, αυτή η απαίτηση είναι η πιο σημαντική όταν επιλέγετε ένα σύστημα SCADA.
3. Genie Data Acquisition and Control Application Development Environment
Το Genie είναι ένα περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών για συλλογή, επεξεργασία και γραφική αναπαράσταση δεδομένων και ελέγχου, το οποίο περιέχει πολλά ενσωματωμένα λειτουργικά μπλοκ και στοιχεία γραφικής απεικόνισης που μπορούν να μειώσουν σημαντικά το κόστος ανάπτυξης λογισμικού για συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού. Η ανάπτυξη εφαρμογών συνίσταται στην επιλογή των κατάλληλων λειτουργικών μπλοκ, στη δημιουργία λογικών συνδέσεων μεταξύ τους, στη δημιουργία μιας διεπαφής γραφικού χειριστή και στην προσαρμογή των φορμών αναφοράς.
Αναπτύχθηκε από την Advantech, μια εταιρεία που ειδικεύεται στην παραγωγή βιομηχανικών υπολογιστών και άλλου εξοπλισμού αυτοματισμού και συλλογής δεδομένων. Με την ανάπτυξη αυτού του συστήματος, η εταιρεία «έκλεισε» τον κύκλο, προμηθεύει δηλαδή τόσο το υλικό όσο και το λογισμικό που απαιτούνται για τη δημιουργία συστημάτων διαχείρισης βιομηχανικών πληροφοριών. Ως παράδειγμα, θεωρούμε την εκπαιδευτική έκδοση - Genie για Windows v3.04.
Οι απαιτήσεις για την πλατφόρμα υλικού και λογισμικού είναι πολύ μέτριες.
Λειτουργικότητα: ανοιχτό κέντρο δεδομένων αρχιτεκτονικής. προγραμματισμός σε γλώσσα δέσμης ενεργειών συμβατή με τη Visual Basic for Applications (VBA). χρήση πολλαπλών εργασιών κατά την εφαρμογή αλγορίθμων συλλογής και ελέγχου δεδομένων· Αντικειμενοστραφή γραφικά. τυπική διεπαφή χρήστη που υιοθετήθηκε στα Windows. ανάπτυξη εφαρμογών με χρήση μπλοκ συναρτήσεων. Προσαρμόσιμο πρόγραμμα επεξεργασίας αναφορών. εμφάνιση, έλεγχος και επεξεργασία δεδομένων σε πραγματικό χρόνο· σχεδίαση γραφημάτων ελεγχόμενων παραμέτρων σε πραγματικό χρόνο. διαχείριση της πρόσβασης στις πληροφορίες και τους ελέγχους του συστήματος· Επεξεργασία συμβάντος/συναγερμού. επικοινωνία με άλλες εφαρμογές των Windows μέσω του μηχανισμού DDE. διεπαφή προγραμματισμού εφαρμογών μέσω OLE Automation. βιβλιοθήκες δυναμικών συνδέσμων που δημιουργούνται από τον χρήστη. δυνατότητα οργάνωσης αλληλεπίδρασης δικτύου· υποστήριξη για πρωτόκολλα DeviceNet και CANOpen.
Κύριοι τομείς εφαρμογής: απόκτηση δεδομένων και συστήματα ελέγχου εποπτείας. αυτοματοποίηση χώρων παραγωγής· δημιουργία σταθμών εργασίας τεχνολόγων· αυτοματοποίηση εργαστηριακών μετρήσεων. συστήματα μέτρησης? δοκιμή συστημάτων και συγκροτημάτων αυτοματισμού.
Το πακέτο έχει ένα ενσωματωμένο περιβάλλον ανάπτυξης σεναρίων συμβατό με Microsoft VB και VBA, παρέχοντας στον προγραμματιστή του συστήματος ένα ισχυρό σύνολο εργαλείων που ονομάζεται Script Designer. Το πρόγραμμα επεξεργασίας σεναρίων περιέχει πολλές λειτουργίες VBA, καθώς και μεθόδους συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων που σας επιτρέπουν να εφαρμόσετε εφαρμοσμένους αλγόριθμους σχεδόν οποιουδήποτε επιπέδου πολυπλοκότητας. Η VBA έχει εφαρμόσει και επεκτείνει συνεχώς την υποστήριξη για πολλές λειτουργίες του λειτουργικού συστήματος Windows: μηχανισμούς δυναμικής ανταλλαγής δεδομένων (DDE) και σύνδεσης και ενσωμάτωσης αντικειμένων (OLE Automation). Λειτουργίες Open Database Interoperability (ODBC).
Το άνοιγμα της αρχιτεκτονικής Genie εγγυάται στον χρήστη τη δυνατότητα να ενσωματώσει το πακέτο με ένα εταιρικό σύστημα που εφαρμόζεται ή υλοποιείται στην επιχείρηση.
Για να μειώσει τον χρόνο ανάπτυξης λογισμικού, διατηρώντας παράλληλα λογισμικό κατάλληλο για χρήση και διευκολύνοντας τη συντήρηση και την αναβάθμισή του, το Genie προσφέρει εργαλεία γραφικού σχεδιασμού και παρουσίασης που ονομάζονται Task Designer και Display Designer. Παραδείγματα μορφών οθόνης αυτών των επεξεργαστών φαίνονται στο Σχ. 1. και 2. Ο επεξεργαστής εργασιών χρησιμοποιεί ένα μοντέλο προγραμματισμού ροής πληροφοριών, το οποίο είναι πολύ πιο βολικό για την αντίληψη και την αλγοριθμική ερμηνεία από την παραδοσιακή γραμμική αρχιτεκτονική των γλωσσών προγραμματισμού που βασίζονται σε κείμενο. Κατά την ανάπτυξη μιας εφαρμογής, ο χρήστης δημιουργεί ένα διάγραμμα ροής της στρατηγικής χωρίς να εστιάζει στις διάφορες λογικές και συντακτικές συμβάσεις που είναι χαρακτηριστικές του τυπικού προγραμματισμού. Τα αντικείμενα (εικονίδια λειτουργικών μπλοκ) επιλέγονται από τη γραμμή εργαλείων επεξεργασίας εργασιών (Εικ. 3) και συνδέονται μεταξύ τους για τη μεταφορά δεδομένων από το ένα μπλοκ στο άλλο. Εάν είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια γραφική διεπαφή χειριστή, το πρόγραμμα επεξεργασίας φορμών εμφάνισης παρέχει τη δυνατότητα ανάπτυξης ευανάγνωστων φορμών εμφάνισης οθόνης στο συντομότερο δυνατό χρόνο χρησιμοποιώντας τα τυπικά στοιχεία οθόνης που περιλαμβάνονται στη συσκευασία (Εικ. 4 και 5). Επιπλέον, η καθορισμένη γραφική διεπαφή χειριστή μπορεί να βελτιωθεί με ειδικά εργαλεία σχεδίασης και στοιχεία οθόνης που ορίζονται από το χρήστη. Οι βιβλιοθήκες των ενσωματωμένων μπλοκ λειτουργιών και των στοιχείων εμφάνισης περιλαμβάνουν τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες λειτουργίες στον βιομηχανικό αυτοματισμό για τη συλλογή, την επεξεργασία και τη γραφική αναπαράσταση δεδομένων. Ένα παράδειγμα του αποτελέσματος της ανάπτυξης μιας διεπαφής χειριστή για την παρακολούθηση του φορτίου του μεταφορέα και την καταγραφή της ποσότητας χύδην υλικών φαίνεται στο Σχ. 6.
Το Genie Task Editor σάς επιτρέπει να επεξεργάζεστε πολλές εργασίες ταυτόχρονα. Κάθε εργασία εμφανίζεται στο δικό της παράθυρο και έχει τις δικές της παραμέτρους: περίοδος σάρωσης, μέθοδοι έναρξης/διακοπής κ.λπ. Το Genie 3.04 υποστηρίζει έως και 8 εργασίες.
Εικ.2. Genie Task Editor
Εικ.3. Πρόγραμμα επεξεργασίας φόρμας εμφάνισης τζίνι.
Εικ.4. Γραμμή εργαλείων επεξεργασίας εργασιών Genie.
Εικ.5. Πίνακας φορμών
Εικ.6. Μενού Στοιχείου φόρμας διεπαφής χειριστή Genie Display
Εικ. 7 Ένα παράδειγμα μεταφορικής γραμμής στο Genie.
Το Genie's Report Designer παρέχει ένα διαμορφώσιμο περιβάλλον ανάπτυξης στο οποίο οι χρήστες μπορούν να ορίσουν το απαιτούμενο περιεχόμενο αναφοράς, παρουσιάζοντας τα απαιτούμενα δεδομένα σε συγκεκριμένα χρονικά σημεία και στη συνέχεια εκτυπώνοντας αυτόματα σε μια καθορισμένη ώρα. Οι διεπαφές που παρέχονται από το πρόγραμμα επεξεργασίας αναφορών μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη μη αυτόματη επιλογή και εκτύπωση αναφορών.
Το πρόγραμμα επεξεργασίας αναφορών παρέχει πέντε βασικές λειτουργίες: συλλογή δεδομένων, διαμόρφωση μορφής αναφοράς, προγραμματισμός αναφορών, δημιουργία αναφοράς συμβάντων και δημιουργία αναφοράς συναγερμού.
Το υποσύστημα καταγραφής συμβάντων του πακέτου Genie επιτρέπει τη συνεχή παρακολούθηση της κατάστασης της τεχνολογικής διαδικασίας και του συστήματος απόκτησης δεδομένων, καθώς και την έγκαιρη προειδοποίηση για πιθανές αποκλίσεις στην πορεία της τεχνολογικής διαδικασίας και τη λειτουργία του υλικού και λογισμικού του συστήματος. Οι ευέλικτες επιλογές για τη διαμόρφωση των τιμών κατωφλίου και οριακών παραμέτρων σάς επιτρέπουν να εφαρμόσετε πολλαπλές συνθήκες βάσει των οποίων εντοπίζονται καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και προέκτακτης ανάγκης. Οι τιμές συναγερμού μπορούν να εμφανιστούν, να καταγραφούν, να αρχειοθετηθούν με χρονική σήμανση και να επιβεβαιωθούν από τον χειριστή σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, το πρωτόκολλο συμβάντων έκτακτης ανάγκης μπορεί να εμφανιστεί σε μια οθόνη οθόνης ή να εκτυπωθεί σε μια συσκευή εκτύπωσης για να αποκτήσετε ένα έντυπο αντίγραφο.
Επί του παρόντος, η Advantech έχει αναπτύξει μια πιο προηγμένη έκδοση του GenieDAQ 4.11.
Βιβλιογραφία
Stekhin A.P. Βασικές αρχές σχεδιασμού, μοντελοποίησης και σχεδίασης συστημάτων ελέγχου παραγωγικής διαδικασίας: Διδακτικό βιβλίο. επίδομα. – Ντόνετσκ: DonGAU, 2008.
Lucas V.A. Βασικές αρχές της θεωρίας του αυτόματου ελέγχου. -Μ.: «Νέδρα», 1977.
Βασικές αρχές της θεωρίας βέλτιστου ελέγχου: Σχολικό βιβλίο. Επίδομα για την οικονομία πανεπιστήμια/ V.F. Krotov, B.A. Lagosha, S.M. Lobanov, κ.λπ. Υπό τη σύνταξη του V.F. Krotov. - M.: Ανώτερο. Σχολείο, 2008.
Ivanilov Yu.P., Lotov A.V. Μαθηματικά μοντέλα στα οικονομικά - Μ.: «Επιστήμη», 2007
Παρόμοιες περιλήψεις:
Χαρακτηριστικά της σύγχρονης χρήσης υπολογιστή. Μόντεμ τηλεπικοινωνιών υπολογιστή. Τύποι και χαρακτηριστικά επικοινωνιακής οργάνωσης. Λογισμικό τηλεπικοινωνιών μόντεμ. Η έννοια και η αρχή λειτουργίας των τηλεπικοινωνιών fax-modem.
Ανάλυση επιλογών υλοποίησης συνδυαστικών κυκλωμάτων για διάφορους τύπους προγραμματιζόμενων λογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (FPGA). Δυνατότητες πακέτων λογισμικού Decomposer και WebPACK ISE. Περιγραφή του αθροιστή σε VHDL, η σύνθεσή του με τη χρήση του πακέτου Decomposer.
Αυτοματοποιημένες τεχνολογίες πληροφορικής συστημάτων διαχείρισης ηλεκτρονικών εγγράφων και είδη υποστήριξής τους. Διαχείριση τεχνολογίας πληροφοριών. Αυτοματισμός γραφείου. Αυτοματοποιημένες τεχνολογίες πληροφοριών στο γραφείο. Microsoft Office XP. Λέξη.
Ανασκόπηση εργαλειακών εξελίξεων. Ανάλυση της κατάστασης της αγοράς. Από την έναρξή της, η αγορά εργαλείων ανάπτυξης λογισμικού δεν έχει βιώσει ποτέ κρίση - και είναι απίθανο να βιώσει μια κρίση στο μέλλον. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι η εργασία σε αυτή την αγορά είναι εύκολη. Η κατάσταση που αλλάζει ραγδαία...
Σχεδιασμός σύγχρονων ηλεκτρονικών μέσων και χαρακτηριστικά υφιστάμενων μεθόδων σχεδιασμού τους. Κρατικά πρότυπα για την προετοιμασία της τεκμηρίωσης σχεδιασμού, την καταγραφή και αποθήκευση τους στο γραφείο τεχνικής τεκμηρίωσης. Τύποι μέσων αποθήκευσης.
Μέθοδοι και στάδια σχεδιασμού ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Ο ρόλος της γλώσσας προγραμματισμού σε συστήματα σχεδίασης με τη βοήθεια υπολογιστή. Σύντομη περιγραφή υπολογιστών που χρησιμοποιούνται στην επίλυση προβλημάτων αυτοματοποίησης σχεδιασμού ηλεκτρονικού εξοπλισμού.
Λειτουργίες λογισμικού συστήματος. Τα συστήματα προγραμματισμού είναι εργαλεία λογισμικού που παρέχουν αυτοματοποίηση της ανάπτυξης προγραμμάτων και του εντοπισμού σφαλμάτων. Σύνθεση και σκοπός του λειτουργικού συστήματος (OS). Προγράμματα εξυπηρέτησης, επέκταση των δυνατοτήτων του ΛΣ.
Η διαδικασία για την ανάπτυξη και παραγωγή τεχνικών προϊόντων και ηλεκτρικού εξοπλισμού, που καθορίζεται από τα Κρατικά Πρότυπα της Ρωσικής Ομοσπονδίας. Ομάδες ταξινόμησης προτύπων στο ΕΣΚΔ. Κατάλογος εγγράφων σχεδίασης γραφικών και κειμένων.
Εργαλεία λογισμικού για τον σχεδιασμό συσκευών ραδιομηχανικής. Βασικές τεχνικές δυνατότητες του Microsoft Word. Συγκριτικά χαρακτηριστικά προγραμμάτων για μαθηματικούς υπολογισμούς. Προγράμματα μοντελοποίησης διαδικασιών σε ραδιοηλεκτρονικά κυκλώματα.
Αρχές σχεδιασμού συγκροτήματος τεχνικών μέσων αυτοματοποιημένων συστημάτων ελέγχου. Απαιτήσεις για εξειδικευμένες συσκευές και κόστος εφαρμογής τους. Συσκευές κωδικοποίησης γραφικών πληροφοριών. Πλοτέρ και πίνακες αποτελεσμάτων.
Βελτιστοποίηση της διαχείρισης σε διάφορους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Ταξινόμηση αυτοματοποιημένων συστημάτων διαχείρισης πληροφοριών. Μέθοδοι σχεδιασμού και στάδια ανάπτυξης. Μπλοκ διάγραμμα, χωρητικότητα μνήμης, έξοδος πληροφοριών και εξοπλισμός απεικόνισης.
Σχεδιασμός λογισμικού αυτοματισμού
Λογισμικό CAD
Το λογισμικό CAD αποτελείται από μαθηματικά μοντέλα σχεδιαστικών αντικειμένων, μεθόδων και αλγορίθμων για την εκτέλεση λειτουργιών και διαδικασιών σχεδιασμού.
Στο λογισμικό CAD μπορούμε να διακρίνουμε ειδικό μέρος, το οποίο αντικατοπτρίζει σε μεγάλο βαθμό τις ιδιαιτερότητες του αντικειμένου σχεδιασμού, τα φυσικά και πληροφοριακά χαρακτηριστικά της λειτουργίας του και συνδέεται στενά με συγκεκριμένα ιεραρχικά επίπεδα (αυτό το μέρος καλύπτει μαθηματικά μοντέλα, μεθόδους και αλγόριθμους για την παραγωγή τους, μεθόδους και αλγόριθμους για ανάλυση μιας παραλλαγής, καθώς και οι περισσότεροι από τους αλγόριθμους σύνθεσης που χρησιμοποιούνται), And αμετάβλητο μέρος, το οποίο περιλαμβάνει μεθόδους και αλγόριθμους που σχετίζονται χαλαρά με τα χαρακτηριστικά των μαθηματικών μοντέλων και χρησιμοποιούνται σε πολλά ιεραρχικά επίπεδα (πρόκειται για μεθόδους και αλγόριθμους για πολυμεταβλητή ανάλυση και παραμετρική βελτιστοποίηση).
Απαιτήσεις για μαθηματικό λογισμικό
Οι ιδιότητες του λογισμικού (MS) έχουν σημαντικό και μερικές φορές καθοριστικό αντίκτυπο στις δυνατότητες και την απόδοση των συστημάτων CAD.
Κατά την επιλογή και την ανάπτυξη μοντέλων, μεθόδων και αλγορίθμων, είναι απαραίτητο να λαμβάνονται υπόψη οι απαιτήσεις για μοντελοποίηση σε CAD. Ας εξετάσουμε τα κύρια.
Ευστροφία
Κάτω από καθολικότητα του ΜΟΗ εφαρμογή του σε μια ευρεία κατηγορία σχεδιασμένων αντικειμένων είναι κατανοητή. Μία από τις διαφορές μεταξύ των μεθόδων υπολογισμού στο CAD και των μεθόδων μη αυτόματης υπολογισμού είναι ο υψηλός βαθμός ευελιξίας. Για παράδειγμα, στο υποσύστημα σχεδίασης κυκλώματος του CAD IET, χρησιμοποιούνται μαθηματικά μοντέλα του τρανζίστορ που ισχύουν για οποιαδήποτε περιοχή λειτουργίας (ενεργό, κορεσμός, αποκοπή, αντίστροφη ενεργή) και οι μέθοδοι λήψης και ανάλυσης μοντέλων είναι ισχύει για οποιοδήποτε αναλογικό κύκλωμα ή κύκλωμα μεταγωγής σε στοιχεία από την επιτρεπόμενη λίστα. Στο υποσύστημα δομικής σχεδίασης των υπολογιστών CAD, χρησιμοποιούνται μοντέλα και αλγόριθμοι που καθιστούν δυνατή τη μελέτη στατικών και μη στατικών διαδικασιών επεξεργασίας πληροφοριών υπό αυθαίρετους νόμους εξυπηρέτησης σε συστήματα υπολογιστών και με αυθαίρετες ροές εισόδου.
Ένας υψηλός βαθμός καθολικότητας ML είναι απαραίτητος ώστε το CAD να μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε ή στα περισσότερα αντικείμενα που σχεδιάζονται στην επιχείρηση.
Αλγοριθμική αξιοπιστία
Οι μέθοδοι και οι αλγόριθμοι που δεν έχουν αυστηρή αιτιολόγηση ονομάζονται ευρετικοί. Η έλλειψη σαφώς διατυπωμένων συνθηκών εφαρμογής οδηγεί στο γεγονός ότι οι ευρετικές μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν εσφαλμένα. Ως αποτέλεσμα, είτε δεν θα επιτευχθεί καθόλου λύση (για παράδειγμα, λόγω έλλειψης σύγκλισης), είτε θα απέχει πολύ από την αληθινή. Το κύριο πρόβλημα είναι ότι ο μηχανικός μπορεί να μην έχει στη διάθεσή του τα δεδομένα για να καθορίσει εάν τα αποτελέσματα που προέκυψαν είναι σωστά ή λανθασμένα. Κατά συνέπεια, είναι δυνατή μια κατάσταση όταν μια λανθασμένη λύση θα χρησιμοποιηθεί στο μέλλον ως σωστή.
Η ιδιότητα ενός στοιχείου MO να παράγει σωστά αποτελέσματα όταν χρησιμοποιείται υπό αυτές τις συνθήκες ονομάζεται αλγοριθμική αξιοπιστία. Ο βαθμός καθολικότητας χαρακτηρίζεται από προκαθορισμένους περιορισμούς και η αλγοριθμική αξιοπιστία χαρακτηρίζεται από περιορισμούς που δεν έχουν προσδιοριστεί εκ των προτέρων και, επομένως, δεν καθορίζονται.
Μια ποσοτική αξιολόγηση της αλγοριθμικής αξιοπιστίας είναι η πιθανότητα λήψης σωστών αποτελεσμάτων με ταυτόχρονη τήρηση των καθορισμένων περιορισμών στη χρήση της μεθόδου. Εάν αυτή η πιθανότητα είναι ίση ή κοντά στο ένα, τότε η μέθοδος λέγεται ότι είναι αλγοριθμικά αξιόπιστη.
Η χρήση αλγοριθμικής φύσης αναξιόπιστων μεθόδων στο CAD είναι ανεπιθύμητη, αν και είναι αποδεκτή σε περιπτώσεις όπου αναγνωρίζονται εύκολα λανθασμένα αποτελέσματα.
Το πρόβλημα είναι στενά συνδεδεμένο με το πρόβλημα της αλγοριθμικής αξιοπιστίας προϋποθέσεις των μαθηματικών μοντέλωνκαι καθήκοντα. Μιλάμε για κακές προϋποθέσεις σε περιπτώσεις όπου μικρά σφάλματα στα αρχικά δεδομένα οδηγούν σε μεγάλα σφάλματα στα αποτελέσματα. Κάθε στάδιο των υπολογισμών έχει τα δικά του ενδιάμεσα αρχικά δεδομένα και αποτελέσματα και τις δικές του πηγές σφαλμάτων. Με κακή ρύθμιση, τα σφάλματα μπορεί να αυξηθούν απότομα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει τόσο σε μείωση της ακρίβειας όσο και σε αύξηση του κόστους χρόνου υπολογιστή.
Ακρίβεια
Για τα περισσότερα στοιχεία ML, μια σημαντική ιδιότητα είναι η ακρίβεια, που καθορίζεται από τον βαθμό συμφωνίας μεταξύ των υπολογισμένων και των πραγματικών αποτελεσμάτων. Οι αλγοριθμικά ισχυρές μέθοδοι μπορεί να παράγουν διαφορετικές ακρίβειες. Και μόνο σε εκείνες τις περιπτώσεις που η ακρίβεια αποδεικνύεται χειρότερη από τις μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές ή δεν μπορεί να επιτευχθεί καθόλου λύση, δεν μιλάμε για ακρίβεια, αλλά για αλγοριθμική αξιοπιστία.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, η λύση στα προβλήματα σχεδιασμού χαρακτηρίζεται από:
κοινή χρήση πολλών στοιχείων MO, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον προσδιορισμό της συμβολής στο συνολικό σφάλμα καθενός από τα εξαρτήματα.
η διανυσματική φύση των αποτελεσμάτων (για παράδειγμα, κατά την ανάλυση, βρίσκεται το διάνυσμα των παραμέτρων εξόδου, κατά τη βελτιστοποίηση, βρίσκονται οι συντεταγμένες του ακραίου σημείου), π.χ. Το αποτέλεσμα της λύσης δεν είναι η τιμή μιας μόνο παραμέτρου, αλλά πολλών παραμέτρων.
Από αυτή την άποψη, η ακρίβεια αξιολογείται χρησιμοποιώντας ειδικά υπολογιστικά πειράματα. Αυτά τα πειράματα χρησιμοποιούν ειδικές εργασίες που ονομάζονται δοκιμές. Μια ποσοτική αξιολόγηση του σφάλματος στο αποτέλεσμα της επίλυσης ενός προβλήματος δοκιμής είναι ένας από τους κανόνες του διανύσματος των σχετικών σφαλμάτων: m-norm ή l-norm, όπου l είναι το σχετικό σφάλμα στον προσδιορισμό του j-ου στοιχείου του αποτελέσματος διάνυσμα; m είναι η διάσταση αυτού του διανύσματος.
Κατανάλωση χρόνου υπολογιστή
Τα καθολικά μοντέλα και μέθοδοι χαρακτηρίζονται από έναν σχετικά μεγάλο αριθμό υπολογισμών, ο οποίος αυξάνεται με το μέγεθος των προβλημάτων. Επομένως, κατά την επίλυση των περισσότερων προβλημάτων σε CAD, το κόστος του χρόνου υπολογιστή T m είναι σημαντικό. Συνήθως είναι το T m που είναι ο κύριος περιοριστικός παράγοντας όταν προσπαθείς να αυξήσεις την πολυπλοκότητα των αντικειμένων που σχεδιάζονται σε έναν υπολογιστή και την πληρότητα της έρευνάς τους. Επομένως, η απαίτηση για απόδοση σε T m είναι μία από τις κύριες απαιτήσεις για MO CAD.
Όταν χρησιμοποιείτε υπολογιστές πολλαπλών επεξεργαστών σε συστήματα CAD, ο χρόνος υπολογισμού μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας παράλληλους υπολογιστές. Από αυτή την άποψη, ένας από τους δείκτες της αποτελεσματικότητας του MO είναι η προσαρμοστικότητά του στον παραλληλισμό της υπολογιστικής διαδικασίας.
Στο CAD, είναι σκόπιμο να υπάρχουν βιβλιοθήκες με σύνολα μοντέλων και μεθόδων που καλύπτουν τις ανάγκες όλων των χρηστών CAD.
Μνήμη που χρησιμοποιείται
Το κόστος μνήμης είναι ο δεύτερος δείκτης της αποτελεσματικότητας της μηχανικής μάθησης μετά το κόστος χρόνου υπολογιστή. Καθορίζονται από τη διάρκεια του προγράμματος και το μέγεθος των συστοιχιών δεδομένων που χρησιμοποιούνται. Παρά τη σημαντική αύξηση της χωρητικότητας RAM στους σύγχρονους υπολογιστές, η απαίτηση για αποδοτικότητα στο κόστος της μνήμης παραμένει σχετική. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στη λειτουργία πολλαπλών προγραμμάτων λειτουργίας υπολογιστή, μια εργασία με αίτημα για μεγάλη ποσότητα μνήμης λαμβάνει χαμηλότερη προτεραιότητα και, ως εκ τούτου, αυξάνεται ο χρόνος παραμονής της στο σύστημα.
Μπορείτε να βελτιώσετε την αποδοτικότητα του κόστους RAM χρησιμοποιώντας εξωτερική μνήμη. Ωστόσο, οι συχνές ανταλλαγές δεδομένων μεταξύ RAM και εξωτερικής μνήμης μπορεί να οδηγήσουν σε απαράδεκτη αύξηση του T m. Επομένως, για μεγάλους όγκους προγραμμάτων και συστοιχιών επεξεργασμένων πληροφοριών, συνιστάται η χρήση MO που επιτρέπει την κατασκευή δομών προγραμμάτων επικάλυψης και υλοποιεί το αρχές διακοπτικής επεξεργασίας πληροφοριών.
Μαθηματική μοντελοποίηση αντικειμένων και συσκευών αυτοματισμού σε CAD
Απαιτήσεις για μαθηματικά μοντέλα
Τα μαθηματικά μοντέλα (MM) χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τις ιδιότητες των αντικειμένων στις διαδικασίες AM. Εάν μια διαδικασία σχεδιασμού περιλαμβάνει τη δημιουργία ενός MM και τη λειτουργία του προκειμένου να ληφθούν χρήσιμες πληροφορίες για ένα αντικείμενο, τότε η διαδικασία λέγεται ότι εκτελείται με βάση τη μαθηματική μοντελοποίηση.
Τα μαθηματικά μοντέλα υπόκεινται στις απαιτήσεις της καθολικότητας, της επάρκειας, της ακρίβειας και της αποτελεσματικότητας.
Βαθμός ευελιξίας ΜΜχαρακτηρίζει την πληρότητα της αναπαράστασης των ιδιοτήτων ενός πραγματικού αντικειμένου στο μοντέλο. Ένα μαθηματικό μοντέλο αντικατοπτρίζει μόνο μερικές από τις ιδιότητες ενός αντικειμένου.
Η ακρίβεια του MM αξιολογείται από τον βαθμό συμφωνίας μεταξύ των τιμών των παραμέτρων ενός πραγματικού αντικειμένου και των τιμών των ίδιων παραμέτρων που υπολογίζονται χρησιμοποιώντας το εκτιμώμενο MM. Αφήστε τις ιδιότητες που αντικατοπτρίζονται στο MM να εκτιμηθούν από το διάνυσμα των παραμέτρων εξόδου Y = (y 1, y 2, ..., y m). Στη συνέχεια, δηλώνοντας το αληθές και υπολογίζοντας χρησιμοποιώντας τις τιμές MM της παραμέτρου j ως y jist και y jm, αντίστοιχα, προσδιορίζουμε το σχετικό σφάλμα Ej του υπολογισμού της παραμέτρου Y j ως
E j = (y jm - y jist)/y jist (2.1)
Λαμβάνεται η εκτίμηση του διανύσματος E = (E 1 , E 2 , ..., E m). Εάν είναι απαραίτητο να μειωθεί αυτή η εκτίμηση σε βαθμωτό, χρησιμοποιήστε κάποια νόρμα του διανύσματος Ε, για παράδειγμα
E m = ||E|| = maxE j .
Η επάρκεια του MM είναι η ικανότητα να αντικατοπτρίζονται οι καθορισμένες ιδιότητες ενός αντικειμένου με σφάλμα όχι μεγαλύτερο από το καθορισμένο. Δεδομένου ότι οι παράμετροι εξόδου είναι συναρτήσεις των διανυσμάτων των εξωτερικών παραμέτρων Q και των εσωτερικών X, το σφάλμα Ej εξαρτάται από τις τιμές των Q και X.
Συνήθως, οι τιμές των εσωτερικών παραμέτρων του MM καθορίζονται από την συνθήκη ελαχιστοποίησης του σφάλματος Em σε κάποιο σημείο Q στον ονομαστικό χώρο των εξωτερικών μεταβλητών και ένα μοντέλο με υπολογισμένο διάνυσμα για διάφορες τιμές του Q Σε αυτήν την περίπτωση, κατά κανόνα, η επάρκεια του μοντέλου εμφανίζεται μόνο σε ένα περιορισμένο εύρος αλλαγών σε εξωτερικές μεταβλητές - περιοχή επάρκειας (AO) του μαθηματικού μοντέλου:
OA = (Q|E m , d),
όπου d είναι μια δεδομένη σταθερά ίση με το μέγιστο επιτρεπόμενο σφάλμα του μοντέλου.
Η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας του ΜΜχαρακτηρίζεται από το κόστος των υπολογιστικών πόρων. Όσο μικρότερα είναι, τόσο πιο οικονομικό είναι το μοντέλο.
Ταξινόμηση μαθηματικών μοντέλων
Ας εξετάσουμε τα κύρια χαρακτηριστικά, τις ταξινομήσεις και τους τύπους MM που χρησιμοποιούνται στο CAD.
Με βάση τη φύση των εμφανιζόμενων ιδιοτήτων ενός αντικειμένου, τα MM χωρίζονται σε δομικά και λειτουργικά.
Τα δομικά MM έχουν σχεδιαστεί για να εμφανίζουν τις δομικές ιδιότητες ενός αντικειμένου. Τα δομικά ΜΜ διακρίνονται μεταξύ τοπολογικών και γεωμετρικών.
ΣΕ τοπολογικά ΜΜεμφανίζεται η σύνθεση και οι σχέσεις των στοιχείων. Χρησιμοποιούνται συχνότερα για να περιγράψουν αντικείμενα που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό στοιχείων, κατά την επίλυση προβλημάτων σύνδεσης δομικών στοιχείων με ορισμένες χωρικές θέσεις (για παράδειγμα, προβλήματα διάταξης εξοπλισμού, τοποθέτηση εξαρτημάτων, συνδέσεις δρομολόγησης) ή σε σχετικά χρονικά σημεία ( για παράδειγμα, κατά την ανάπτυξη χρονοδιαγραμμάτων, τεχνολογικών διαδικασιών). Τα τοπολογικά μοντέλα μπορούν να λάβουν τη μορφή γραφημάτων, πινάκων (πίνακες), λιστών κ.λπ.
ΣΕ γεωμετρικά ΜΜεμφανίζονται οι ιδιότητες των αντικειμένων· εκτός από πληροφορίες σχετικά με τη σχετική θέση των στοιχείων, περιέχουν πληροφορίες για το σχήμα των εξαρτημάτων. Τα γεωμετρικά MM μπορούν να εκφραστούν με ένα σύνολο εξισώσεων γραμμών και επιφανειών. ένα σύνολο αλγεβρικών σχέσεων που περιγράφουν τις περιοχές που αποτελούν το σώμα ενός αντικειμένου. γραφήματα και λίστες που εμφανίζουν δομές από τυπικά δομικά στοιχεία κ.λπ. Τα γεωμετρικά MM χρησιμοποιούνται για την επίλυση προβλημάτων σχεδιασμού στη μηχανολογία, την κατασκευή οργάνων, τα ραδιοηλεκτρονικά, για τη σύνταξη τεκμηρίωσης σχεδιασμού και κατά τον καθορισμό αρχικών δεδομένων για την ανάπτυξη τεχνολογικών διαδικασιών για την κατασκευή εξαρτημάτων. Χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι γεωμετρικών MM.
Λειτουργικά ΜΜπροορίζονται για την εμφάνιση φυσικών ή πληροφοριακών διεργασιών που συμβαίνουν σε ένα αντικείμενο κατά τη λειτουργία ή την κατασκευή του. Συνήθως, τα λειτουργικά MM είναι συστήματα εξισώσεων που συνδέουν μεταβλητές φάσης, εσωτερικές, εξωτερικές και παραμέτρους εξόδου.
Σύμφωνα με το επίπεδο λεπτομέρειας της περιγραφής, τα πλήρη ΜΜ και τα μακρομοντέλα διακρίνονται σε κάθε ιεραρχικό επίπεδο.
Ένα πλήρες μοντέλο είναι ένα μοντέλο στο οποίο εμφανίζονται μεταβλητές φάσης που χαρακτηρίζουν τις καταστάσεις όλων των υπαρχουσών συνδέσεων μεταξύ των στοιχείων (δηλαδή, την κατάσταση όλων των στοιχείων του σχεδιασμένου αντικειμένου).
Μακρομοντέλο - MM, το οποίο εμφανίζει τις καταστάσεις ενός σημαντικά μικρότερου αριθμού διαστοιχειακών συνδέσεων, που αντιστοιχεί στην περιγραφή του αντικειμένου με μια διευρυμένη επιλογή στοιχείων.
Σύμφωνα με τη μέθοδο αναπαράστασης των ιδιοτήτων ενός αντικειμένου, τα λειτουργικά ΜΜ χωρίζονται σε αναλυτικά και αλγοριθμικά.
Αναλυτική ΜΜείναι ρητές εκφράσεις των παραμέτρων εξόδου ως συναρτήσεις εισόδου και εσωτερικών παραμέτρων.
Αλγοριθμική ΜΜεκφράζουν συνδέσεις μεταξύ παραμέτρων εξόδου και εσωτερικών και εξωτερικών παραμέτρων με τη μορφή αλγορίθμου.
Μια προσομοίωση MM είναι ένα αλγοριθμικό μοντέλο που αντανακλά τη συμπεριφορά του υπό μελέτη αντικειμένου με την πάροδο του χρόνου όταν καθορίζονται εξωτερικές επιρροές στο αντικείμενο.
Μαθηματικά μοντέλα σε μικρο, macro και meta επίπεδα
Οι περιγραφές των τεχνικών αντικειμένων πρέπει να είναι συνεπείς σε πολυπλοκότητα με τις δυνατότητες της ανθρώπινης αντίληψης και με τις δυνατότητες ενός υπολογιστή να λειτουργεί με περιγραφές μοντέλων στη διαδικασία μεταμόρφωσής τους κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού. Ωστόσο, είναι δυνατή η εκπλήρωση αυτής της απαίτησης στο πλαίσιο μιας συγκεκριμένης ενοποιημένης περιγραφής, χωρίς να τη διαιρέσετε σε ξεχωριστά στοιχεία, μόνο για απλά προϊόντα. Κατά κανόνα, απαιτείται η δόμηση των περιγραφών και ο αντίστοιχος διαχωρισμός των ιδεών για τα σχεδιασμένα αντικείμενα σε ιεραρχικά επίπεδα και πτυχές. Αυτό σας επιτρέπει να διανέμετε εργασίες για το σχεδιασμό πολύπλοκων αντικειμένων μεταξύ των τμημάτων του οργανισμού σχεδιασμού, γεγονός που συμβάλλει στην αποτελεσματικότητα και την παραγωγικότητα των σχεδιαστών.
Η χρήση των αρχών μιας μπλοκ-ιεραρχικής προσέγγισης για το σχεδιασμό των δομών των μαθηματικών μοντέλων σχεδιασμένων αντικειμένων μας επιτρέπει να επισημοποιήσουμε τη διαδικασία γραφής τους. Ο αριθμός των ιεραρχικών επιπέδων στη μοντελοποίηση καθορίζεται από την πολυπλοκότητα των αντικειμένων που σχεδιάζονται και τις δυνατότητες των εργαλείων σχεδιασμού. Ωστόσο, τα ιεραρχικά επίπεδα των περισσότερων θεματικών περιοχών μπορούν να ταξινομηθούν σε ένα από τα τρία γενικά επίπεδα, τα οποία στο εξής θα αναφέρονται ως μικρο-, μακρο- και μετα-επίπεδα.
Ανάλογα με τη θέση τους στην ιεραρχία της περιγραφής, τα μαθηματικά μοντέλα χωρίζονται σε MM που σχετίζονται με μικρο-, μακρο- και μετα-επίπεδα.
Ένα χαρακτηριστικό της ΜΜ σε μικροεπίπεδο είναι η αντανάκλαση των φυσικών διεργασιών που συμβαίνουν σε συνεχή χώρο και χρόνο. Τα τυπικά MM σε μικροεπίπεδο είναι μερικές διαφορικές εξισώσεις (PDE). Σε αυτές, οι ανεξάρτητες μεταβλητές είναι οι χωρικές συντεταγμένες και ο χρόνος. Χρησιμοποιώντας αυτές τις εξισώσεις υπολογίζονται πεδία μηχανικών τάσεων και παραμορφώσεων, ηλεκτρικών δυναμικών και τάσεων, πιέσεων και θερμοκρασιών κ.λπ. Οι δυνατότητες χρήσης MM σε PDE περιορίζονται σε μεμονωμένα μέρη· οι προσπάθειες χρήσης τους για την ανάλυση διεργασιών σε περιβάλλοντα πολλαπλών συστατικών, μονάδες συναρμολόγησης και ηλεκτρονικά κυκλώματα δεν μπορούν να είναι επιτυχείς λόγω της υπερβολικής αύξησης του κόστους χρόνου και μνήμης υπολογιστή.
Σε μακροεπίπεδο, χρησιμοποιείται μια διευρυμένη διακριτοποίηση του χώρου σύμφωνα με ένα λειτουργικό κριτήριο, η οποία οδηγεί στην αναπαράσταση του ΜΜ σε αυτό το επίπεδο με τη μορφή συστημάτων συνηθισμένων διαφορικών εξισώσεων (ODE). Σε αυτές τις εξισώσεις, η ανεξάρτητη μεταβλητή είναι ο χρόνος t και το διάνυσμα των εξαρτημένων μεταβλητών αποτελείται από μεταβλητές φάσης που χαρακτηρίζουν την κατάσταση των μεγεθυσμένων στοιχείων του διακριτικού χώρου. Τέτοιες μεταβλητές είναι οι δυνάμεις και οι ταχύτητες σε μηχανικά συστήματα, οι τάσεις και τα ρεύματα στα ηλεκτρικά συστήματα, οι πιέσεις και οι ρυθμοί ροής υγρών και αερίων σε υδραυλικά και πνευματικά συστήματα κ.λπ. Τα συστήματα ODE είναι καθολικά μοντέλα σε μακροεπίπεδο, κατάλληλα για την ανάλυση τόσο δυναμικών όσο και σταθερών καταστάσεων αντικειμένων. Τα μοντέλα για συνθήκες σταθερής κατάστασης μπορούν επίσης να αναπαρασταθούν ως συστήματα αλγεβρικών εξισώσεων. Η σειρά του συστήματος εξισώσεων εξαρτάται από τον αριθμό των επιλεγμένων στοιχείων του αντικειμένου. Εάν η σειρά του συστήματος πλησιάζει τις 10.000, τότε η λειτουργία του μοντέλου γίνεται δύσκολη και επομένως είναι απαραίτητο να προχωρήσουμε σε αναπαραστάσεις σε μετα-επίπεδο.
Σε μετα-επίπεδο, αρκετά πολύπλοκα σύνολα μερών λαμβάνονται ως στοιχεία. Το μετα-επίπεδο χαρακτηρίζεται από μια μεγάλη ποικιλία τύπων MM που χρησιμοποιούνται. Για πολλά αντικείμενα, τα MM στο μετα-επίπεδο εξακολουθούν να αντιπροσωπεύονται από συστήματα ODE. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα μοντέλα δεν περιγράφουν στοιχεία μεταβλητής εσωτερικής φάσης, αλλά εμφανίζονται μόνο μεταβλητές φάσης που σχετίζονται με τις αμοιβαίες συνδέσεις των στοιχείων, μια διευρυμένη αναπαράσταση στοιχείων σε μετα-επίπεδο σημαίνει λήψη MM μιας αποδεκτής διάστασης για σημαντικά πιο πολύπλοκα αντικείμενα από το MM. διάσταση σε μακροοικονομικό επίπεδο.
Σε μια σειρά θεματικών περιοχών, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της λειτουργίας των αντικειμένων για την απλοποίηση της ΜΜ. Ένα παράδειγμα είναι οι ηλεκτρονικές συσκευές ψηφιακού αυτοματισμού, στις οποίες είναι δυνατή η χρήση μιας διακριτής αναπαράστασης μεταβλητών φάσης όπως οι τάσεις και τα ρεύματα. Ως αποτέλεσμα, το MM γίνεται ένα σύστημα λογικών εξισώσεων που περιγράφουν διαδικασίες μετατροπής σήματος. Τέτοια λογικά μοντέλα είναι σημαντικά πιο οικονομικά από τα ηλεκτρικά μοντέλα που περιγράφουν τις αλλαγές στις τάσεις και τα ρεύματα ως συνεχείς συναρτήσεις του χρόνου.
Η χρήση τανυστικών αντικειμένων σχεδίασης καθιστά δυνατή τη χρήση διακοπτικών μεθόδων για την απόκτηση του MM πολύπλοκων τεχνικών συστημάτων.
Μελετώντας σύνθετα συστήματα κομμάτι-κομμάτιεφαρμόζονται σε μεθόδους διακοπτικής έρευνας. Η διαφορά μεταξύ της προσέγγισης διακοπτικού σχεδιασμού και της μπλοκ-ιεραρχικής προσέγγισης είναι ότι η διακοπτική βασίζεται στη χρήση των δομικών χαρακτηριστικών των αναλυόμενων κυκλωμάτων και των πινάκων που τα εκφράζουν και όχι στην υιοθέτηση οποιωνδήποτε απλοποιητικών υποθέσεων. Στις διακοπτικές μεθόδους, τα μαθηματικά μοντέλα χωρίζονται σε μέρη που μπορούν να μελετηθούν ανεξάρτητα.
Η διαίρεση των μαθηματικών μοντέλων σε μέρη καθιστά δυνατό τον εξορθολογισμό και την ελαχιστοποίηση του αριθμού των ανταλλαγών πληροφοριών μεταξύ της RAM και της εξωτερικής μνήμης κατά την ανάλυση πολύπλοκων συστημάτων, καθώς και την επιλογή των πιο πλεονεκτικών τρόπων ανάλυσης για τη μελέτη κάθε τμήματος. Αυτές οι συνθήκες καθιστούν τις διακοπτικές μεθόδους οικονομικές από άποψη χρόνου υπολογιστή και μνήμης RAM.
Μακρομοντελοποίησηαποτελεί τη βάση της κατεύθυνσης που σχετίζεται με την ορθολογική επιλογή μαθηματικών μοντέλων στοιχείων κατά την κατασκευή ενός μαθηματικού μοντέλου ενός συστήματος. Η μακρομοντελοποίηση καθιστά δυνατή τη χρήση πολλών μοντέλων κατά την ανάλυση του ίδιου αντικειμένου, που διαφέρουν ως προς την πολυπλοκότητα, την ακρίβεια και την πληρότητα της εμφάνισης των ιδιοτήτων του αντικειμένου, την πολυπλοκότητα των απαιτούμενων υπολογισμών κ.λπ.
Κατά τη μακρομοντελοποίηση, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις:
επάρκεια του μοντέλου (η εκπλήρωση αυτής της συνθήκης απαιτεί από τον μηχανικό να λάβει υπόψη τους στόχους επίλυσης κάθε συγκεκριμένου προβλήματος και τον βαθμό επιρροής των παραμέτρων των επιλεγμένων στοιχείων στα αποτελέσματα της επίλυσης αυτού του προβλήματος).
μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στη δημιουργία μακρομοντέλων στοιχείων και την περαιτέρω χρήση τους σε σύγκριση με την επίλυση ενός προβλήματος που βασίζεται σε ένα πλήρες μαθηματικό μοντέλο (συνήθως αυτή η προϋπόθεση πληρούται όταν χρησιμοποιούνται μακρομοντέλα για στοιχεία που είναι τυπικά ή, τουλάχιστον, που συναντώνται συχνά σε ένα δεδομένο σύστημα).
Συμβατότητα ανάλυσηςέγκειται στο γεγονός ότι κατά την προσομοίωση διεργασιών που συμβαίνουν στο υπό μελέτη αντικείμενο, σε κάθε στιγμή του χρόνου μοντέλου, οι υπολογισμοί πραγματοποιούνται μόνο για ένα μικρό μέρος του μαθηματικού μοντέλου του αντικειμένου. Αυτό το μέρος περιλαμβάνει εκείνα τα στοιχεία των οποίων η κατάσταση μπορεί να αλλάξει στο επόμενο χρονικό βήμα. Η χρήση της αρχής συμβάντων αυξάνει σημαντικά τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας της ανάλυσης στο λειτουργικό-λογικό και στο επίπεδο του συστήματος σχεδιασμού.
Ορθολογική χρήση των ανθρώπινων ευρετικών ικανοτήτωνστις διαδραστικές διαδικασίες επιτρέπει στον μηχανικό να παρέμβει στην πορεία των υπολογισμών και να επιλέξει τις πιο ελπιδοφόρες συνέχειες με βάση ευρετικές εκτιμήσεις. Αυτό είναι ευεργετικό σε όλες εκείνες τις διαδικασίες σχεδιασμού στις οποίες η τήρηση μόνο τυπικών κριτηρίων για την επιλογή περαιτέρω ενεργειών σχετίζεται με υπερβολικό κόστος χρόνου υπολογιστή. Κατά τη μελέτη σύνθετων στοιχείων και συσκευών αυτοματισμού, χρησιμοποιούνται συχνά μέθοδοι πολυμεταβλητής ανάλυσης και θεωρία ευαισθησίας.
Οι κύριοι τύποι πολυμεταβλητής ανάλυσης σε προβλήματα σχεδιασμού είναι η ευαισθησία και οι στατιστικές αναλύσεις.
Σκοπός ανάλυσης ευαισθησίας- προσδιορισμός των συντελεστών ευαισθησίας, που ονομάζονται επίσης συντελεστές επιρροής:
a ji = δY i /δx i ; b ji = a ji x inom /Y inom (2.1)
όπου a ji και b ji είναι οι απόλυτοι και σχετικοί συντελεστές ευαισθησίας της παραμέτρου εξόδου y j στις αλλαγές στην εσωτερική παράμετρο X i. y inom και x inom - ονομαστικές τιμές των παραμέτρων y j και X i. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης της ευαισθησίας των m παραμέτρων εξόδου σε αλλαγές σε n εσωτερικές παραμέτρους αντιπροσωπεύουν mn συντελεστές ευαισθησίας που συνθέτουν τον απόλυτο ή τον σχετικό πίνακα ευαισθησίας.
Ανάλυση ευαισθησίαςισχύει εάν οι παράμετροι X και Q μπορούν να θεωρηθούν συνεχείς ποσότητες και οι παράμετροι y j είναι διαφοροποιήσιμες συναρτήσεις των ορισμάτων τους X i και q knom.
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ευαισθησίας χρησιμοποιούνται για την επίλυση σημαντικών προβλημάτων όπως η παραμετρική βελτιστοποίηση, ο υπολογισμός των ανοχών και η αξιολόγηση της ακρίβειας των παραμέτρων εξόδου. Είναι από τις τιμές των συντελεστών ευαισθησίας που ο προγραμματιστής διαχωρίζει τις παραμέτρους που επηρεάζουν σημαντικά από αυτές που έχουν μικρή επιρροή, καθορίζει τις κατευθύνσεις των αλλαγών στις εσωτερικές παραμέτρους για τη βελτίωση των παραμέτρων εξόδου και αξιολογεί τις επιτρεπόμενες αποκλίσεις των παραμέτρων X και Q για να πληρούνται οι απαιτήσεις ακρίβειας για τις παραμέτρους Y.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η σταδιακή μέθοδος χρησιμοποιείται για τη λήψη των αποτελεσμάτων μαθηματικών πειραμάτων. Αυτή είναι η κύρια μέθοδος ανάλυσης ευαισθησίας σε αμετάβλητο ML CAD. Μέθοδος
Ο αλγόριθμος της αυξητικής μεθόδου περιλαμβάνει την πρόσβαση στο μοντέλο (n + 1) φορές για τον υπολογισμό του Y, όπου n είναι ο αριθμός των μεταβλητών παραμέτρων, π.χ. τέτοιες παραμέτρους (ή q k), η επίδραση των οποίων στο Y μελετάται. Στην πρώτη επιλογή, καθορίζονται οι ονομαστικές τιμές των ορισμάτων και, επομένως, το αποτέλεσμα της πρόσβασης στο μοντέλο θα είναι η ονομαστική τιμή Y nom = (Y 1 nom, Y 2 nom, ..., Y m nom) του διανύσματος Y. Στην επόμενη (i + 1)-η επιλογή μεταξύ των υπόλοιπων n επιλογών, η απόκλιση... x i από την ονομαστική τιμή καθορίζεται για μία μόνο από τις μεταβλητές παραμέτρους. Ως αποτέλεσμα της εκτέλεσης της επιλογής (i + +1)ου, προκύπτει η τιμή Y i = (y 1i , y 2i , ..., y mi) για το διάνυσμα Y, με την οποία η επόμενη i-η στήλη του ο πίνακας απόλυτης ευαισθησίας A i = ( Y i - Y nom)/...x i . Οποιοσδήποτε από τους συντελεστές που βρέθηκαν a ji μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε συντελεστή b ji σύμφωνα με τα δεδομένα εργασίας.
Το κύριο πλεονέκτημα της σταδιακής μεθόδου είναι η ευελιξία της: η μέθοδος είναι εφαρμόσιμη σε οποιαδήποτε συνεχή μαθηματικά μοντέλα.
Ωστόσο, η αυξητική μέθοδος έχει επίσης σημαντικά μειονεκτήματα: χαμηλή ακρίβεια, η οποία είναι χαρακτηριστική για τις πράξεις αριθμητικής διαφοροποίησης. σχετικά υψηλή υπολογιστική πολυπλοκότητα. Η πολυπλοκότητα των υπολογισμών εκτιμάται από τον αριθμό των κλήσεων στο μοντέλο, καθώς ο όγκος των υπολογισμών στα αλγοριθμικά μοντέλα είναι συνήθως μεγάλος και υπερβαίνει σημαντικά την πολυπλοκότητα της εκτέλεσης διαδικασιών για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων των κλήσεων σε μοντέλα. Η αυξητική μέθοδος απαιτεί n + 1 επιλογές για πρόσβαση στο μοντέλο.
Άμεσες και μεταβλητές μέθοδοι. Αυτές οι μέθοδοι ανάλυσης ευαισθησίας είναι λιγότερο ευέλικτες από τη σταδιακή μέθοδο, αλλά μπορούν να βελτιώσουν την ακρίβεια ή να μειώσουν το χρόνο της μηχανής. Βασίζονται στην ενοποίηση ειδικών συστημάτων συνηθισμένων διαφορικών εξισώσεων, σχετίζονται με ειδικό μαθηματικό λογισμικό και χρησιμοποιούνται στο υποσύστημα σχεδιασμού κυκλωμάτων.
Μέθοδος παλινδρόμησης. Στη μέθοδο παλινδρόμησης της ανάλυσης ευαισθησίας, οι συντελεστές ευαισθησίας προσδιορίζονται με συντελεστές παλινδρόμησης που υπολογίζονται στη διαδικασία στατιστικής ανάλυσης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Monte Carlo. Αυτή η μέθοδος απαιτεί πολύ μεγάλο αριθμό υπολογισμών. Η χρήση του είναι ευεργετική εάν σε οποιαδήποτε διαδρομή σχεδιασμού είναι απαραίτητη η επίλυση προβλημάτων τόσο στατιστικής ανάλυσης όσο και ανάλυσης ευαισθησίας. Τότε το κόστος χρόνου επιπλέον του κόστους της στατιστικής ανάλυσης θα είναι αμελητέο.
Στατιστική ανάλυση
Στόχος Στατιστική ανάλυση- λήψη εκτιμήσεων της διασποράς των παραμέτρων εξόδου Y και των πιθανοτήτων να πληρούνται οι καθορισμένες συνθήκες λειτουργίας για το σχεδιασμένο αντικείμενο. Στην περίπτωση αντικειμένων όπως τα συστήματα ουράς, οι ίδιες οι παράμετροι εξόδου έχουν πιθανολογική σημασία, τότε ο στόχος της στατιστικής ανάλυσης είναι ο υπολογισμός τέτοιων παραμέτρων. Οι λόγοι για τη διασπορά των παραμέτρων εξόδου Y είναι η αστάθεια των εξωτερικών παραμέτρων Q και η τυχαία φύση των εσωτερικών παραμέτρων X. Τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης μπορεί να είναι ιστογράμματα των παραμέτρων εξόδου, εκτιμήσεις των μαθηματικών προσδοκιών M j και πρότυπο αποκλίσεις...y j καθεμιάς από τις παραμέτρους εξόδου..y j από τις ονομαστικές τιμές, εκτιμά τους συντελεστές συσχέτισης r ji μεταξύ των παραμέτρων y j και x i, καθώς και τις παραμέτρους εξόδου των συστημάτων ουράς. Τα αρχικά δεδομένα περιλαμβάνουν στατιστικές πληροφορίες για τη διασπορά των εσωτερικών παραμέτρων και δεδομένα τεχνικών προδιαγραφών σχετικά με τα επιτρεπτά εύρη μεταβολών ή τους νόμους κατανομής των εξωτερικών παραμέτρων.
Η στατιστική ανάλυση είναι εξαιρετικά σημαντική, αφού τα αποτελέσματά της καθιστούν δυνατή την πρόβλεψη του ποσοστού απόδοσης των κατάλληλων προϊόντων κατά τη σειριακή παραγωγή τους, δηλ. αξιολογήσει τη σειριακή καταλληλότητα του σχεδιασμένου αντικειμένου. Εάν τα αρχικά δεδομένα αντικατοπτρίζουν τη γήρανση των εσωτερικών παραμέτρων - την αλλαγή τους κατά τη λειτουργία και την αποθήκευση υπό την επίδραση διαφόρων φυσικών και χημικών παραγόντων, τότε τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα για την αξιολόγηση της αξιοπιστίας.
Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι στο CAD για στατιστική ανάλυση είναι η χειρότερη περίπτωση και οι μέθοδοι στατιστικής δοκιμής.
Μέθοδος στη χειρότερη περίπτωση. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των περιοχών πιθανής σκέδασης των παραμέτρων εξόδου χωρίς να εκτιμηθεί η πυκνότητα κατανομής αυτών των παραμέτρων.
Ας δοθεί σε κάποια παράμετρο εξόδου y μια συνθήκη απόδοσης με τη μορφή y< тт. Тогда интерес представляет верхняя граница диапазона рассеяния, так как большие значения у наиболее опасны с точки зрения невыполнения условия работоспособности. Верхняя граница диапазона рассеяния достигается в наихудшем случае, когда все аргументы функциональной зависимости y = f(X) принимают самые неблагоприятные значения. Самым неблагоприятным значением аргумента X i будет максимально возможное значение X imax = x iном + x i при выполнении условий у < тт и dy/dx i >0 ή y > tt και dy/dx i< 0. Самым неблагоприятным значением аргумента X i будет минимальное значение X imin = x iном - x i , если (Y < тт dy/dx i < 0) V (Y >tt dy/dx i > 0). Εδώ x i είναι η ανοχή στην εσωτερική παράμετρο X i. Υποτίθεται ότι τα σημάδια των συντελεστών επιρροής παραμένουν αμετάβλητα εντός της εξεταζόμενης περιοχής.
Ο αλγόριθμος της μεθόδου χειρότερης περίπτωσης περιλαμβάνει τις ακόλουθες δηλώσεις:
Ανάλυση ευαισθησίας, ως αποτέλεσμα της οποίας προσδιορίζονται οι συντελεστές ευαισθησίας dy/dx i.
Ρύθμιση των παραμέτρων X i στις πιο δυσμενείς τιμές.
Υπολογισμός τιμών παραμέτρων εξόδου υπό δυσμενείς εσωτερικές συνθήκες.
Εκτελέστε ανάλυση στη χειρότερη περίπτωση ενός αντικειμένου. Κάθε παράμετρος εξόδου έχει τη δική της χειρότερη περίπτωση. Εάν ένα αντικείμενο χαρακτηρίζεται από m έξοδο και n εσωτερικές παραμέτρους, τότε οι τελεστές 2 και 3 του αλγορίθμου επαναλαμβάνονται m φορές και συνολικά είναι απαραίτητο να εκτελεστούν m + n + 1 επιλογές για την πρόσβαση στο μοντέλο αντικειμένου. Το πλεονέκτημα της μεθόδου της χειρότερης περίπτωσης είναι ότι η εφαρμογή της δεν απαιτεί γνώση των νόμων κατανομής των εσωτερικών παραμέτρων. Αρκεί να γνωρίζουμε μόνο τις ανοχές x i. Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι τα αποτελέσματα της ανάλυσης στη χειρότερη περίπτωση μπορεί να παραπλανήσουν τον χρήστη σχετικά με την πραγματική διασπορά των παραμέτρων εξόδου.
Μέθοδος Monte Carlo (μέθοδος στατιστικής δοκιμής). Αυτή η μέθοδος σάς επιτρέπει να αποκτήσετε πληρέστερες στατιστικές πληροφορίες σχετικά με τις παραμέτρους εξόδου του υπό μελέτη αντικειμένου. Ο αλγόριθμος της μεθόδου στατιστικής δοκιμής περιλαμβάνει τους ακόλουθους κύριους τελεστές:
Συσσώρευση στατιστικών ποσών.
Επεξεργασία των συσσωρευμένων ποσών για τη λήψη των αποτελεσμάτων της στατιστικής ανάλυσης.
Ρύθμιση των τιμών των εσωτερικών και εξωτερικών παραμέτρων (επιχειρήματα για την εξάρτηση του Y από τα X και Q στην επόμενη στατιστική δοκιμή).
Οι τελεστές 1-3 εκτελούνται σε κάθε δοκιμή και μπορούν να παραλληλιστούν. Ο χειριστής 4 ολοκληρώνει τη στατιστική ανάλυση. Η ρύθμιση των τιμών των τυχαίων παραμέτρων πραγματοποιείται σύμφωνα με τους νόμους κατανομής τους. Υπορουτίνες για τη δημιουργία ψευδοτυχαίων αριθμών για ποσότητες που κατανέμονται σύμφωνα με νόμους όπως κανονικό, ομοιόμορφο, εκθετικό είναι διαθέσιμες ως μέρος του γενικού λογισμικού των περισσότερων υπολογιστών. Ωστόσο, στην πρακτική σχεδιασμού μπορεί να υπάρχουν προβλήματα με συσχετισμένα αρχικά δεδομένα που έχουν οποιαδήποτε κατανομή. Συχνά, τα αρχικά δεδομένα λαμβάνονται ως τα αποτελέσματα της μέτρησης των παραμέτρων σε μια παρτίδα προϊόντων και παρουσιάζονται με τη μορφή ιστογραμμάτων. Στη συνέχεια, συνιστάται η κατασκευή ενός αλγόριθμου για τον καθορισμό τιμών τυχαίων παραμέτρων με βάση τον ακόλουθο μετασχηματισμό: X = 0(AZ), όπου 0 είναι ο τελεστής μετατροπής των τιμών των κανονικά κατανεμημένων ποσοτήτων σε τιμές εσωτερικών παραμέτρους που έχουν δώσει κατανομές. Το Z είναι μια πραγματοποίηση ενός n-διάστατου μη συσχετισμένου τυχαίου διανύσματος, τα στοιχεία του οποίου έχουν κανονικοποιημένη κανονική κατανομή, δηλ. χαρακτηρίζεται από μηδενικές μαθηματικές προσδοκίες και μοναδιαίες διακυμάνσεις. X - υλοποίηση ενός n-διάστατου τυχαίου διανύσματος εσωτερικών παραμέτρων στην επόμενη στατιστική δοκιμή. Το A είναι ο πίνακας μετατροπής του διανύσματος Z σε ένα κανονικό διάνυσμα με συσχετισμένα στοιχεία.
Μεθοδολογία απόκτησης μαθηματικών μοντέλων στοιχείων και συσκευών αυτοματισμού
Γενικά, η διαδικασία για τη λήψη μαθηματικών μοντέλων στοιχείων και συσκευών περιλαμβάνει τις ακόλουθες πράξεις:
Μοντελοποίηση τεχνικών αντικειμένων σε μετα-επίπεδο
Σε μετα-επίπεδο, χρησιμοποιείται μια διευρυμένη μαθηματική περιγραφή αντικειμένων.
Μία από τις πιο γενικές προσεγγίσεις για την ανάλυση αντικειμένων σε μετα-επίπεδο είναι λειτουργική μοντελοποίηση, που αναπτύχθηκε για την ανάλυση συστημάτων αυτόματου ελέγχου. Αυτή η προσέγγιση κάνει μια σειρά από απλοποιητικές υποθέσεις. Πρώτον, σε μετα-επίπεδο, καθώς και σε επίπεδο μακρο, ένα αντικείμενο αναπαρίσταται ως ένα σύνολο στοιχείων που συνδέονται μεταξύ τους με περιορισμένο αριθμό συνδέσεων. Σε αυτή την περίπτωση, για κάθε στοιχείο, οι συνδέσεις χωρίζονται σε εισόδους και εξόδους. Δεύτερον, τα στοιχεία θεωρούνται μονοκατευθυντικά, δηλ. εκείνα στα οποία τα σήματα εισόδου μπορούν να μεταδοθούν στις εξόδους, αλλά τα σήματα στις εξόδους δεν μπορούν να επηρεάσουν την κατάσταση των εισόδων μέσω των εσωτερικών συνδέσεων του στοιχείου. Σε αυτή την περίπτωση, οι αλλαγές στις μεταβλητές φάσης ονομάζονται σήματα. Τρίτον, η κατάσταση οποιασδήποτε εξόδου δεν εξαρτάται από το φορτίο, δηλ. σχετικά με τον αριθμό και τον τύπο των στοιχείων που συνδέονται σε αυτήν την έξοδο. Τέταρτον, η κατάσταση οποιασδήποτε σύνδεσης χαρακτηρίζεται όχι από δύο, αλλά από μία μεταβλητή φάσης (τύπος δυναμικού ή τύπος ροής), η οποία προκύπτει άμεσα από την προηγούμενη υπόθεση.
Η υιοθέτηση τέτοιων υποθέσεων οδηγεί σε απλοποίηση των μαθηματικών μοντέλων στοιχείων και μεθόδων απόκτησης μαθηματικών μοντέλων συστημάτων.
Η λειτουργική μοντελοποίηση χρησιμοποιείται ευρέως για την προσομοίωση αναλογικού ηλεκτρονικού εξοπλισμού. αυτόματα συστήματα ελέγχου και ρύθμισης με στοιχεία όχι μόνο ηλεκτρικά αλλά και άλλης φύσης. ενεργειακά συστήματα, η λειτουργία των οποίων συνδέεται με τη μεταφορά ενέργειας, ορμής, πίεσης κ.λπ. μεταξύ τμημάτων συστημάτων.
Μια άλλη αρκετά γενική προσέγγιση για την ανάλυση αντικειμένων σε μετα-επίπεδο είναι η αναπαράστασή τους μοντέλα συστημάτων ουράς(SMO). Τα μοντέλα QS ισχύουν σε όλες τις περιπτώσεις όπου το υπό μελέτη αντικείμενο προορίζεται να εξυπηρετήσει πολλά αιτήματα που λαμβάνονται από το QS σε ακανόνιστες ώρες. Ένα χαρακτηριστικό των μοντέλων QS είναι η παρουσία σε αυτά στοιχείων δύο διαφορετικών τύπων: συσκευές εξυπηρέτησης, που αλλιώς ονομάζονται πόροι, και αιτήματα, που ονομάζονται επίσης συναλλαγές.
Η ροή των αιτήσεων χαρακτηρίζεται από τους χρόνους παραλαβής των αιτήσεων. Στη γενική περίπτωση, η ροή μπορεί να θεωρηθεί ως μια τυχαία διαδικασία που ορίζεται από τη συνάρτηση κατανομής των χρονικών διαστημάτων μεταξύ των στιγμών άφιξης δύο γειτονικών αιτημάτων. Το κύριο χαρακτηριστικό της ροής των εφαρμογών είναι η ένταση I, ίση με τον μέσο αριθμό εφαρμογών που φτάνουν ανά μονάδα χρόνου (I/s = T - το μέσο χρονικό διάστημα μεταξύ των αφίξεων δύο γειτονικών εφαρμογών).
Η λειτουργία της συσκευής σέρβις χαρακτηρίζεται από τη διάρκεια των αιτημάτων σέρβις - το χρονικό διάστημα που απαιτείται για τη συντήρηση. Στη γενική περίπτωση, αυτή είναι μια τυχαία μεταβλητή που χαρακτηρίζεται από κάποιο νόμο κατανομής. Η μαθηματική προσδοκία αυτού του νόμου κατανομής είναι ο μέσος χρόνος για την εξυπηρέτηση ενός αιτήματος.
Οι νόμοι κατανομής των τυχαίων μεταβλητών κατά τη μοντελοποίηση του QS μπορεί να είναι αυθαίρετοι, αλλά οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες κατανομές είναι οι εκθετικές, οι κατανομές δ-ερλάνγκ και οι κανονικές. Η μοντελοποίηση μιας ακολουθίας τυχαίων αριθμών (στο QS αυτά είναι τα χρονικά διαστήματα μεταξύ της παραλαβής των αιτήσεων και του χρόνου εξυπηρέτησης), που κατανέμεται σύμφωνα με έναν δεδομένο νόμο, πραγματοποιείται με βάση έναν αισθητήρα αριθμών λογισμικού με ομοιόμορφη κατανομή στην περιοχή από 0 έως 1.
Τα μοντέλα QS θα πρέπει να περιγράφουν τις διαδικασίες των εφαρμογών που διέρχονται από το QS. Η κατάσταση του συστήματος σε κάθε χρονική στιγμή εκφράζεται από ένα σύνολο μεταβλητών (αναλόγων μεταβλητών φάσης), οι οποίες είναι κυρίως διακριτές στη φύση. Έτσι, η κατάσταση της συσκευής εξυπηρέτησης περιγράφεται από τη μεταβλητή k, η οποία μπορεί να λάβει μία από τις δύο πιθανές τιμές - "ελεύθερο", "απασχολημένο", καθώς και το μήκος των ουρών στις εισόδους της συσκευής εξυπηρέτησης. Μπορεί να υπάρχουν πολλές ουρές αν το QS περιέχει εφαρμογές πολλών διαφορετικών τύπων (προτεραιότητες). Η κατάσταση κάθε αιτήματος περιγράφεται από μια μεταβλητή, οι τιμές της οποίας μπορεί να είναι "υπηρεσία" ή "αναμονή". Το αποτέλεσμα της ανάλυσης του QS θα πρέπει να είναι οι τιμές των παραμέτρων εξόδου (τυπικές παράμετροι εξόδου είναι η παραγωγικότητα του QS, ο μέσος και μέγιστος χρόνος για αιτήματα εξυπηρέτησης, τα μέσα μήκη των ουρών και οι συντελεστές φορτίου των συσκευών εξυπηρέτησης, τις πιθανότητες εξυπηρέτησης των αιτημάτων εντός καθορισμένου χρόνου κ.λπ.). Τα αρχικά δεδομένα για τη μοντελοποίηση εκφράζονται από τις παραμέτρους των συσκευών εξυπηρέτησης και τις παραμέτρους των πηγών αιτημάτων. Τυπικά, τα μοντέλα εξυπηρετητών και οι πηγές αιτημάτων αντιπροσωπεύουν νόμους κατανομής τέτοιων ποσοτήτων όπως ο χρόνος εξυπηρέτησης ενός αιτήματος, το χρονικό διάστημα μεταξύ της εμφάνισης των αιτημάτων. Επομένως, οι εσωτερικές και εξωτερικές παράμετροι, οι τιμές των οποίων υποδεικνύονται στα δεδομένα εξόδου, είναι οι παράμετροι αυτών των νόμων διανομής. Η απόκτηση αρχικών δεδομένων και η διασφάλιση της αξιοπιστίας τους είναι ένα σημαντικό πρόβλημα στην ανάλυση των αντικειμένων σε μετα-επίπεδο.
Τα μαθηματικά μοντέλα του QS μπορούν να είναι αναλυτικά και προσομοιωτικά.
Αναλυτικό μοντέλο QSαντιπροσωπεύει ένα σύνολο από ρητές εξαρτήσεις των παραμέτρων εξόδου από εσωτερικές και εξωτερικές παραμέτρους. Ωστόσο, η απόκτηση αναλυτικών μοντέλων είναι δυνατή μόνο σε ορισμένες περιπτώσεις σχετικά απλού QS. Γενικά, χρησιμοποιούνται μοντέλα προσομοίωσης, παρά το σημαντικό κόστος των υπολογιστικών πόρων που σχετίζονται με την υλοποίησή τους.
Μοντέλο προσομοίωσης QSείναι ένας αλγόριθμος που περιγράφει τις αλλαγές στις μεταβλητές κατάστασης σε μια προσομοιωμένη χρονική περίοδο. Υποτίθεται ότι μια αλλαγή στην κατάσταση οποιασδήποτε μεταβλητής, που ονομάζεται συμβάν, συμβαίνει αμέσως σε κάποια χρονική στιγμή. Μοντελοποίηση προσομοίωσης QS - αναπαραγωγή της ακολουθίας γεγονότων στο σύστημα με την πιθανολογική φύση των παραμέτρων του συστήματος. Η προσομοίωση της λειτουργίας του συστήματος όταν συμβαίνει μεγάλος αριθμός γεγονότων επιτρέπει τη στατιστική επεξεργασία των συσσωρευμένων αποτελεσμάτων και την εκτίμηση των τιμών των παραμέτρων εξόδου.
Ο αλγόριθμος προσομοίωσης QS μπορεί να περιγραφεί εν συντομία ως εξής. Οι πηγές εισόδου των εφαρμογών μετρώνται, με αποτέλεσμα να καθορίζονται οι στιγμές εμφάνισης των εφαρμογών στις εισόδους του QS. Οι πληροφορίες σχετικά με αυτά τα συμβάντα εισάγονται στη λίστα των γεγονότων, η οποία ταξινομείται με βάση τη στιγμή της εμφάνισης των γεγονότων. Στη συνέχεια, η διαδικασία προσομοίωσης ελέγχεται από μια λίστα γεγονότων. Από αυτήν τη λίστα, επιλέγεται το συμβάν που είναι πλησιέστερο σε χρόνο για να συμβεί και προσομοιώνεται η προώθηση της εφαρμογής που σχετίζεται με αυτό το συμβάν στο QS. Η πρόοδος προσομοιώνεται μέχρι να καθυστερήσει το αίτημα σε κάποιο μηχάνημα σέρβις. Εάν ταυτόχρονα το αίτημα εισέλθει στην κατάσταση εξυπηρέτησης, τότε η διάρκεια της υπηρεσίας προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας το μαθηματικό μοντέλο της συσκευής εξυπηρέτησης και, επομένως, η στιγμή εμφάνισης του επόμενου γεγονότος που σχετίζεται με αυτό το αίτημα γίνεται προβλέψιμη. Οι πληροφορίες σχετικά με αυτό το μελλοντικό συμβάν καταγράφονται στη λίστα συμβάντων. Στη συνέχεια, με παρόμοιο τρόπο, επιλέγεται το πλησιέστερο συμβάν από τη λίστα συμβάντων και προσομοιώνεται η συμπεριφορά του αιτήματος που σχετίζεται με αυτό το συμβάν κ.λπ. Κατά τη διαδικασία διέλευσης εφαρμογών μέσω του QS, συσσωρεύονται τα δεδομένα που είναι απαραίτητα για τον μετέπειτα υπολογισμό των παραμέτρων εξόδου.
Επί του παρόντος, διάφοροι τύποι συστημάτων πολλαπλών επεξεργαστών χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε συστήματα αυτοματισμού σχεδιασμού. Ένα χαρακτηριστικό τέτοιων συστημάτων είναι η παρουσία αρκετών υπολογιστικών επεξεργαστών, οι οποίοι, κατά κανόνα, έχουν κοινή μνήμη RAM και κοινές εξωτερικές συσκευές. Τα συστήματα πολλαπλών επεξεργαστών χρησιμοποιούνται όταν είναι σκόπιμο να παραλληλιστεί η διαδικασία υπολογισμού ή να χρησιμοποιηθούν οι ίδιοι υπολογιστικοί πόροι για διαφορετικές εργασίες. Κατά την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας ενός οργανισμού, το CAD θεωρείται ως σύστημα αναμονής.
Δήλωση του προβλήματος της αυτόματης δημιουργίας μαθηματικών μοντέλων συστημάτων σε μακροεπίπεδο
Απαιτήσεις για μεθόδους σε CAD, λόγω των χαρακτηριστικών των μαθηματικών μοντέλων
Η χρήση του MM ενός αντικειμένου με τη μορφή συστήματος μερικών διαφορικών εξισώσεων είναι δυνατή μόνο για πολύ απλά τεχνικά συστήματα, και ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση, η σειρά του προσεγγιστικού αλγεβρικού συστήματος εξισώσεων κατά τη μοντελοποίηση σε τρισδιάστατο χώρο μπορεί να φτάσει τα 10.000.000 ή περισσότερο. Επομένως, κατά τη μοντελοποίηση σε μακροεπίπεδο, εντοπίζονται αρκετά μεγάλα στοιχεία σε ένα τεχνικό σύστημα, τα οποία στη συνέχεια θεωρούνται ως αδιαίρετη μονάδα. Η μόνη συνεχής ανεξάρτητη μεταβλητή (σε σύγκριση με τη μοντελοποίηση μικροεπιπέδου) είναι ο χρόνος. Το μαθηματικό μοντέλο ενός τεχνικού συστήματος σε μακροοικονομικό επίπεδο θα είναι ένα σύστημα ODE.
Στο CAD συνιστάται η χρήση μαθηματικών και εργαλείων λογισμικού που παρέχουν μοντελοποίηση ολόκληρου του φάσματος των σχεδιασμένων αντικειμένων και είναι σε θέση να προσαρμοστούν στις μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας. Αυτές οι ιδιότητες επιτυγχάνονται εάν τα προϊόντα που χρησιμοποιούνται έχουν υψηλό βαθμό ευελιξίας. Η απόκτηση καθολικών μέσων διευκολύνεται από τη χρήση αναλογιών μεταξύ υποσυστημάτων διαφορετικών φυσικών φύσεων και μεταξύ των συστατικών και τοπολογικών εξισώσεων που τα μοντελοποιούν.
Κατά την επιλογή ή την ανάπτυξη μιας μεθόδου ανάλυσης (αλγόριθμος) σε CAD, καθορίζεται πρώτα το πεδίο εφαρμογής της. Όσο ευρύτερο είναι το φάσμα των προβλημάτων που δηλώνονται ως αποδεκτά για επίλυση με αυτή τη μέθοδο, τόσο πιο καθολική είναι η μέθοδος.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, μια σαφής και σαφής διατύπωση περιορισμών στη χρήση της μεθόδου είναι δύσκολη. Είναι δυνατές καταστάσεις όταν πληρούνται οι προσυμφωνημένες προϋποθέσεις για την εφαρμογή της μεθόδου, αλλά δεν επιτυγχάνεται ικανοποιητική λύση στο πρόβλημα. Κατά συνέπεια, η πιθανότητα P επιτυχούς εφαρμογής της μεθόδου σε μια προκαθορισμένη κατηγορία προβλημάτων είναι μικρότερη από μία. Αυτή η πιθανότητα είναι μια ποσοτική αξιολόγηση μιας σημαντικής ιδιότητας μεθόδων και αλγορίθμων που ονομάζεται αξιοπιστία.
Οι αποτυχίες στην επίλυση προβλημάτων μπορεί να εκδηλωθούν στην ανάγκη για επαναληπτική διαδικασία, σε σφάλματα που υπερβαίνουν τις μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές κ.λπ. Τα αίτια των αστοχιών μπορεί να είναι παράγοντες όπως η κακή συνθήκη του MM, η περιορισμένη περιοχή σύγκλισης, η περιορισμένη σταθερότητα. Έτσι, οι επαναλήψεις που χρησιμοποιούν τη μέθοδο του Νεύτωνα κατά την επίλυση συστημάτων μη γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων συγκλίνουν μόνο εάν η αρχική προσέγγιση επιλεγεί σε μια αρκετά μικρή γειτονιά της ρίζας.
Το CAD πρέπει να χρησιμοποιεί αξιόπιστες μεθόδους και αλγόριθμους. Για να αυξήσουν την αξιοπιστία, καταφεύγουν συχνά σε συνδυασμό διαφόρων μεθόδων, αυτόματο παραμετρικό συντονισμό μεθόδων κ.λπ. Τελικά, επιτυγχάνονται τιμές P ίσες ή κοντά στη μονάδα.
Η χρήση μεθόδων με P = 1, αν και ανεπιθύμητη, επιτρέπεται σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις υπό την υποχρεωτική προϋπόθεση ότι αναγνωρίζεται μια λανθασμένη λύση στο πρόβλημα και δεν υπάρχει κίνδυνος να παρεξηγηθεί μια τέτοια λύση με τη σωστή.
Οι μέθοδοι και οι αλγόριθμοι ανάλυσης, καθώς και η MM, υπόκεινται σε απαιτήσεις για ακρίβεια και αποτελεσματικότητα. Η ακρίβεια χαρακτηρίζεται από το βαθμό σύμπτωσης μεταξύ της ακριβούς λύσης των εξισώσεων ενός δεδομένου μοντέλου και της κατά προσέγγιση λύσης που λαμβάνεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο που αξιολογείται και η αποτελεσματικότητα χαρακτηρίζεται από το κόστος των υπολογιστικών πόρων για την εφαρμογή της μεθόδου (αλγόριθμος).
Οι εκτιμήσεις της ακρίβειας και της αποτελεσματικότητας μπορούν να είναι θεωρητικές και πειραματικές.
Οι θεωρητικές εκτιμήσεις των σφαλμάτων, η πολυπλοκότητα των απαιτούμενων υπολογισμών και οι όγκοι που εμπλέκονται στην επεξεργασία συστοιχιών πραγματοποιούνται συνήθως κάνοντας μια σειρά απλοποιητικών υποθέσεων σχετικά με τη φύση των χρησιμοποιούμενων MM. Παραδείγματα περιλαμβάνουν υποθέσεις σχετικά με την ομαλότητα ή τη γραμμικότητα των λειτουργικών εξαρτήσεων, τις μη συσχετισμένες παραμέτρους κ.λπ. Παρά την προσέγγιση των θεωρητικών εκτιμήσεων, έχουν σημαντική αξία, καθώς συνήθως χαρακτηρίζουν την αποτελεσματικότητα της εφαρμογής της υπό μελέτη μεθόδου όχι σε ένα συγκεκριμένο μοντέλο, αλλά σε μια συγκεκριμένη κατηγορία μοντέλων. Για παράδειγμα, είναι θεωρητικές μελέτες που καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό του τρόπου με τον οποίο το κόστος του χρόνου υπολογιστή εξαρτάται από τη διάσταση και τις προϋποθέσεις του MM κατά την εφαρμογή μεθόδων αριθμητικής ολοκλήρωσης συστημάτων ODE.
Ωστόσο, οι θεωρητικές εκτιμήσεις είναι βολικές για τον προσδιορισμό της φύσης τέτοιων εξαρτήσεων, αλλά οι αριθμητικές τιμές των δεικτών απόδοσης για συγκεκριμένες περιπτώσεις μπορεί να είναι πολύ κατά προσέγγιση.
Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται επίσης πειραματικές εκτιμήσεις που βασίζονται στον προσδιορισμό των δεικτών απόδοσης σε ένα σύνολο ειδικά διαμορφωμένων MM, που ονομάζονται δοκιμαστικά. Τα δοκιμαστικά MM θα πρέπει να αντικατοπτρίζουν τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των μοντέλων της κατηγορίας αντικειμένων που σχετίζονται με την υπό εξέταση θεματική περιοχή. Τα αποτελέσματα των δοκιμών χρησιμοποιούνται για συγκριτική αξιολόγηση μεθόδων και αλγορίθμων κατά την επιλογή τους για εφαρμογή σε λογισμικό CAD.
