Особенности автоинтерактивного конструирования средствами малых ЭВМ и АРМ

Средства и системы автоматизированного конструирова­ния, отличаясь принципами построения, способами реализации своих функций, степенью автоматизации и режимами использова­ния, обеспечивают следующие методы конструирования:

а) автоматизацию подготовки выпуска конструкторской доку­ментации по «ручным» эскизам, введенным в систему средствами цифрового преобразования графической информации;

б) автоматическое конструирование;

в) интерактивное конструирование;

г) автоинтерактивное конструирование

Методы а), в) и г) называют «автоматизированными» метода­ми конструирования.

Выбор методов автоматизированного конструирования зависит от разных факторов, но во многом определяется базовыми техни­ческими средствами.

Реализация метода б) чаще всего осуществляется на базе сред­них и больших ЭВМ типа ЕС 1033, ЕС 1045, ЕС 1061, БЭСМ-6. Для метода а) достаточно малой или микроЭВМ, оснащенной пе­риферийными устройствами ввода, редактирования и вывода текстовой и графической документации.

Методы в) и г) обычно реализуются на автоматизированных рабочих местах, рабочих инженерных станциях, интеллектуальных рабочих станциях, диалоговых вычислительных комплексах на базе малых и микроЭВМ, имеющих средства оперативного взаимодействия на текстовом и графическом уровнях.

Автоматический метод решения конструкторских задач в режиме пакетной обработки наиболее эффективен и целесообразен для следующих задач:

A1. Задачи, на решение которых требуются большие затраты машинного времени.

А2. Задачи, при решении которых практически не требуется ни наблюдения за ходом, ни вмешательства в процессе решения.

A3. Задачи, результаты решения которых представляют собой числовой или текстовой материал, удобный для чтения и про­смотра.

Результаты решения этих задач могут выводиться на алфавит­но-цифровые печатающие устройства и графопостроители.

Трудности формализации процессов конструирования МЭА и исключение конструкторов из технологического цикла автоматизированного проектирования часто делают нецелесообразным создание автоматических систем проектирования. По мере развития вычислительной техники, теории и методов автоматизации конструирования такие системы для определенных видов конструкций МЭА могут стать эффективными.

Быстрое и широкое распространение в 80-е годы малых ЭВМ, микроЭВМ, микропроцессорной техники, дисплейных средств, уст­ройств ввода и вывода графической информации создало предпо­сылки для разработки и внедрения в практику конструирования МЭА интерактивных методов.

В интерактивном режиме проектирования с помощью дисплей­ных средств наиболее эффективно и целесообразно решаются следующие задачи:

Б1. Задачи, в которых важно визуальное, изобразительное или графическое представление вводимых или выводимых данных.

Б2. Задачи, время решения которых мало (несколько минут).

БЗ. Задачи, требующие небольшого количества входных дан­ных, вводимых с графического дисплея

Б4. Задачи, в процессе решения которых важны оценка резуль­татов, принятие решения и вмешательство конструктора-операто­ра в режиме оперативного взаимодействия в процесс решения с помощью дисплейных средств

При автоматизированном конструировании МЭА часто требуется решать задачи со свойствами, характерными одновременно А1 и Б1, А1 и БЗ и др. При решении таких задач не дает положи­тельного эффекта ни метод б), ни метод в). Для решения этой проблемы предложен и разработан авто интерактивный метод кон­струирования на базе технических средств АРМ.

Автоинтерактивный режим представляет собой специально ор­ганизованное, в рамках непрерывного технологического процесса автоматизированного конструирования, сочетание в любых после­довательностях и пропорциях автоматических вычислений по про­граммам, реализующим типовые (стандартные) проектные проце­дуры, и взаимодействий конструктора- оператора с системой в ин­терактивном режиме для разрешения не формализуемых задач, оценки результатов, принятия решений и директивных указаний по режимам и условиям дальнейшего конструирования.

При реализации автоинтерактивного режима конструирования микроэлектронных блоков средствами АРМ на базе СМ ЭВМ за­ложены следующие принципы.

В автоинтерактивном режиме конструирования возможны задание, получение и выбор наилучшего решения (по формализован­ным, неформализованным и визуальным критериям) из опреде­ленного множества вариантов, рассчитываемых в автоматическом режиме, т. е. возможно многовариантное конструирование.

Автоинтерактивный режим позволяет не накапливать неразре­шимые в автоматическом режиме задачи до конца автоматических вычислений, а решать их конструктору-оператору по мере их воз­никновения, переходя в интерактивный режим путем прерывания автоматических вычислений на время разрешения «конфликтной проектной ситуации». Такой режим конструирования создает ус­ловия для гарантированной завершенности проектов в едином тех­нологическом цикле автоматизированного конструирования. Например, на таком принципиальном этапе разработки конструкции, как трассировка соединений одно-, двусторонних интегральных и печатных плат МЭА, за счет того, что непротрассированные в ав­томатическом режиме соединения не накапливаются до окончания задачи, а трассируются в интерактивном режиме по мере их возникновения, возможна разводка всех соединений при достиже­нии, предельной плотности монтажа. При этом следующие соединения могут трассироваться в автоматическом режиме. Если в задаче трассировки соединений не возникает «конфликтов», то она может быть решена в автоматическом режиме.

В автоинтерактивном режиме можно задавать и отменять кон­трольные точки, в которых конструктору будут предъявляться результаты автоматического выполнения типовых проектных про­цедур и в которых он будет производить оценку полученных ре­зультатов или изменять условия и ход процесса конструирования по своему усмотрению.

При конструировании в автоинтерактивном режиме предпочтительно выполнение формализованных и проверенных на практике проектных процедур в режиме автоматического счета, а оценку, корректировку и управление процессом конструирования предпочтительней производить в режиме оперативного взаимодействия конструктора с системой.

Практика создания автоинтерактивной системы конструирования гибридно-интегральных и печатных узлов МЭА показала, что ранее разработанные алгоритмы решения конструкторских задач в автоматическом режиме или в режиме диалога через алфавитно-цифровые дисплеи в автоинтерактивной системе конструирования не применимы, так как не отвечают одновременно условиям задач А1, А2, A3 и Б1, Б2, БЗ, Б4 или требуют существенной дора­ботки.

Рассмотрим некоторые общие требования к алгоритмам автоинтерактивной системы конструирования. Проектные алгоритмы должны выполняться достаточно быстро (от секунд до несколь­ких минут). При этом допустимо снижение качества получаемых результатов по формальным (обычно косвенным) критериям, так как в автоинтерактивном режиме за достижением требуемого ка­чества результатов проектирования следит конструктор.

Алгоритмы должны выдавать всю необходимую (дифферен­циальную и интегральную) информацию о ходе и результатах кон­струирования преимущественно в графическом виде для того, что­бы конструктор мог оценить и принять решение по полученным результатам.

Для повышения эффективности и снижения трудоемкости ре­шения задач конструирования в автоинтерактивном режиме ал­горитмы конструирования и информационные средства системы автоматизированного конструирования должны помогать конструк­тору быстро оценивать ситуации при тех или иных его указаниях, предоставляя ему конструктивные ответы на такие вопросы: мо­жет ли данный элемент или печатный (пленочный) проводник быть размещен на плате? Если да, то в каком месте платы? Ес­ли нет, то может ли этот элемент или проводник быть размещен после сдвига, перестановки или снятия какого-либо из уже раз­мещенных элементов или соединений? Каковы наибольшие габа­риты элемента или конфигурация проводника, размещение которо­го возможно на данном шаге? Какова его площадь или длина и так далее?

Сформулированные вопросы хотя и представляются тривиаль­ными, но с учетом требований автоинтерактивного режима конст­руирования ответ на них требует решения сложных алгоритмиче­ских задач.

Оптимизация результатов конструирования в автоинтерактив­ном режиме - процесс итеративный, поэтому после каждой ите­рации система должна получить ответ на вопрос: «Зафиксировать новый результат конструирования или оставить старый?» В авто­матическом режиме на этот вопрос система автоматизированного конструирования отвечает сама исходя из заложенных при ее раз­работке критериев оценки качества, в автоинтерактивном режиме право ответа предоставляется конструктору. Это требует от систе­мы предоставления конструктору следующих возможностей:

проведения сравнения характеристик нового и старого вари­антов конструкции;

выдачи перечня изменений, произведенных при переходе от старого варианта конструкции к новому (перемещение элементов или проводников, изменение ориентации или конфигурации, уда­ление элементов или проводников и т. п.);

представления эскизов и другой графической информации о старом и новом вариантах конструкции.

Оценивая и анализируя полученные варианты проекта, конст­руктор принимает решения о дальнейшем ходе конструирования. Изменение результатов проектирования в автоинтерактивном ре­жиме может производиться конструктором в интерактивном ре­жиме и автоматически. Конструктору должны быть предоставле­ны исчерпывающие возможности взаимодействия с системой. Эти взаимодействия определяются характером решаемых задач. На этапе размещения элементов это, например, следующие возможности: перемещение элемента; перестановка элемента; изменение ориентации элемента; изменение конфигурации элемента (напри­мер, для пленочных резисторов и конденсаторов); увеличение или уменьшение промежутков между элементами; переназначение кон­тактов элемента и др.

В автоинтерактивном режиме пропорции сочетания автомати­ческих и интерактивных процедур могут изменяться в широком диапазоне: от полностью автоматического проектирования до ин­терактивного «рисования». Однако даже при автоматическом ре­шении ряда проектных задач от конструктора требуется оценка полученных результатов и принятия решения по управлению про­цессом конструирования.

При интерактивном разрешении проектных задач степень влияния конструктора на формирование решений намного больше, так как конструктор-оператор системы проектирования может совер­шить ошибку при вводе, корректировке или оценке информации, а это приводит к необратимым искажениям проекта. Чтобы исклю­чить «сбои» в интерактивном режиме взаимодействия, необходимо постоянно алгоритмически контролировать корректность действий конструктора. Это также дополнительное требование к организа­ции процессов конструирования в интерактивном режиме.