19.3. Об автоматизации системотехнического проектирования

Системы автоматизированного проектирования (САПР) долж­ны привести к резкому уменьшению затрат на проектирование систем и улучшению их качества. Системы автоматизированного проектирования базируются обычно на применении ЭВМ (СМ-3, «Наири-2» и др.), обладающих большой памятью, оснащенных устройствами ввода и вывода графической и алфавитно-цифровой информации для осуществления диалогового режима проектиров­щика с ЭВМ. Важной и, пожалуй, определяющей возможности САПР проблемой является соответствующее ПО.

Автоматизация схемотехнического проектирования, включаю­щая проектирование электронных схем, размещение элементов схем на платах, модулях, БИС и трассировку соединений между ними, расчет конструкций элементов и т. п., уверенно и эффектив­но применяется на практике [19.3, 19.4, 19.12].

Серьезные результаты получены при проектировании логичес­ких схем применительно к проектированию ЭВМ [19.5].

Имеются программы, позволяющие проводить в диалоговом ре­жиме расчеты и конструктивную разработку некоторых типов дат­чиков, используемые в учебных целях. Системотехническое проек­тирование ИВК и ИИС, связанное с обоснованием в первую оче­редь метрологических характеристик ТЗ на проектирование си­стемы или комплекса, охватывает большое количество разнообраз­ных методик.

В последующих главах рассматриваются необходимые для обо­снования ТЗ методы анализа точностных и временных характе­ристик ИИС.

Остановимся на важном этапе системотехнического проектиро­вания — формировании технического предложения на проектируе­мую систему. Рассматривать структуры и алгоритмы, позволяю­щие выполнить ТЗ на проектирование системы, следует на основе материала, изложенного в соответствующих разделах книги. Отме­тим, что это рассмотрение и выбор наилучших вариантов структу-

ры и алгоритмов системы производятся большей частью неформа­лизованным путем.

Если структура и алгоритм работы системы выбраны, то мо­жет быть формально поставлена задача определения набора уст­ройств из числа устройств, выпускаемых промышленностью (на­пример, входящих в агрегатные комплексы ГСП) и совместимых между собой. Решение этой задачи определяет суть метода про­ектной компоновки систем.

Остановимся на одном из формальных путей постановки и ре­шения задачи проектной компоновки системы.

Положим, определено, что проектируемая система должна вы­полнить множество операций получения, преобразования, переда­чи и выдачи измерительной информации А~(щ, ..., щ, ..., ая). Каждая /-я операция характеризуется заданным качеством выпол­нения а_;-=(а/,, ..., ац, ..., а_/т).

Имеется совокупность устройств В=(Ь\, ..., bi, ..., b_L), харак­теризующихся параметрами р/(рл, —, Р/«, ■•-, (W, Q) (здесь Ci—стоимость). Устройство bi может выполнить операцию щ, если {Рк^а;/}*=1,.... т. Таким образом, на множестве АуСВ задано отно­шение выполнимости операций множества А устройствами из Я. В матрице АУ(В=\\хц\\ #«=1, если bi выполняет операцию щ с заданным качеством, и л',7=0 в противоположном случае. Услови­ем выполнимости всех операций из А подмножествами устройств B_q (их может быть несколько), содержащими bi, является хц=\ для всего множества А. Затем определяется такой набор {bi}—B_q, для которого, положим, суммарная стоимость будет ми­нимальной: 5(£_д)=гщп2С_г.

Рис. 19.1. Структура ИС

Далее приводится упрощенный пример комплектации простей­шей измерительной системы с тензорезисторами и термопарами, которая должна измерять 20 раз в секунду показания 100 датчи­ков с погрешностью (без учета погрешности датчиков) ±0,5%, диапазоны измерения температур от +50 до +300 °С, деформа­ции ej+100-Ю"-⁵ относительных единиц; должно быть обеспечено подавление помех на частоте 50 Гц для тензометрии не менее 40 дБ и для измерения температур (сигналы термопар Е) не ме­нее 100 дБ. Была выбрана многоточечная структура ИС (рис. 19.1), в которой выполняется следующий алгоритм работы:

*(i = 0) {[1(в₁/Д^₁)||...||1(в_//Л^_/)1к-Р4-_и./Д^₁Л1|[1(Л/е,)11-Х Х||1(7^,1/е_/)||...||1(Г_10в/е₁Л}|_гФ_в(1:=г + 1){[1({Л«}/ЛЛ_/)Х

X I (ДЯ,/Ди,) I (A",/A"_iH)] II <I {ЩЬи_м)>} {Ф₀ [Кл (в)] X XI [Au,:/zi (в)] I [S:z_t (в)]} | {Ф₀ [Кл (Т)] X

XI [A"_/Br/z, (Г)] I [S:_Zi (Г)]} со (i = 100) П Ф (Е).

В табл. 19.1 представлен упрощенный пример матрицы IUhII, показывающий выполнение операций (столбцы) устройствами из комплекса АСЭТ ГСП (строки). Из решения взвешенной задачи покрытия, в которой стоимость устройств является весом строки в матрице ||#,-/||, был выбран набор, состоящий из вольтметра В2-22 и коммутатора Ф7100, обладающий стоимостью C_si и наименьшим количеством типов устройств.

Возможен вариант с цифровым мостом (для тензодатчиков) и вольтметром для измерения ЭДС термопар, однако в этом случае

В наборе табл. 19.1 остается непокрытым столбец, соответ­ствующий преобразованию приращения сопротивления тензодатчи-ка в напряжение о погрешностью ±0,1%. Такое устройство нужно проектировать отдельно.

Следует подчеркнуть, что для большинства проектируемых си­стем реальные матрицы \\хи\\ имеют относительно большую раз­мерность. В связи с развитием ГСП количество устройств увеличи­вается, а следовательно, усложняются процедуры проектной ком­поновки систем.

Таблица 19.1. Матрица выполнения проектируемых, преобразований устройств

Устройства ГСП
	Модель	Относи­тельная стои­мость, с1	Pi, %	3>, мс	Рз, ДБ	Тензо
						I ({ДК}/ДЙ.)	I (uK./uUe)
Назначение						"i=±0,5%	«i= ±0,1%
						as=40мс	-
						-	-
Коммутатор АЦП Вольтметр	Ф799-1 Ф7100 Ф240/3 Ф4833 Ф4892 Ф4890 Ф4891 Щ6800-1 Щ1516 В2-22	3,0 1,3 1,9 2,7 2,0 1,7 2,5 4,4 3,6 3,3	+0,2 ±0,1 +0,05 +0,05 +0,05 +0,08 +0,1 +0,08 +0,01 +0,025	1 1,6 20 40 I 10 0,2 40 40 20	8Э 40 60 40	I I 1

Описанный путь определения набора функциональных блоков может применяться только тогда, когда жестко заданы выполняе­мые операции и параметры каждой из них, а следовательно, и тре­бования к характеристикам выбираемых устройств.

Важной является задача подбора устройств, позволяющих при работе в совокупности обеспечить заданные характеристики. По­ложим, заданы: множество операций А=(а_и а₂, ■-, щ, ..., a_N), которые должны быть выполнены системой; множество устройств, выпускаемых промышленностью B=(bi, b₂, ..., Ы, ..., Ьъ), и их стоимости (С_ь С₂, ..., Ci, ..., Ct), суммарная погрешность б₂, время выполнения всех операций fa, рабочий диапазон D. Для каждого устройства bi должны быть известны функции, которые оно выполняет, Di, ti и 6г.

Необходимо выбрать все bi, выполняющие заданные функции {а/} в диапазоне D с погрешностью и быстродействием 6*<6z, ti<Lh. Затем следует произвести оценку погрешности и быстро­действия при соединении между собой устройств Ъ_и оставляя лишь варианты наборов, у которых погрешность и быстродействие не превышают заданных значений.

Во ВНИИЭП был предложен метод прототипного проектиро­вания специализированных ИВК, который позволяет более полно, чем в ИВК широкого применения, учитывать запросы заказчиков. Метод прототипного проектирования заключается в выделении из прототипной системы, обладающей максимально возможной на данное время конфигурацией и набором входящих в нее функцио­нальных блоков и программ, необходимой структуры и программ, удовлетворяющих требованиям ТЗ на конкретную разработку. За­тем предусматривается доработка оперативного ПО, проведение испытаний, анализ характеристик сформированного ИВК. его мет-

вами ГСП

Выполнение СЛСА

	измерения			Термоизм ерения
	I (д17. /Д£/Нг)	1(д£/н./гЕ)	I <{«т/*т£}>	I (ет//Д17н. т)	I (^н.т/гт>
	»i= ±0,1%	а1= ±0,г,%	<*,= ±0,5%	щ= ±0,1%	«i= ±0,5%
	-	ав=40 МС	о.2=40 мс	—	а2=40 мс
	-	а8=40 дБ	—	-	а3=40 дБ
	1 1 1		1 1	1 ] 1

рологическая экспертиза и др. В результате этих работ должны ■быть определены структура и оперативное ПО разрабатываемого варианта ИВК.

На рис. 19.2 приведена схема реализованной во ВНИИЭП про-тотипной системы. На этом рисунке АДС1 и АДС2—адаптеры дис­танционной связи, позволяющие соединить ЭВМ СМ-4 с микро-ЭВМ «Электроника-60» на расстоянии до 1 км коаксиальным ка­белем и с микро-ЭВМ с устройствами измерительными, ввода и вывода информации на 500 м витой телефонной парой. К микро-

<■

'

СР СМ-4

_ж

^

АДС1

ИФУ КАМАК

ил

СР

it

ИФУ

пм

I I

СР СМ-1800

Л

АДС1

С

a-bus

■> с

U-41

^>

<

'

JL

ип

СР

-8. к

a-bus >

ип

ИФУ

пм

ип

АДС2

_kL

АДС2

ип

ип

ИФУ

пм

Рис. 19.2. Прототипная система:

АДС 1, АДС 2 — адаптеры дистанционной связи; ИФУ КАМАК и ИФУ ПМ—интерфейсные узлы стандарта КАМАК и приборной магистрали; ИП — измерительные подсистемы

ЭВМ могут быть подключены дисплей типа ВТА, АЦПУ типа DZM, накопители на магнитной ленте, многоточечные системные •аналого-цифровые устройства (до 10⁵ преобраз./с), коммутатор на •64 точки (10 кГц, 1 В, 0,1%), таймер, интерфейсные устройства для связи с СМ-3 и СМ-4, ЭВМ «Электроника 100/25», с крейтом ■стандарта КАМАК, с приборной магистралью и др.

Создание таких прототипных систем целесообразно для обслу­живания отрасли. Можно утверждать, что с их использованием ■могут быть резко сокращены сроки, достигнута большая прорабо­танность и завершенность проектирования ИВК.

Рассмотрим еще некоторые вопросы, связанные с автоматиза­цией проектирования. Безусловно, целесообразно проводить рабо­ту по созданию банков типовых структур, алгоритмов и математи­ческих моделей, программ анализа и синтеза, имитационного моде­лирования систем. Особенно это полезно для АСУ ТП [19.6], имеющих много типовых решений. Имеется подготовленная систе-

ма поискового конструирования, базирующаяся на использовании банков физических эффектов и технических решений [19.7]. Пред­ставляется интересным распространение идей поискового конструи­рования на проектирование систем.

Известны исследования, направленные на создание общих ме­тодологических основ автоматизации проектирования средств из­мерения [19.8].