1.2 Классификация задач структурного синтеза

Существуют различные способы классификации задач структурного синтеза.

В зависимости от стадии проектирования раз­личают следующие процедуры структурного синтеза: выбор основных принципов функционирования проектируемой сис­темы, выбор технического решения в рамках заданных принципов функционирования, выпуск технической докумен­тации.

В зависимости от типа синтезируемых структур раз­личают задачи одномерного, схемного и геометрического синтеза.

В зависимости от возможностей формализации раз­личают задачи, в которых возможен полный перебор изве­стных решений, задачи, которые не могут быть решены путем полного перебора за приемлемое время, задачи поиска вариантов структур в счетном множестве допустимых вариантов и задачи синтеза, решение которых является про­блематичным.[3]

1.3 Особенности решения задач структурного синтеза

Процесс проектирования структуры сложного техниче­ского объекта представляет собой многоэтапную процеду­ру, осуществляемую по блочно-иерархическому принципу:

Этап 1. Построение допустимого множества (катало­га) принципиально возможных типов, входящих в объект элементов. Примерами могут служить: каталоги типовых конфигураций интегральных транзисторов в САПР больших интегральных схем; каталог допустимых микропро­цессорных модулей, секций памяти и интерфейсного обрамления в САПР микропроцессорных систем; каталог типовых проектов в САПР плитно-балочных разрезных мостов и др. Каталоги входят в состав информационного обеспечения САПР.

Этап 2. Выбор множества допустимых систем элемен­тов, используемых при структурном синтезе объекта. По­скольку различные элементы, входящие в каталог приме­няемых элементов, могут быть реализованы на основе разнообразных физических принципов и с помощью различных технических решений, не все элементы могут стыковаться друг с другом. Поэтому основной задачей данного этапа является определение требований к параметрам и принци­пам функционирования отдельных элементов, входящих в состав проектируемого объекта.[4]

Этап 3. Построение вариантов структур объекта с учетом их технической реализации. Здесь должны быть из­вестны состав элементов, правила их соединения между собой и способ определения по структуре синтезируемого объекта функции, которую он реализует.

При структурном синтезе объектов небольшой сложно­сти возможно построение полного множества допустимых структур объекта (для реализации полного перебора ва­риантов). При этом в ЭВМ должны быть заложены пра­вила генерации всех вариантов структур проектируемого объекта.

При синтезе сложных объектов прямой перебор уже невозможен и необходима разработка процедур и алгорит­мов направленного поиска оптимальной структуры синте­зируемого объекта. Эти процедуры обычно базируются на использовании методов математического программирова­ния (в основном — дискретного программирования), по­следовательных и итерационных алгоритмов синтеза, сете­вых и графовых моделей проектирования, а также методов теории эвристических решений и методов решений изобре­тательских задач.

Этап 4. Оценка вариантов и выбор компромиссной структуры синтезируемого объекта. Как правило, оценка варианта структуры требует формирования и анализа ма­тематической модели синтезированной структуры объекта и выполнения параметрической оптимизации, так как для объективной оценки сравнивать варианты структуры имеет смысл при оптимальных значениях параметров. Эти про­цедуры сложны и громоздки, в связи, с чем полный перебор вариантов при таком подходе практически неосуществим.

Для уменьшения сложности этого этапа целесообразно либо использовать косвенные критерии предпочтения ва­риантов, либо искать оценки варианта структуры без иссле­дования громоздких математических моделей. При таком подходе вводят параметр, характеризующий качество объекта. Это может быть число элементов в объекте, его стоимость, занимаемый объем, максимальное число эле­ментов, находящихся в активном состоянии (мощность), вероятность выхода из строя, максимальная длина про­водников (в задачах размещения и трассировки) и т. д.

Другим путем уменьшения сложности решения задачи структурного синтеза является организация диалогового режима разработчика с ЭВМ па 3-м и 4-м этапах синтеза. При этом разработчик сам решает, какие программы ана­лиза и оптимизации будет использовать для оценки ва­риантов. Сокращение времени на получение решения в диалоговом режиме происходит за счет эвристических спо­собностей человека, за счет возможности прерывания по­строения заведомо бесперспективного варианта структуры и за счет поиска не оптимального, а допустимого вариан­та синтезируемого объекта.

Этап 5. Коррекция технического задания. Под кор­рекцией ТЗ понимают изменения заданных ограничений в тех случаях, когда не существует вариантов проектируемо­го объекта, обеспечивающих требуемое ограничение. Если коррекция произведена, то соответствующие этапы проек­тирования повторяют при новых значениях ограничений.

Объем решаемых на каждом этапе задач настолько ве­лик, что проведение исследований в полном объеме не­возможно без средств автоматизации проектирования. При этом на различных этапах к разработкам привлекаются различные специализированные коллективы научных ра­ботников и инженеров. Следует отметить, что при проекти­ровании отдельных элементов, устройств и подсистем, вхо­дящих в состав проектируемого сложного объекта, следует проводить их анализ и синтез на различных уровнях. В процессе проектирования приходится учитывать суще­ствующие многократные перекрестные связи между эле­ментами, что существенно усложняет задачу структурного синтеза.

Исходя из вышесказанного, следует, что особенность за­дач структурного синтеза заключается в том, что для по­лучения оптимального варианта структуры проектируемого объекта необходимо наличие его математической модели, представляющей собой формальное описание множества структур объекта на принятом уровне детализации. В этом случае задача структурного синтеза сводится к выбору компромиссного варианта в счетном множестве.[4]