для каждой проектной процедуры. Затраты ресурсов могут оцениваться количеством условных операций и объемом требуемой памяти. При получении таких зависимостей трудно учесть ряд факторов, определяемых лишь при последующем проектировании, поэтому зависимости сугубо приближенные часто имеют статистический характер. Зависимости затрат вычислительных ресурсов от характеристик проектируемого объекта и производительности ЭВМ, как правило, привязываются к описаниям соответствующих программ или математических методов. Примером может служить зависимость затрат машинного времени Тм при разработке тестов вероятностным методом:
Тм=Кn3/Б, где К — среднее количество операций, выполняемых при однократном обращении к модели логического элемента, n — число логических элементов в схеме, Б — быстродействие ЭВМ. При использовании ускоряющих приемов событийного или параллельного моделирования значение коэффициента К устанавливается по статистическим данным.
Этап 4 — определение структуры технического обеспечения САПР. Производится выбор одно-, двухили трехуровневой структуры типа локальной вычислительной сети, распределение функций управления и распределение базы данных по уровням структуры или узлам сети, выбор семейств ЭВМ для каждого из уровней. При выборе учитываются приближенные оценки трудоемкости выполнения планируемых проектных работ, имеющийся опыт предприятия по использованию вычислительной техники. Уточняется структура базы данных — ее разделение на интегрированную, локальные и оперативные составляющие.
Этап 5 — выбор ПМК, формулировка заданий на модернизацию существующих или разработку новых ПМК и их компонентов. При выборе используются каталоги программных средств, поставляемых из фондов алгоритмов и программ, имеющиеся средства е САПР данной или родственных отраслей. Исследуются возможности адаптации существующих ПМК к условиям применения в проектируемой САПР. При отсутствии подходящих программных средств формулируются ТЗ на разработку оригинальных программ, пакетов программ или ПМК. Устанавливаются требования к эффективности разрабатываемых программных средств исходя из прогнозов эффективности предполагаемого МО. Если прогнозируемая эффективность недостаточна, то рассматривается вопрос о возможности реализации соответствующих проектных процедур аппаратными средствами. Если принимается решение об использовании специализированных аппаратных средств, то формулируются ТЗ на их разработку.
Этап 6 — распределение проектных процедур и операций по узлам вычислительной сети или по уровням комплекса технических средств. Другими словами, производится отображение структуры маршрутов проектирования на структуру технического обеспечения.
Этап 7 — оценка количества оборудования. Используя оценки параметров программно-технических комплексов, полученные на этапах 4 и 5, можно рассчитать по зависимостям, выявленным на этапе 3, потребности в вычислительных ре-
18
сурсах, обеспечивающих варианты одного проекта для каждого класса проекти-
руемых объектов. Эти потребности пересчитываются в общие потребности для удовлетворения всего потока заявок на проектирование с учетом данных, полученных на этапе 1. Результаты расчетов позволяют установить количество единиц оборудования тех типов, которые выбраны на этапе 4. Другими словами, на этом этапе устанавливаются потребные количества ЭВМ, входящих в многомашинный ЦБК, автоматизированных рабочих мест, мини и микроЭВМ в ИГК.
Этап 8 — выбор структуры и метода доступа к вычислительной сети. На этом этане выбираются способы связи ЭВМ и рабочих мест между собой с учетом данных, полученных на предыдущих этапах и касающихся интенсивностей связей узлов и уровней САПР между собой.
Этап 9 — составление модели, имитирующей функционирование САПР. Структура модели определяется результатами этапов 2, 4, 6, 7, 8. Технические средства САПР отображаются в модели в виде обслуживающих аппаратов, выполняемые проекты — в виде заявок, маршруты проектирования — в виде путей прохождения заявок между обслуживающими аппаратами и узлами сетевой имитационной модели (СИМ). Генерируемые заявки имеют параметры, характеризующие тип и сложность проектируемого объекта. Интенсивность генерации заявок определяется данными, получаемыми на этапе I. Времена обслуживания в устройствах задаются в СИМ с учетом параметров обслуживающих аппаратов, соответствующих данным этапов 4 и 5, и параметров приходящих заявок. В СИМ отображается также некоторая дисциплина обслуживания заявок, характеризующая очередность выполнения работ в подразделениях предприятия. Модель выражается на одном из языков имитационного моделирования.
Этап 10 — выполнение численных экспериментов с СИМ и корректировка проекта САПР по их результатам. Результатами моделирования являются оценки производительности САПР, сроков выполнения проектов, коэффициентов загрузки оборудования, длин очередей и т. п. для выбранной структуры САПР и дисциплины обслуживания. Следовательно, определяется степень правильности решений, принятых на этапах 4 ... 8, и приемлемость принятой дисциплины обслуживания, выявляются «узкие места» проекта. По этим результатам вносятся изменения в проект САПР, при необходимости повторяется процедура верификации путем численного экспериментирования с имитационной моделью.
Этап 11 — технико-экономический анализ проекта, его оформление и утверждение. Определяется стоимость реализации проекта, если она превышает заданное значение, то принимаются решения по уменьшению числа единиц оборудования в САПР, по отказу от проектирования оригинальных программнометодических комплексов с рассмотрением возможности адаптации существующих комплексов. Возможен переход на эволюционный путь реализации проекта с сохранением неавтоматизированных способов выполнения некоторых процедур и т. п. При этом вновь возвращаются к этапам 9 и 10 с целью оценки производительности САПР ограниченной стоимости.
19
Средства разработки САПР на системном уровне.
Из рассмотрения этапов разработки САПР видно, что их реализация целесообразна с использованием инструментальных средств — аппаратных и программных, совокупность которых называется инструментальной системой разработки САПР. Инструментальная система должна ориентироваться на разработку САПР для различных отраслей и предприятий промышленности. В инструментальной системе можно выделить несколько подсистем. Для выполнения этапов 1 ... 11 рассматриваемой методики разработки САПР на системном уровне используются две подсистемы: экспертная система синтеза проектных решений и подсистема имитационного моделирования САПР. На последующих иерархических уровнях нисходящего проектирования САПР производится проектирование оригинальных программных и технических средств. Для этого используются инструментальные подсистемы проектирования программного обеспечения (пример таких систем рассмотрен ниже) и подсистемы автоматизированного проектирования специализированных СБИС, аналогичные подсистемам, которые применяются в промышленных САПР СБИС.
Экспертная система синтеза проектных решений содержит базу знаний, создаваемую на основе накопленного опыта разработки САПР, и базу данных, содержащую сведения о характеристиках вычислительного оборудования, программного обеспечения, проектируемых в САПР объектов, результаты исследований по маршрутам и процедурам проектирования, методам их выполнения.
Подсистема имитационного моделирования САПР создается на базе имеющихся программно-методических комплексов имитационного моделирования СМО с применением общецелевых языков моделирования типа GPSS или языков сетей Петри. Возможна разработка специализированного языка и соответствующих программных средств для имитации функционирования САПР.
3. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР)
Разнообразие средств и выполняемых функций обусловливает сложность структуры САПР, в которой выделяют ряд видов обеспечения и подсистем.
Виды обеспечения САПР
Компонентами САПР являются виды обеспечения - техническое, математическое, программное, лингвистическое, информационное, методическое и организационное.
Техническое обеспечение - совокупность технических (аппаратных) средств, используемых в САПР для переработки, хранения, передачи информации, организации общения человека с ЭВМ, изготовления проектной документации. Основу технического обеспечения составляют ЭВМ, разные виды периферийного оборудования - внешние запоминающие устройства, устройства ввода - вывода инфор-
20
мации, технические средства машинной графики, аппаратура для связи технических средств между собой и с пользователями САПР. К техническому обеспечению САПР относят также средства организационной техники, различное измерительное оборудование для получения данных, используемых при проектировании.
Математическое обеспечение - совокупность математических моделей, методов, алгоритмов для решения задач автоматизированного проектирования. Математическое обеспечение реализуется в программном обеспечении САПР.
Программное обеспечение - совокупность программ, представленных в заданной форме, вместе с необходимой программной документацией, предназначенная для использования в САПР.
Лингвистическое обеспечение - совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, которой обмениваются люди с ЭВМ и между собой в процессе автоматизированного проектирования.
Информационное обеспечение - документы, содержащие описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий, материалов и другие данные, а также файлы и блоки данных на магнитных носителях с записью указанных документов.
Методическое обеспечение - документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования. Иногда понятие методического обеспечения расширяют, включая в него лингвистическое и математическое обеспечения.
Организационное обеспечение - положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектного предприятия и их взаимодействие с комплексом средств автоматизированного проектирования.
Подсистемы САПР
При проектировании все компоненты САПР функционируют во взаимодействии. Для пользователя аппаратные и программные средства выступают как единое целое, образуя инструмент проектирования. Этот инструмент сложен и неоднороден, в нем можно выделить отдельные структурные единицы: комплексы программно-методические (ПМК) и программно-технические (ЛТК), подсистемы САПР.
Программно-методический комплекс - взаимосвязанная совокупность некоторых частей программного, методического и информационного обеспечения, необходимая для получения законченного проектного решения по объекту проектирования или для выполнения определенных унифицированных процедур. Поскольку в программном обеспечении с необходимостью реализуется математическое и лингвистическое обеспечение, соответствующие части математического и лингвистического обеспечения целесообразно считать компонентами ПМК. Например, выделяют ПМК оформления документации, синтеза проектных решений, моделирования и т. п. Известно большое число ПМК, тиражируемых и применяе-
21
мых во многих организациях, например ПМК РАПИРА и ПРАМ, созданные для проектирования РЭА.
Программно-технический комплекс - взаимосвязанная совокупность про- граммно-методических комплексов, объединенных по некоторому признаку, и средств технического обеспечения САПР. Понятие ПМК относится к программным средствам, а понятие ПТК - к вычислительным системам, объединяющим аппаратные и программные средства и предназначенным для применения в САПР. Примерами ПТК могут служить автоматизированные рабочие места, включающие в себя ЭВМ, комплект периферийных устройств и ряд ПМК для выполнения проектных маршрутов и процедур.
Программно-методический и программно-технический комплексы представляют собой промышленный продукт, разрабатываемый, изготовляемый и поставляемый для создания или развития САПР на предприятиях заказчиков.
В конкретных САПР предприятий можно выделить несколько подсистем, каждая из которых выполняет определенные функции.
Подсистема САПР - это составная структурная часть САПР, обладающая всеми свойствами системы и являющаяся самостоятельной системой. Подсистемы САПР могут быть проектирующими или обслуживающими. Первые из них непосредственно участвуют в выполнении проектных процедур, а вторые обеспечивают правильное функционирование первых. По степени универсальности подсистемы делятся на объектные, ориентированные на определенный класс проектируемых объектов, и на инвариантные - не связанные с какими-либо конкретными типами объектов. Типичные проектирующие подсистемы в САПР ЭВМ - подсистемы функционально-логического и конструкторского проектирования. Примером объ- ектно-ориентированной подсистемы является подсистема конструкторского проектирования КМДП БИС, примером инвариантной подсистемы - подсистема параметрической оптимизации методами нелинейного программирования. Основные обслуживающие подсистемы: управляющая (мониторная) система САПР и система управления базами данных. Промежуточное положение между проектирующими и обслуживающими подсистемами в большинстве САПР занимает подсистема машинной графики.
Понятие подсистемы САПР близко к понятию программно-технического комплекса САПР, однако имеются и отличия. Одна подсистема может при своем функционировании занимать ресурсы более чем одного НТК. Так, задачи размещения и трассировки при небольшой размерности могут выполняться на АРМ (автоматизированное рабочее место), а при большой размерности - в центральном вычислительном комплексе САПР. В подсистеме могут использоваться один или несколько ПМК, причем в процессе совершенствования подсистемы те или иные ПМК заменяются новыми с улучшенными характеристиками.
22