книги / Проектирование электронно-лучевых приборов

Рис. 5.1. Структура объектных подсистем

ектных подсистем третьего уровня (ОПС-3), ориентированных на функциональные элементы (электронную пушку, отклоняющую систему и т. п.). Именно на уровне ФЭ в основном выделяются типовые проектные процедуры, поскольку для ФЭ возможна типи­ зация, покрывающая всю подгруппу, а иногда и несколько под^ групп (например, для баллонов, электронных пушек и линз). Для ЭОС как узла выделение типовых процедур связано с построени­ ем алгоритмов структурного проектирования (см. § 3.7), а проек­ тирование изделия в целом может быть описано соответствующим сценарием. Основой САПР ЭЛГ1 в этом случае являются ОПС-3, предназначенные для получения проектных решений, определяю­ щих параметры конструкции соответствующих ФЭ исходя из за­ данных для них требований и ограничений.

Примерная структура объектных подсистем САПР приемных ЭЛП приведена на рис. 5.1. Она позволяет соблюсти принципы включения, развития, комплексности и инвариантности, а также максимально использовать ОПС-3 и ОПС-2 в ОПС-1, относящихся к различным подгруппам, в тех случаях, когда сходство принципи­ альных схем соответствующих ФЭ и узлов допускает такое ис­ пользование. Соблюдение принципов системного и информацион­ ного единства, а также совместимости возлагается на инвариант­ ные подсистемы, взаимосвязь которых с объектными подсистемами показана на рис. 5.2 (штриховкой показаны машинно-зависимые

Рис. 5.2. Взаимосвязь объективных и инвариантных подсистем (здесь ОС — опе­ рационная система)

части подсистем, а их функциональные и операционные част» обозначены соответственно как ФЧ и ОЧ).

Общая интеграция подсистем в САПР ЭЛП осуществляется операционной системой автоматизированного проектирования» (ОСАП), которая опирается на систему представления знаний '(СПЗ), содержащую сведения о структуре объектов и процессов проектирования, необходимые сведения о состоянии и функциях всех объектных и инвариантных подсистем САПР, а также сведе­ ния о текущем состоянии всех проектов ЭЛП, ведущихся в дан­ ный момент.

Единая дисциплина разработки и эксплуатации объектных подсистем обеспечивается инструментальной системой прикладное го программирования (ИСПП) и информационно-поисковой систе­ мой (ИПС), благодаря чему разработчики и пользователи рабо­ тают по единым правилам с разнородными объектами проектиро1* вания (баллон, различные ФЭ ЭОС). Особенности объектов про­ ектирования отражаются структурой и содержанием-анкет пакетов?

прикладных программ (ППП), представляющих входные языки проектирования, структурой блоков памяти (БП) пакетов и архи­ вов данных моделирования ИПС. Помимо этих архивов, органи­ зованных в тематические классы, соответствующие функциональ­ ным элементам, ИПС работает с архивом информационных моде­ лей объектов проектирования (ИМОП). Структура ИМОП опре­ деляется паспортом объекта проектирования, а ее наполнение производится в процессе автоматизированного проектирования изделия. По завершении проектирования заполненная ИМОП, являющаяся машинным аналогом комплекта конструкторской до­

мость объектных подсистем от конкретных средств технического обеспечения, а для инвариантных подсистем эта зависимость све­ дена к минимуму: каждая из инвариантных подсистем имеет вер­ сии операционной части, ориентированные на ЕС ЭВМ и БЭСМ-6, являющиеся базовыми для САПР ЭЛП.

Структура типовой САПР ЭЛП на каждом этапе ее развития в соответствии с ГОСТ 23501.12—81 создается головной проектной организацией отрасли и.реа­ лизуется разрабатывающими предприятиями с учетом особенностей конкретных объектов проектирования. При этом на серийных предприятиях могут создавать­ ся службы САПР технологического уровня, обеспечивающие прием и использова­ ние результатов автоматизированного проектирования (управляющие программы для станков с ЧПУ, некоторые виды технологического оснащения, изготовленные при осуществлении сквозных маршрутов проектирования и технологической под­ готовки производства ЭЛП, и т. п.). Взаимосвязь между САПР различных уров­ ней гарантируется единой методологией и дисциплиной их создания и эксплуа­ тации, что позволяет осуществлять координацию разработки подсистем САПР, обмен программами между различными предприятиями, обслуживание расчетны­ ми работами предприятий, имеющих недостаточный набор средств технического обеспечения, и т. п.

Взаимосвязь САПР ЭЛП с другими автоматизированными си­ стемами. Основной функцией САПР является осуществление пе­ рехода от стадии прикладных научных исследований к стадии подготовки производства. Анализ имеющегося опыта создания ав­ томатизированных систем научных исследований (АСНИ) пока­ зывает, что в силу специфики объекта проектирования САПР ЭЛП выполняет ряд функций, обычно относимых к сфере дейст­ вия АСНИ:

построение математических моделей объектов исследования и их реализацию на ЭВМ;

проведение численных экспериментов над математическими моделями и сравнение их результатов с результатами натурных экспериментов над объектами исследования;

обеспечение диалогового режима математического моделирова­ ния объектов исследования;

обработку результатов математического моделирования и их организованное хранение в систематизированных архивах.

Развитие функций АСНИ в практике проектирования ЭЛП в настоящее время происходит в направлении автоматизации экс­ периментальных исследований макетов, опытных образцов и се­ рийных ЭЛП. Поскольку получаемые при этом данные полностью укладываются в структуру и информационные модели ЭЛП как объекта проектирования, можно считать, что описанная выше структура САПР ЭЛП учитывает требования совместимости САПР с АСНИ (более того, САПР ЭЛП выполняет большую часть функций АСНИ).

Специфика производства ЭЛП заключается в том, что состав и содержание технологических процессов основного производства, а также состав используемого оборудования относительно мало изменяются при освоении новых типов ЭЛП. Поэтому при освоении новых приборов основная доля работ по технической подготовке производства приходится на инструментальную подготовку произ­ водства (ИПП). Содержание этих работ в общих чертах рассмот­ рено в гл. 2; здесь же можно отметить, что их основной объем заключается в проектировании и изготовлении:

стеклоформующего инструмента для производства конструктив­ ных элементов баллонов ЭЛП;

штампов листовой штамповки для производства деталей элек­ тронно-оптических систем ЭЛП;

специального мерительного инструмента различных видов для контроля формы и размеров конструктивных элементов, изготав­ ливаемых серийно, а также контроля формы и размеров инстру­ мента;

фотошаблонов плоских деталей ЭЛП, изготавливаемых мето­ дами фотолитографии.

Проектирование всех перечисленных видов инструмента суще­ ственно облегчается и упрощается, если осуществлять его в рам­ ках сквозных маршрутов проектирования —технологической под­ готовки производства (см. гл. 2). При этом отпадает необходи­ мость в сложном кодировании геометрической информации, если соблюден главный принцип построения сквозных маршрутов: «данные вводятся в систему, один раз». Постепенное формирова­ ние геометрического образа изделия в соответствии с унифициро­ ванным представлением ИМОП осуществляется с использованием аппарата СПЗ. В соответствии с таким подходом данные ИМОП используются многократно при проектировании всех видов инст­ румента; эти данные дополняются лишь необходимым минимумом технологической информации (о режимах работы инструмента, припусках на обработку и т. п.).

Аналогичным образом используются данные ИМОП и при ав-

Рис. 5.3. Маршруты проектирования и ТПП:

а — традиционный; б — сквозной

тематическом изготовлении управляющих программ для станков: с ЧПУ, но вместо традиционного подхода, основанного на приме­ нении систем автоматизации программирования и языков коди­ рования геометрической и технологической информации, использу­ ется универсальный постпроцессор, который кодирует вычислен­ ную траекторию режущего инструмента в системе команд станка [29,71] (рис. 5.3).

Описание объектных подсистем САПР ЭЛП. Как отмечалось выше, в САПР ЭЛП выделяются ОПС трех уровней. Ориентация ОПС-1 на' проектирование приборов данной подгруппы определя­ ет ее важнейшие функции: выделение из ТЗ на прибор ЧТЗ на узлы, определение приоритета и порядка проектирования узлов,, начальное заполнение ИМОП и т. п. Большинство этих функций реализуется в режиме диалога; при этом ОПС-1 осуществляет

более подробный характер (вплоть до типовых принципиальных: схем, как это имеет место, например, для электронной пушки). Стандартной формой описания ФЭ является анкета ППП, осу­ ществляющего его численное моделирование, в то время как мо­ дули этого ППП дают подробное модельное описание процессовего функционирования, а сценарий проектирования ФЭ опреде­ ляет методику использования соответствующей ОПС-3.

Программное обеспечение ОПС-3 описывается в базе знаний соответствующими информационными таблицами ППП и ИПС (анкета, граф вычислительного процесса, форматы тематических классов и пр.). Как и для ОПС высших уровней, в описаниях ОПС-3 содержатся сведения о необходимом составе стандартных величин, которые должны быть определены прежде, чем начнет работать некоторая процедура (модуль ППП). Эксплуатационная документация на прикладное программное обеспечение ОПС-3 в- соответствии со стандартами ЕСПД содержит описания всех ис­ пользуемых численных алгоритмов или ссылки на соответствую­ щую общедоступную литературу.

5.2. ИНВАРИАНТНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ

Инструментальная система прикладного программирования.

В настоящее время оптимальной формой организации прикладно­ го программного обеспечения (ППО) считаются пакеты приклад­ ных программ [91, 92]. Переход от организации ППО в виде про­ граммных комплексов к ППП связан со стремлением превратить разработку и эксплуатацию программ в управляемый технологи­ ческий процесс. Современный ППП имеет входной язык, описы­ вающий некоторую предметную область и позволяющий работать с ним специалистам, не имеющим квалификации программиста. В пределах этой предметной области настройка пакета на расчет конкретного варианта (включая планирование вычислительногопроцесса) производится автоматически под управлением входных данных прикладной задачи. Модульная структура ППП обеспечи­ вает его открытость, т. е. простоту внесения изменений и дополне­ ний при необходимости расширения предметной области или усо­ вершенствовании расчетных моделей и алгоритмов. Как правило,, в составе ППП выделяется функциональная часть (библиотека, вычислительных модулей) и операционная, обеспечивающая вы­ полнение всех служебных функций (планирование вычислитель­ ного процесса, распределение памяти, сборку, загрузку, инициали­ зацию модулей, обмен данными и т. п.). Выделение операционной части позволяет обратить внимание на оптимальное использова­ ние возможностей и ресурсов ЭВМ. С другой стороны, при этом легче обеспечить транспортабельность ППП, т. е. возможность егопереноса на другие типы ЭВМ.

.Особенностью прикладного программного обеспечения САПР ЭЛП является наличие нескольких предметных областей, сущестзенно отличающихся друг от друга. В то же время потребности интеграции САПР делают необходимой совместимость ППП, мо­ делирующих различные элементы ЭЛП. В таких случаях нужно разрабатывать взаимосвязанное семейство ППП, поддерживаемое инструментальной системой прикладного программирования. Для такой формы организации ППО характерно:

наличие единой технологии разработки, дисциплины эксплуа­ тации и стандартизованной документации для всех ППП семей­ ства;

наличие единого транслятора для всех входных языков ППП;

унификация операционных средств и представления значений для всех предметных областей семейства;

наличие единого языка реализации функциональной и опера­ ционной части семейства ППП;

сокращение трудозатрат на создание и сопровождение ППП

семейства.

Большинство известных инструментальных систем имеет уни­ версальный характер, существенно расширяя при этом возмож­ ности стандартных операционных систем. Такие системы созда­ ются, как правило, коллективами высококвалифицированных сис­ темных программистов в крупных научных центрах. Одной из наи­ более мощных инструментальных систем, имеющей приложения во многих отраслях, вплоть до систем искусственного интеллекта, является система ПРИЗ [93], реализованная на ЕС ЭВМ.

Для рассматриваемой САПР оказалась целесообразной раз­ работка специализированной ИСПП, предназначенной для ис* пользования на ЭВМ БЭСМ-6 и ЕС и не требующей для реали< зации больших трудозатрат [92]. Общей базой для входных язы­ ков ППП семейства является ограниченный естественный язык, применяемый при проектировании элементов ЭЛП. Разработка сложного лингвистического процессора для обработки текстов на естественном языке неприемлема для САПР ЭЛП, поэтому на входные языки семейства должны быть наложены жесткие огра­ ничения по синтаксису. Анализ работ по лингвистическому обес­ печению показал, что языки анкетного типа позволяют формули­

транслироваться простейшим транслятором, общим для всех па­ кетов семейства. Жесткость таких языков не является чрезмерной при использовании в САПР ЭЛП, поскольку при ее эксплуатации структура объекта проектирования определена и допустимые интервалы значений параметров известны. Вместе с тем при необ­ ходимости внесения изменений и дополнений в эту структуру ан­ кета ППП и его функциональное наполнение могут быть легко модифицированы.

Анкеты ППП моделирования ФЭ строятся на основе описания их принципи­ альных схем и алгоритмов моделирования. В качестве примера в табл. 5.1 при­ веден фрагмент анкеты ППП моделирования и синтеза электростатических откло­

няющих систем.

Анкеты всех ППП имеют стандартную структуру и включают поля вопросов, ответов и комментариев, поясняющих смысл вопросов и определяющих форму ответов, а также необходимый иллюстративный материал (к анкете из табл. 5.1,

например, прилагается рис. 3.13).

Структура и функционирование ИСПП иллюстрируются рис. 5.4: два основных режима ее работы — генерация (модифика­ ция) и эксплуатация пакетов — обеспечиваются соответствующи­ ми подсистемами.

Генерация ППП. Генерации пакета предшествует разработка модели, методов, алгоритмов и программ моделирования соответ­ ствующего ФЭ. После отладки и тестирования этих алгоритмов и программ, а также сравнения результатов численного моделиро­ вания с результатами натурных экспериментов принимается ре­ шение о генерации нового пакета (или модификации одного из имеющихся). Генерация пакета начинается с анкеты, которая составляется автором программ моделирования совместно с буду­ щими пользователями пакета. После этого проводится модульный анализ, в результате которого программы моделирования ФЭ пре­ образуются в библиотеку вычислительных и управляющих моду-