книги / Моделирование и автоматизация проектирования силовых полупроводниковых приборов

База проектных решений предназначена для хранения состоя­ ний расчетов, выполняемых в процессе функционирования пакета ДОКА. Под состоянием здесь понимается совокупность упорядо­ ченных данных, включающих имя и набор характеристик задачи оптимизации, полностью отображающих поисковую ситуацию в лю­ бой момент времени. В базе могут сохраняться как исходные со­ стояния, отражающие начальное состояние оптимизируемого объ­ екта, так и конечные, получаемые в результате решения оптимиза­ ционной задачи (оптимальные проектные решения).

База паспортов оптимизационных модулей предназначена для хранения информации об имеющихся методах оптимизации. По каждому методу (модулю) эта информация включает паспорт оп­ тимизационного модуля — формализованное описание возможно­ стей и параметров модуля, а также лицевой счет — статистические данные о фактическом использовании модуля. Эта информация, ис­ пользуется для показа ее пользователю при ручном выборе метода. На основании данных паспорта реализован и автоматический вы­ бор метода — по набору признаков задачи, вводимых пользовате­ лем. Библиотека информатора ППП содержит информацию о син­ таксисе н семантике всех директив входного языка пакета.

Сервисные программы ППП ДОКА предназначены для обслу­ живание баз данных. Для каждой из рассмотренных баз имеется сервисная программа ее генерации, используемая на этапе подго­ товки ППП к эксплуатации.

Расширение функциональных возможностей ППП ДОКА сред­ ствами оперативной корректировки (модификации) задачи опти­ мального проектирования потребовало разработки специального программного интерфейса монитора ППП с модулем задачи (объ­ екта) оптимизации. Этот интерфейс был реализован путем выра­ ботки единого формата обращения к модулю задачи оптимизации и разработки специальной программы-переходника. Принято два способа оформления модуля задачи оптимизации — типа PROBL и типа MODEL. Эти два способа отличаются уровнем конкретиза­ ции математической модели задачи НЛП: если программный мо­ дуль задачи НЛП, оформленный как PROBL, реализует расчет критериев F и ограничений G и Я в точке X, то программный мо­ дуль типа MODEL реализует расчет всех выходных характеристик У оптимизируемого объекта в точке X. Принципиальное отличие

ется вне ППП и поэтому в процессе решения не может быть изме­ нена. Во втором случае, наоборот, средствами ППП можно форми­ ровать структуру задачи НЛП и оперативно ее модифицировать.

Для того чтобы при заданном формате обращения к програм­ мному модулю типа MODEL, реализующему расчет выходных ха­ рактеристик объекта оптимизации У в точке X, обеспечить в про­ цессе работы ППП ДОКА возможность оперативной модификации структуры и параметров решаемой задачи НЛП, разработана спе­ циальная программа-переходник. Это программа реализует интер-

241

Рис. 11.5. Информационно-логическая схема интерактивной процедуры векторной оптимизации

фейс между модулем задачи и модулем метода оптимизации. По информации о структуре решаемой в данный момент задачи ИЛП, поступающей из монитора ППП по указанию пользователя, про­ грамма-переходник формирует соответствующий список формаль­ ных параметров в стандартном формате обращения модуля опти­ мизации к модулю задачи.

Функционирование пакета ДОКА наглядно изображено на рис. 11.4.

МОДУС [11.7] предназначен для решения многокритериальных задач оптимизации с нелинейными критериями и ограничениями в режиме диалога человек — ЭВМ. ППП ориентирован на специали­ стов по объекту проектирования, в частности на разработчиков СПП.

В ППП МОДУС реализована процедура сеточного анализа про­ странства проектируемых параметров. Эта процедура включает три этапа. На первом осуществляется расчет координат точек ЛПт-по- следовательности в гиперпараллелепипеде Пх={Х\а^.Х^.Ь), рас­ чет значений критериев и ограничений в узлах сетки, выделение неулучшаемых по всем критериям (квазипаретовских) точек и упо­ рядочение вычисленных значений критериев. На втором этапе ана­ лизируются результаты расчета и корректируется постановка зада­ чи оптимизации, заключающаяся в усилении либо ослаблении ог­ раничений типа неравенств, изменении допусков на ограничения типа равенства, изменении весов критериев, границ гиперпаралле-

242

лепипеда. На третьем этапе назначаются критериальные ограниче­ ния и осуществляется сужение пространства параметров в пределе до точки, являющейся проектным решением.

На рис. 11.5 изображена информационно-логическая схема ин­ терактивной процедуры, реализованной в ППП МОДУС. Формаль­ ная, математическая часть этой процедуры — математическое обес­ печение ППП— была рассмотрена в предыдущей главе (см. § 10.2), поэтому рассмотрим здесь только особенности построения ПО ППП

МОДУС.

Программное обеспечение ППП МОДУС подразделяется на об­ щесистемное и прикладное. К общесистемному ПО относятся сред­ ства операционной системы ОС ЕС, средства системы разделения времени ОС ЕС (TSO), языки программирования ФОРТРАН и АССЕМБЛЕР. Прикладное программное обеспечение ППП состав­ ляют управляющая программа (монитор), программы сеточного расчета и анализа области Парето, база данных сеточного метода и база проектных решений и средства их введения, сервисные про­ граммы, библиотека справочной информации.

Рассмотрим кратко компоненты ППП.

Монитор ППП МОДУС осуществляет ввод директив пользова­ теля и их обработку, передачу управления к функциональному бло­ ку, обеспечивающему выполнение директив, связь с базой данных сеточного метода. Работа монитора включает следующие этапы: вывод сообщения о начале работы на экран дисплея, вывод сведе­ ний о заполнении сеточной базы данных, основной цикл работы, окончание работы. Основной цикл работы включает обработку ди­ рективы пользователя, вывод диагностических сообщений, плани­ рование вычислений и передачу управления на соответствующий функциональный блок. В мониторе пакета МОДУС реализовано 16 функциональных блоков: блок-информатор—выводит на экран со­ общения о синтаксисе и семантике входного языка; блок вывода каталога базы данных сеточного метода; блок вывода паспорта задачи — осуществляет вывод комментария к задаче, исходных данных, числа паретовских и допустимых точек, значений входных и выходных параметров задачи в наилучшей точке и др.; блок вы­ вода состояния расчетов из базы данных; блок вывода таблиц для анализа паретовских точек; блок вывода таблиц для анализа то­ чек, удовлетворяющих критериальным ограничениям; блок поста­ новки задачи многокритериальной оптимизации для каждого вход­ ного параметра — указывает его статус (варьируемый или фикси­ руемый), текущее значение, пределы изменения, для выходных па­ раметров также указываются статус (критерий или ограничение), текущее значение, признак критерия (MIN или МАХ), численные значения пределов ограничений, веса критериев; блок назначения критериальных ограничений; блок формирования свертки вектор­ ного критерия в скалярный и др.

Программы сеточного расчета можно условно разбить на три группы: программы расчета сеток и записи результатов в базу данных, сервисные программы вывода информации на экран дис-

243

йлёя для анализа их пользователей и программы работы с базой данных сеточного метода.

База данных сеточного метода позволяет не только экономить оперативную память ЭВМ при проведении расчетов критериев и ограничений в узлах ЛПх-сетки, но и делает возможным проведе­ ние этих расчетов заранее, до сеанса интерактивной оптимизации. Как правило, расчеты критериев и ограничений и занимают много машинного времени из-за сложности моделей СПП и достаточ­ но большого числа узлов сетки и не могут по этой причине выпол­ няться оперативно в диалоговом режиме. Благодаря предваритель­ ной подготовке информации и записи ее в базу данных сеточного метода интерактивная процедура решения задачи многокритери­ альной оптимизации становится очень динамичной, так как время ответа ЭВМ на директиву пользователя определяется только вре­ менем поиска и вывода информации из базы данных.

Функционирование ППП МОДУС наглядно изображено на рис. 11.5.

В заключение рассмотрим задачу максимизации предельного тока I T A V , ко­ торая решалась при проектировании быстродействующего тиристора ТБ253-800. Здесь умышленно ограничимся рассмотрением лишь одного критерия, так как в § 11.2 при рассмотрении процедуры технологического проектирования будет подробно рассмотрена задача оптимизации допусков проектируемых параметров тиристора ТБ253-800 в многокритериальной постановке и заодно будут про­ иллюстрированы функциональные возможности пакета МОДУС.

Формализованно задача параметрического синтеза тиристора с максимально

возможным значением среднего тока в открытом состоянии (предельного тока) I T A V представляется как следующая задача НЛП:

браны время жизни неосновных носителей заряда в л-базе тРп, ширина л-базы W и удельное сопротивление кремния Ро. Область поиска представляет собой пересечение области допустимых значений Dx проектируемых параметров, зада­ ваемой ограничениями на остальные классификационные параметры тиристора, и гиперпараллелепипеда Пх, образованного ограничениями на проектные пара­ метры.

G : МНОЖ’ (1 . . . 4) : ВЕЩ ’ ;

244

к . , м , :ЦЕЛЫ Й*;

F, Н : ВЕЩ *;

K E Y : М Н ОЖ ’ (1 . . . 7) : ЦЕЛЫ Й*; ПО’ М О Д Е Л Ь ;

ПУСТЬ’ М : М ОДЕЛЬ Д 1А =5.6, XJGA=0.003, SGEA=2.55, SSM K=0.235, LF=0.25, RTH=0.025,

N SAL=I,5E10, XJAL=0.005,

XJP=0.0015, T N P = 2 .0 E — 6; УРАВ’ X .(I)= M .T P N ;

УРАВ’ X. (2) = M .W ;

УРАВ’ X .(3 )= M .R 0 ;

ПРИСВ’ F : =M .IT A V ;

ПРИСВ’ G (1) : = (M .UDRM — 1400.); ПРИСВ’ G (2) : = (1.6—M .U TM ); ПРИСВ’ G (3) = (0.07— M .ID R M ); ПРИСВ’ G (4) ’ =(0.000063— M .TQ );

ПОДПРОГРАМ М А’ TB800S(K, N, M, L, X, F, G, H, KEY); HA* TB800S ВЫЧИСЛИТЬ’ F, G ПО’ X;

КОНЕЦ’ ; Вычислительная модель, соответствующая данной задаче максимизации пре­

дельного тока JT A V , была изображена на рис. 10.5 при рассмотрении основных

понятий аппарата вычислительных моделей.

По описанию задачи генерируется программа типа PROBL со стандартным

В тексте задачи на входном языке конструируются понятия скалярной зада­ чи ИЛП: вектор варьируемых переменных, вектор функциональных ограничений

G и критерий качества F, которые связываются в тексте задачи с понятиями предметной области пакета МОДЕЛЬ. Кроме того, в тексте задачи задаются значения электрофизических параметров тиристора ТБ253-800, входящих в ма­

этапе проведем анализ конфигурации области поиска и степени влияния проект­ ных параметров на критерий оптимизации. Для этого, воспользовавшись воз­ можностями пакета АНАЛИЗ, выполним расчет и графическое отображение изо­

245

ДЕЙСТВИЯ*

ВВОД’ SECH, V A L F ;

HA’ LINUR ВЫЧИСЛИТЬ’ К. PICTURE ПО’ SECH, VALF; КОНЕЦ’;

Оператор ВВОД в тексте программы LINUR обеспечивает ввод номеров

'Решение задачи разбито на два сеан-

246

решении начального состояния поиска — полного описания модуля TB800S и соответствующей постановки задачи оптимизации с тем, чтобы, используя эту информацию, по втором сеансе можно было приступить к решению задачи без

варьирования н масштабирования, границы изменения, начальное значение); FORY — для описания выходных параметров (идентификаторы, единицы измере­ ния, нормирующие множители и «сдвиговые» константы для параметров-ограни­ чений); CALC — для расчета значений выходных параметров в начальной точке;

задачи. Протокол выполнения данного сеанса приведен ниже. В протоколе пред­ ставлены как команды пользователя (в тексте отмечены символом — ), так и отпеты ЭВМ. Информация, вводимая пользователем в окна шаблонов, обведена рамкой.

247

—EHD

СЕАНС С ППП ДОКА ОКОНЧЕН READY

После вызова монитора ППП по директиве ЕХЕС системы разделения вре­ мени монитор загружается в оперативную память и переходит в режим ожида­ ния команд пользователя на входном языке пакета.

Первой командой является команда LISTARH, по которой высвечивается каталог архива проектных решений. Состояние расчетов, соответствующее по-

248

ставленной задаче, записано под номером 11. Второй командой является коман­ да EXTRACT с параметром «11», извлекающая данное состояние в оперативную память н делающая доступным последнюю модификацию данного состояния или проведение оптимизации из данного состояния. Учитывая, что изменение поста­ новки задачи не требуется, третьей командой является команда SEARCH, по которой вызывается и запускается на счет оптимизационный модуль USUPEX.

собственно поиска печатаются некоторые сведения о начальной точке, значение

шихся для достижения требуемой точности, и приводятся сведения о конечной точке поиска в том же формате, что и для начальной точки. Следующие две команды пользователя отображают на экране полученные результаты в промас-

11.2. ПОДСИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПП АНОД

Подсистема АНОД предназначена для решения задач автома­ тизированного технологического проектирования СПП, выделенных из общего процесса проектирования СПП по признаку обеспечения серийнопригодности, т. е. технологичности СПП. Технологичность СПП при поиске проектных решений в подсистеме АНОД оцениется по допускам на проектные (конструктивные и технологиче­ ские) параметры и проценту выхода годных по электрическим па­ раметрам СПП.

Математическое обеспечение подсистемы АНОД было подробно рассмотрено в § 10.3. Рассмотрим особенности построения ПО под­ системы АНОД и проиллюстрируем возможности подсистемы на примере практической задачи оптимизации допусков и максимиза­ ции процента выхода годных СПП, которая решалась при разра­ ботке быстродействующего тиристора ТБ253-800.

Состав ПО подсистемы АНОД изображен на рис. 11.7. Как сле­ дует из рисунка, при разработке ПО АНОД широко использова­ лись базовое и инвариантное ПО АСКЭТ-П. Так, диалоговый ре­ жим в ППП ОБЛАСТЬ реализован средствами технологического комплекса СПРИНТ [9.7], оптимизация допусков в ППП ДО­ ПУСК осуществляется ППП ДОКА и МОДУС подсистемы ДИС­ ПОР, при реализации метода Монте-Карло в ППП ПРОГНОЗ широко использовались датчики случайных чисел и программы обработки ППП СТАТИСТИКА из подсистемы ПАНИ.

249

Рис. 11.8 Информационно-логическая схема анализа конфигурации области допу­ стимых значений проектных параметров

Рассмотрим каждый ППП подсистемы АНОД в отдельности. ОБЛАСТЬ предназначен для анализа проектной ситуации пу­

тем расчета и графического отображения области допустимых зна­ чений внутренних параметров СПП и их допусков. Анализ допу­ сков позволяет определить диапазоны возможного рассеяния вы­ ходных параметров при заданных допусках на входные параметры.

Информационно-логическая схема интерактивной процедуры, реализованной в ППП ОБЛАСТЬ, изображена на рис. 11.8. Фор-

250