автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка принципов и алгоритмов системы изготовления схемной документации

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Обзор средств автоматизации изготовления схемной документации и вопросов, связанных с ее изготовлением

1.1.Требования, предъявляемые к схемам

1.2.Подходы к автоматизации изготовления схемной документации

1.2.1. Изготовление чертежей методом скалывания . . II

1.2.2. Интерактивное проектирование схем.

1.2.3. Автоматическое изготовление схем

1.3. Обзор методов листования схем, размещения элементов и трассировки соединительных линий

1.3.1. Методы листования схем.

1.3.2. Методы размещения элементов . . ;.

1.3.3. Методы трассировки соединительных линий

Выводы по главе I.

Цель и задачи работы.

ГЛАВА П. Принципы построения и структура автоматической системы изготовления схемной документации (СИСД)

2.1.Принципы построения модульной системы логического проектирования (МСЛП).

2.1.1. Идеология МСЛП.

2.1.2. Информационная совместимость

2.1.3. Структура МСЛП

2.1.4. Машинонезависимость.

2.2.Разработка структуры СИСД.

2.2.1. Функции СИСД.

2.2.2. Формирование чертежей схем.

2.2.3. Коррекция сетей и схем.

2.2.4. Композиция схем и текстов

2.2.5. Автоматическое формирование компилятов

2.2.6. Запись исходных данных в банк данных

2.2.7. Контроль фигур элементов.

2.3.Данные, используемые СИСД.

2.3.1. Описание сети . . . . ;.

2.3.2. Описание фигур.

2.3.3. Инструкция черчения.

2.3.4. Образ листа.

2.3.5. Метафайл

Выводы по главе П.

ГЛАВА Ш. Разработка алгоритмов автоматического формирования схемных документов.

3.1. Принципы построения электрических схем.

3.1.1. Размещение элементов

3.1.2. Трассировка.

3.1.3. Жгутование.

3.1.4. Листование

3.2. Алгоритм размещения элементов.

3.2.1. Формирование ярусов . . . ;.

3.2.2. Определение координат элементов и проходов цепей на ярусах.*

3.2.3. Определение координат ярусов

3.3. Трассировка соединительных линий.

3.3.1. Полушаговая трассировка.

3.3.2. Целошаговая трассировка.

3.4. Трассировка жгутов

3.4.1. "Куст"

3.4.2. "Змейка"

3.4.3. "Паук".

3.5. Листование схем.

3.5Л. Ленточная технология.

3.5.2. Листовая технология

Вывода по главе Ш.

ГЛАВА 1У. Реализация системы изготовления схемной документации на ЭВМ.Ю

4.1. Структура СИСД.

4.1.1. Основные принципы реализации СИСД на ЭВМ . .JOI

4.1.2. Информационные связи между программами реализованной СИСД.ЮЗ

4.2. Модуль "Чертеж".

4.2.1. Структура модуля "Чертеж".

4.2.2. Динамическое распределение памяти.

4.2.3. Минимизация холостых прогонов пера.

4.2.4. Программная реализация модуля "Чертеж" . . .119 4*2.5. Погружение модуля "Чертеж" в ППП "Академсинтез".

4.3. Контроль фигур элементов.

4.3.1. Контроль фигур на ЭВМ БЭСМ-6.

4.3.2. Контроль фигур на ЕС ЭВМ.

4.4.Ввод исходных данных.

4.5.Внедрение СИСД.

4.5.1. Внедрение первой версии СИСД.

4.5.2. Внедрение второй версии СИСД.

4.5.3. Особенности внедрения СИСД.

Выводы по главе IУ.

В материалах ХХУТ съезда КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" как одно из основных направлений развития науки и ускорения технического прогресса определяется "расширение автоматизации проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ с применением вычислительной техники" [4^1. Решение этой проблемы позволит сократить сроки создания новой техники, повысить ее качество и существенно уменьшить трудоемкость проектирования.

Одной из задач, решаемой при автоматизации проектирования, является документирование результатов разработки. При проектировании дискретных устройств такими документами являются электрические схемы - функциональные, логические и принципиальные.

При ручном изготовлении схемной документации требуются значительные трудовые затраты - до 50 % времени работы разработчика £60]. При этом вносится большое число ошибок, что приводит к затягиванию сроков сдачи изделий после их изготовления. Автоматизация изготовления схемной документации позволит сократить сроки ее изготовления, повысить качество проектов, сократить трудозатраты на проектирование и является актуальной задачей развития САПР.

В настоящее время существуют три основных подхода, положенных в основу построения систем изготовления схемной документации:

1) изготовление схем методом скалывания;

2) интерактивное проектирование схем; автоматическое изготовление схем.

Третий подход принципиально исключает человека, обладает наименьшей трудоемкостью, но в то же время является и менее всего разработанным.

Целью данной диссертационной работы является разработка системы изготовления схемной документации (СИСД) общего назначения для удовлетворения потребностей многих проектных организаций радиоэлектронной, приборостроительной и электротехнической промы-шленностей. Основными свойствами такой системы должны быть:

1) независимость от используемых проблемных языков представления сетей, для чего вводится базовый язык, интерпретирующий сеть как гиперграф с возможностью отображения в него проблемных языков;

2) независимость от аппаратных средств, используемых для черчения схем, для чего результаты проектирования схемы представляются через процедуры штатных систем графического доступа ("Гра-фор" и прочие);

3") машинная и системная независимость, обеспечивающаяся тем, что для программирования используется стандартный язык Фортран без употребления специфических возможностей операционных систем;

4) независимость от языка графических фигур, достигаемая выделением блока обработки языка фигур в отдельную подпрограмму.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе решаются задачи разработки алгоритмов и реализации системы автоматического изготовления схемной документации при проектировании дискретных управляющих и вычислительных устройств, включающие:

1) разработку структуры автоматической СЙСД;

2) разработку алгоритма автоматического и принудительного размещения элементов в поле чертежа;

3) разработку алгоритмов автоматического и принудительного листования;

4) разработку алгоритмов трассировки соединительных линий и жгутов;

5) программную реализацию и внедрение СЙСД.

Основными требованиями, предъявляемыми к СИСД, должны быть:

Л эффективное использование поля черчения;

2) рациональное размещение элементов и цепей, минимизирующее длину вычерчиваемых линий и число пересечений при условии обеспечения высокой "читабельности" схем, состоящей в возможности быстрого восприятия функционирования устройства по его схемноглу представлению.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (82 наименования) и приложения.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [6,23, 24, 26-32, 54] и докладывались на Советско- финском симпозиуме "Автоматизированные системы управления" (Кишинев, 1977); на Всесоюзном семинаре "Разработка,эксплуатация и развитие систем автоматизированного проектирования РЭА" (Москва, 1978); на Всесоюзной школе-семинаре "Автоматизация проектирования средств вычислительной техники и перспективы применения микропроцессоров" (Минск, 1978); на семинаре "Оптимизация дискретных систем управления" (Москва, 1979); на региональном семинаре "Графическое обеспечение САПР" (Челябинск, 1980); на П Всесоюзном совещании "Автоматизация проектирования и конструирования" (Ленинград, 1983); на 1У Всесоюзном семинаре "Моделирование дискретных управляющих и вычислительных систем" (Свердловск, 1984); на УН Всесоюзном симпозиуме "Логическое управление в промышленности" (Ижевск, 1984).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена разработке автоматической системы изготовления схемных документов (СИСД) по сетевым описаниям. Такой подход к изготовлению схем является менее трудоемким, чем изготовление схем другими методами, в частности, методом скалывания.

Автором получены следующие основные результаты:

1. На основании опыта создания систем изготовления схемной документации определены функции, реализуемые автоматической СИСД:

- формирование чертежей схем, включающее компоновку (листо-вание) схем,размещение элементов и трассировку соединительных линий;

- коррекция сетей и схем;

- композиция схем и текстов;

- автоматическое формирование фигур функциональных узлов -компилятов;

- контроль фигур элементов.

2. Разработана структура СИСД, входящей в состав и использующей основные принципы построения модульной системы логического проектирования.СИСД состоит из 7 модулей: "Чертеж", "Схема", "Перо", "Коррекция", "Композиция", "Компилят", "Контроль", реализующих перечисленные функции.

3. С учетом требований ГОСТов предложены и обоснованы принципы построения чертежей схем, изготавливаемых разрабатываемой СИСД:

- ярусное размещение элементов,производимое автоматически или декларативно;

- автоматическая трассировка соединительных линий в межярус-ных пространствах;

- формирование жгутовых соединений;

- автоматическое, и декларативное листование схем.

4. Разработаны и программно реализованы:

- эффективный алгоритм размещения элементов в поле чертежа, основанный на предложенных алгоритмах аналитического ранжирования, упорядочения ярусов и "разбегающейся" волны;

- быстрый алгоритм трассировки соединительных линий в поле чертежа, использующий процедуру целошаговой трассировки в двудольном графе;

- три способа укладки сборочных жгутов на поле чертежа;

- два быстрых алгоритма листования схем с использованием ленточной и листовой технологий.

5. Программно реализованы на ЭШ БЭШ-6 и ЕС ЭВМ в ОС ЕС две версии СИСД.

6. Разработанная СИСД внедрена в 17 организациях с суммарным годовым экономическим эффектом 1,39 млн.рублей и используется либо как подсистема в САПР, либо в автономном режиме.

1. Абрайтис Л.Б. Алгоритм для определения максимально связанных наборов элементов, - Автоматика и вычислительная техника, 1970, № 5, с«40-47»

2. Азепова Е,С.» Старостина Л.А. Исследование последовательного алгоритма компоновки с учетом указаний разработчика, Труди Московского энергетического института, 1977, вып.343, с.34-36.

3. Баранов С.И., Майоров С.А., Сахаров Ю.П., Селютин В.А. Автоматизация проектирования цифровых устройств. Л.: Судостроение, 1979. - 264 с.

4. Банковский Ю.М., Михайлова Т.Н., Мишакова С.Т. ТР№ОР: комплекс графических программ на ФОРТРАНе. М.: Препринт ИПМ АН СССР, 1972, вып.1. - 60 с.

5. Бояршинова И.А., Карпенко С.Н., Кузин С.Т.О реализации динамического распределения оперативной памяти на Фортране. Программирование, 1979, № 2, с.68-71.

6. Гетманский И.М. Ускорение моделирования асинхронных схем. В кн.: Материалы семинара "Автоматизация проектирования РЭА", ВДНТП, 1973.

7. Гонихин О«Д., Зайцева Л.В., Михайлов Б.М. Размещение уровней.при алгоритмическом синтезе графики схем. Труды МИЭМ, 1975, вып.56, чЛ, с.56-60.

8. ГОСТ 2.743-82. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники. М,: Изд-во стандартов, 1982.

9. ГОСТ 23056-78, ГОСТ 23057-78. Языки программирования ФОРТРАН и базисный ФОРТРАН. М.: Изд-во стандартов, 1978.

10. ГУрвич Е.И., Козлин Л.Е. Ранжирование модели при логическом моделировании цифровых автоматов,-В кн.: Материалы семинара "Автоматизация проектирования РЭА", МДНТП, 1973.

11. Зайцева Л.В. Компоновка по страницам элементов схемной документации. Труды МИЭМ, 1975, вып.56, чЛ, с,76-85.

12. Зайцева Л.В., Ланин В«Г., Михайлов Б.М. и др. Трассировка соединительных линий диаграмм алгоритмов на поле документа с помощью ЭВМ. Труды МИЭМ, 1975, вып.45, с.27-31.

13. Йодан Э. Структурное проектирование и конструирование программ. М.: Мир, 1979, - 415 с.

14. Кла,пухин В.В., Козлов А.И., Тарабукин В.И. Программный комплекс изготовления схемной документации. В кн.: Разработка, эксплуатация и развитие систем автоматизированного проектирования РЭА. Материалы семинара. М.: МДНТП, 1978,-с.60-62.

15. Кладухин В.В., Козлов А.Й., Тарабукин В.И. Средства изготовления схемной документации. В кн.: Советско-финский симпозиум "Автоматизированные системы управления". Тезисы докладов. М., ЮТ, с,27-28.

16. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. Т.З. Сортировка и поиск. М.: Мир, 1978. - 844 с.

17. Козлов А,И. Описания сетей. В кн.: Математическое обеспечение автоматического цроектирования (информационный обмен). Свердловск: ИММ УНЦ АН СССР, 1982, с.28-31.

18. Козлов А.И. Пакет программ "Чертеж". В кн.: Моделирование дискретных управляющих и вычислительных систем. Тезисы докладов. Свердловск, 1984, с.251-252.

19. Козлов А.И., Кубарева О.Г. Списковые структуры. В кн.: Математическое обеспечение автоматического проектирования (Информационный обмен). Свердловск: ИММ УНЦ Ш СССР, 1982, с.15-19.

20. Козлов А.И., Тарабукин В.И. Автоматизация изготовления схемной документации. В кн.: Всесоюзная школа-семинар "Автоматизация проектирования средств вычислительной техники и перспективы применения микропроцессоров". Тезисы докладов. Л., 1978, с.45-46.

21. Козлов А.И., Тарабукин В.К., Чистов В.П. Система изготовления схемной документации. В кн.: Применение систем автоматизированного проектирования в приборостроении и машиностроении. Межвузовский сборник научных трудов. Челябинск: ЧПИ, 1980, с.34-39.

22. Козлов А.И., Тарабукин В,И. Способ выделения функциональных узлов цри автоматическом вычерчивании схем, В кн.: Оптимизация дискретных систем управления. Материалы семинара. М., МДНТП, 1979, с.135-137.

23. Козлов А.И., Тарабукин В.И., Черпак В.Е. Иерархический банк данных. В кн.: Математическое обеспечение автоматического проектирования (информационный обмен). Свердловск: ИММ УНЦ АН СССР, 1982, с.45-50.

24. Коневский Б.И, Организация управляемой памяти при программировании на Фортране для ЭВМ "Минск-32". Программирование, 1978, № 6, с.88-91.

25. Корбут A.A., Финкелыдтейн Ю.Ю. Дискретное црограммирова-ние. М.: Наука, 1969. - 368 с.

26. Корячко В.П. Алгоритм минимизации числа пересечений в плоском графе. В кн.,: Построение упр. устройств и систем. М., 1974, с.84-89.

27. Кубарева О.Г., Чистов В.П. Интеллектуальный интерфейс в САПР коллективного пользования. В кн.: Математическое обеспечекие САПР и ГАП в машиностроении. Материалы координационного совещания. Ижевск, 1984, с.176-178.

28. Кубарева О.Г., Шереметьева В.Г. Средства преобразования информации в модульной системе автоматического проектирования. -В кн.: Оптимизация дискретных систем управления. Материалы семинара. М.: МДНТП, 1979, с.138-143.

29. Курбатов A.B., Лазарев М.И. Программное управление распределением памяти в Фортране. Программирование, 1980, № 5, с. 87-89.

30. Ландау И.Я. Применение ЦВМ для проектирования ЦВМ. М.: Энергия, 1974, - 152 с.

31. Маматов Ю.А., Карлин А.К. Отыскание двудольного графа, имеющего квазиминимальное число пересечений ребер. В кн.: Однородные цифровые вычислительные и интегрирующие структуры, - Таганрог, 1974, вып.2, с.183-188.

32. Миллер Р. Теория переключательных схем. Tl. М.: Наука,1970.

33. Михайлов Б.М. Автоматизация процесса ведения и изготовления документации црограммного обеспечения в АСУ. М.: Сов.радио, 1980» - 144 с.

34. Михайлов Б.М. Алгоритмический синтез графики схемной документации и вывод ее готовых форм на стандартные внешние устройства ЭВМ. Труды международной конференции "Компконтроль-77".-Варшава, 1977, с.129-134.

35. Михайлов Б.М., Пустырев В.А. Алгоритмический синтез графики схем алгоритмов. Труды МИЭМ, 1975, вып.56, ч.1, с.76-85.

36. Нильсон Н. Искусственный интеллект. М,: Мир, 1973.

37. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 года и на период до 1990 года. Правда, 1981, 5 марта.

38. Основы технической диагностики./В.В»Карибский, П.П.Пархоменко, Е.С.Согомонян, В.Ф.Халчев. Под ред. П.П.Пархоменко. М.: Энергия, 1976.

39. Розанов В.А., Сыпчук П.П., Юрин 0»Н. Анализ методов решения задачи размещения. Труды МИЭМ, 1971, вып.16, чЛ, с.83-113.

40. Селиванов И.В., Забабахина Н.В., Шевченко Т.П., Украинская Т.В. Мониторная система "Дубна11 в ОС ДИАПАК. Пакетный режим,-Свердловск: ИММ УНЦ АН СССР, 1981. 106 с.

41. Селготин В.А. Машинное проектирование электронных устройств. М.: Сов.радио, 1977. - 383 с.

42. Ситников И.О., Тарабукин В.И., Шахтарин Е.Ю, Язык структурного программирования на Фортране. В кн.: Математическое обеспечение автоматического проектирования (технология программирования). Свердловск: ИММ УНЦ АН СССР, 1981, с.71-122,

43. Стоян Ю.Г., Гиль Н.И. Методы и алгоритмы размещения плоских геометрических объектов. Киев: Наукова думка, 1976.

44. Тарабукин В.И., Козлов А.И. Двухуровневая система црямо-го доступа. В кн.: Математическое обеспечение автоматического проектирования (информационный обмен). Свердловск: ИММ УНЦ АН СССР, 1982, с,36-44« ■

45. Теория и методы автоматизации проектирования вычислительных систем. /Йод ред. М.Брейера. М.: Мир, 1977.

46. Томашевекий Д.И., Масютин Г.Г., Явич A.A«, Преснухин В.В. Графические средства автоматизации проектирования РЭА. М,: Сов. радио, 1980. - 224 с.

47. Фридман В.М., Медведис И.Э. К вопросу о динамическом рас- • пределении оперативной памяти ЭВМ на Фортране. Программирование, 1983, № 5, с.49-51.

48. Шитов В.М., Джунковская Л.Г., Береславский А.А. Применение машинной графики в САПР. В кн.: Автоматизированные моделирующие и управляющие системы. Куйбышев, 1980, с.69-71.

49. Штейн М.Е., Штейн Б.Е. Методы машинного проектирования цифровой аппаратуры. М.: Сов.радио, 1973. - 294 с.

50. Barret R. Trends in р.с.Ъ. c.a.d./c.a.m. products.- New Electron, 1981, vol.14, N 20. p.70-71.

51. Bayegan H.M. CASS : Computer Aided Schematic System.-Design Automation Conference 14th, 1977, p.396-403.

52. Beidler J., Meinke J. An Intermediate Level Dynamic Storage Capability.- SIGPLAN Notices, 19SO, vol.15, N 1, p.24-33.

53. Brainerc/W. FORTRAN" 77.- Communications ACM, 1978, vol.21, N10, p.806-820.

54. Bruce E.A. Device independent interactive graphics in a time shared environment,- Interactive Systems, 1975, September, p.109-125.

55. Computer-aided draughting for schematic diagrams.- Vector, 1981, June, p.33.

56. Computer aids in design and manufacture.- Advantage Engineering Software, 1981, vol.3, H 2, p.71-76.

57. Helliwell D. The Stanford University Drawing System.-Stanford Artificial Intelligence Laboratory, 1972.

58. Huybrechts M. DUNOSOR, a set of subroutines for dynamic memory organization in PORTRAIT programs.- SIGPLAN Notices, 1977, vol.2, N 4, p.67-74.

59. Lee C.Y, An Algorithm for Path Connections and Its Applications.- IRE Trans, on Electronic Computers, 1961, September, vol. EC-10, p.346-365.

60. Lee J.H., Bose II.R., Hwang F.K. Use of steiner's problem in suboptimal routing in rectilinear metric.- IEEE Trans., 1976, vol. CAS-23, N 7, p.470-476.

61. Luther C.Abel. Computer aided design of digital computer systems.- Computer Aided Design of Digital Electronic Circuits and Systems, Amsterdam e.a,, 1979, p.139-145.

62. Odawara Gotaro, Aoyama Hiroshi, Kurishima Satoshi, Kinos-hita Akira. Computer aided circuit design system.- Journal of the Paculty of Engineering the University of Tokyo, 1980, vol.35, N 4» p.732-752.

63. Peterson N.D. Elements of Style Among Machine-Generated Cobol Flowcharts.- Computer Languages, 1978, vol.3, N 1.

64. Putzolu G.R., Roth J.P. A heuristic algorithm for testing of asynchronous circuits.- IEEE Trans., 1971, vol.C-20, IT 6, p.639-647.

65. Quinn H.R. The placement problem as viewed from the physics of classical mechanics.- In: Proc. IEEE ACM Design Automation Workshop, Portland, Oregon, 1975, p.173-178.

66. Routoman R. Hon Gridded Graphic Input.- Design Automation Conference 13th, 1976, p.392-398.

67. Rubin P. The Lee path connection algorithm.- IEEE Trans.,1974, vol. 0-23, N 9, p.907-914.

68. Sell J. Desk-top Computer/Plotter Slashes Control Panel Drawing Time.- Vector, 1981, June, p.32-33.

69. Villers P. A Minicomputer Based Interactive Graphics System as Used for Electronic Design and Automation.- Design Automa -tion Conference 15th, 1978, p.446-453.

70. Zibert K., Saal R. On computer aided hybrid circuit layout.- In: Proc. IEEE Int. Symp, Circ. and Syst., 1974, p.314-318.