Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение степени интеграции электрорадиоэлементов на узлах второго конструктивного уровня (ТЭЗ, печатных узлах) является одним из направлений развития средств электроники и вычислительной техники. Для печатных плат таких узлов это требует повышения коммутационных возможностей, что реализуется путем увеличения числа слоев и уменьшения шага трассировки.
Альтернативой печатного монтажа для узлов второго конструктивного уровня является рельефный монтаж (РМ), обеспечивающий высокие коммутационные возможности при использовании двух проводящих слоев и малых величин шагов трассировки. Основным преимуществом рельефных плат (РП) перед многослойными печатными платами является существенно меньшая себестоимость при более высокой надежности и меньшем цикле изготовления.
В настоящее время РМ используется в отечественной аэрокосмической технике. Необходимость повышения надежности и снижения себестоимости создает предпосылки его более широкого использования.
Опыт проектирования РП показал, что использование универсальных коммерческих САПР при этом оказывается малоэффективным. Это объясняется, с одной стороны конструктивными особенностями РП, определяющими правила трассировки, а с другой стороны - высокой плотностью РМ, приводящей к весьма большой трудоемкости "ручной" трассировки, даже при использовании современных графических редакторов. Это привело к созданию специализированных САПР рельефного монтажа (САПР РМ).
Существенной особенностью РМ является стабильность правил выполнения проводящего рисунка на протяжении всей, более чем 20-летней, эволюции технологических процессов. Это казалось бы является предпосылкой создания единственной САПР (возможно модифицируемой), обеспечивающей проектирование РП, до маловероятного возникновения изменений в правилах выполнения проводящего рисунка. Однако быстрая смена массово используемых аппаратных платформ и принципиально новых операционных систем, при отсутствии в настоящее время реализации принципа полной открытости программных систем, не позволяют обойтись без разработки новых САПР РМ.
Самой трудоемкой и продолжительной работой при создании новых САПР технического проектирования обычно является разработка высокоэффективных алгоритмов сложных функциональных компонентов (ФК) и их программная реализация. Под ФК здесь и далее понимаются те и только те программные компоненты САПР, которые непосредственно выполняют функции проектирования. Для таких сложных ФК весьма редко удается "с первого раза" обеспечить высокую эффективность (особенно если реализуются алгоритмы с большим количеством эвристических способов повышения эффективности). Разработка таких ФК порой существенно тормозит создание и внедрение всей САПР.
В плане изложенного стабильность правил выполнения проводящего рисунка РМ позволяет заимствовать эффективные апробированные алгоритмы старых сложных ФК САПР РМ при создании новых САПР РМ. Более того, при этом удается заимствовать и некоторые другие составляющие разработки САПР РМ, что существенно сокращает трудоемкость и сроки создания новых САПР РМ и повышает их экономическую эффективность.
Таким образом, разработка новых САПР РМ является в настоящее время весьма актуальной задачей. А описание апробированных эффективных полностью заимствуемых составляющих разработки САПР РМ является актуальным для сокращения сроков создания и введения в эксплуатацию таких САПР. Отсутствие методических разработок по созданию специализированных САПР РМ, со всеми их специфическими особенностями, определяет актуальность темы диссертационной работы, а 20-летний опыт автора по созданию и эксплуатации таких САПР позволил формулировать все теоретические положения, опираясь на обширный практический материал.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка методических вопросов создания специализированных САПР РМ, а также создание апробированных эффективных составляющих разработки САПР РМ для использования в новых САПР РМ.
Методы исследования. При разработке вопросов, рассматриваемых в диссертационной работе, используются методы теории графов, нелинейного программирования, теоретической электротехники и методы решения задачи "раскроя".
Обоснованне достоверности полученных результатов. Обоснованием эффективности заимствования составляющих разработки САПР РМ являетсяо-пыт "быстрой" разработки и эффективной эксплуатации САПР RELEF, описанной в главе 4 диссертационной работы. Обоснованием эффективности разработанных алгоритмов сложных ФК проводится теоретическими методами в главе 3 и подтверждается экспериментами, описанными в главе 5.
Научная новизна работы состоит в следующем:
для создания новых САПР "стабильных по правилам проектирования" объектов проектирования предложена концепция заимствования составляющих разработки САПР;
обоснован состав составляющих разработки САПР, полностью заимствуемых при создании новых САПР РМ
предложена классификация ФК САПР, отражающая сложность и приоритет при разработке;
сформулированы принципы разработки САПР РМ, позволяющие начать опытную эксплуатацию на стадии проектирования, а также обеспечивающие удобство эксплуатации, сопровождения и модернизации;
разработан новый алгоритм итеративного улучшения расстановки равно-габаритных ЭРЭ;
разработан способ деконцентрации групп сильно связанных ЭРЭ, повышающий эффективность "силовых" алгоритмов размещения;
разработан новый алгоритм плотного размещения разногабаритных ЭРЭ;
разработаны эвристические способы повышения быстродействия и трассировочных способностей алгоритма малоповоротных путей;
разработана модификация алгоритма рекапитуляции цепей (доводка не-проведенных связей);
разработан быстродействующий алгоритм анализа статических и динамических режимов цепей питания;
предложены способ настройки на формат управляющих программ и два новых эвристических способа оптимизации траектории инструмента для постпроцессоров технологического оборудования;
разработан алгоритм контроля проектных норм РМ;
- впервые разработан алгоритм внутренней сортировки менее чем линейной сложности.
Практическая значимость работы. Сформулированные в первой главе диссертационной работы принципы разработки САПР РМ использовались при создании Комплекса прикладных программ автоматизации проектирования рельефных печатных плат (КППАП РПП) и САПР RELEF.
При разработке САПР RELEF использовались все теоретические и алгоритмические аспекты, рассмотренные в первой и третьей главах диссертационной работы. Часть этих аспектов использовалась для создания КППАП РПП. КППАП РПП применялся в НИЦЭВТ для проектирования РП СЦВМ, а трассировщик КППАП РПП использовался для проектирования МаБИС ЭВМ ЕС 1067. КППАП РПП внедрялся на ряде предприятий для проектирования РП. САПР RELEF используется в НИИ АРГОН для проектирования РП БЦВК. САПР RELEF начиная с 1996 года используется в учебном процессе в Московском государственном авиационном институте (Техническом университете).
Перечисленные использования и внедрения КППАП РПП и САПР RELEF подтверждены актами внедрения.
К защите представляются все положения, составляющие научную новизну диссертационной работы.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы и 9 приложений. Работа содержит 230 страниц текста, выполненных в редакторе WORD 6, 62 иллюстрации, 43 таблицы, список литературы из 89 наименований, 34 страницы приложений.
