Иерархическая структура проектных спецификаций и иерархиче­ские уровни проектирования

Выполнение проектных операций и процедур в САПР основано на оперировании математических моделей. С их помощью прогнозируются харак­теристики и оцениваются возможности предложенных вариантов схем и кон­струкций, проверяется соответствие предъявляемым требованиям, прово­дится оптимизация параметров, разрабатывается техническая документация и т. п. В САПР для каждого иерархического уровня сформулированы основные по­ложения математического моделирования, выбран и развит соответствующий математический аппарат, получены типовые математические модели элементов проектируемых объектов, формализованы методы получения и анализа математических моделей систем. Сложность задач проектирования и противоречивость требо­ваний высокой точности, полноты и малой трудоемкости анализа обусловли­вают целесообразность компромиссного удовлетворения этих требований с помощью соответствующего выбора моделей. Это обстоятельство приводит к расширению множества используемых моделей и развитию алгоритмов адап­тивного моделирования. При использовании блочно-иерархического подхода к проектированию пред­ставления о проектируемой системе разделяют на иерархические уровни. На верхнем уровне используют наименее детализированное представление, от­ражающее только самые общие черты и особенности проектируемой сис­темы. На следующих уровнях степень подробности описания возрастает, при этом рассматривают уже отдельные блоки системы, но с учетом воздействий на каждый из них его соседей. Такой подход позволяет на каждом иерархическом уровне формулировать задачи приемлемой сложности, поддающиеся решению с помощью имеющихся средств проектирования. Разбиение на уровни должно быть таким, чтобы документация на блок любого уровня была обозрима и воспринимаема одним человеком. Другими словами, блочно-иерархический подход есть декомпозиционный подход (его называют также диакоптическим), который основан на разбие­нии сложной задачи большой размерности на последовательно и (или) па­раллельно решаемые группы задач малой размерности, что существенно со­кращает требования к используемым вычислительным ресурсам или время решения задач. Можно говорить об иерархических уровнях не только спецификаций, но и проектирования, понимая под каждым из них совокупность спецификаций некоторого иерархического уровня совместно с постановками задач, мето­дами получения описаний и решения возникающих проектных задач. Список иерархических уровней в каждом приложении может быть специфич­ным, но для большинства приложений характерно следующее наиболее крупное выделение уровней: метауровень, на котором решают наиболее общие задачи проектирова­ния систем, машин и процессов. Результаты проектирования представ­ляют в виде структурных схем, генеральных планов, схем размещения оборудования, диаграмм потоков данных и т. д.; макроуровень, на котором проектируют отдельные устройства, узлы ма­шин и приборов. Результаты представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, сборочных чертежей и т. п.; микроуровень, на котором проектируют отдельные детали и элементы машин и приборов. В каждом приложении число выделяемых уровней и их наименования могут быть различными. Так, в радиоэлектронике микроуровень часто называют компонентным, макроуровень -схемотехническим. Между схемотехниче­ским и системным уровнями вводят уровень, называемый функционально-ло­гическим. В вычислительной технике системный уровень подразделяют на уровни проектирования ЭВМ (вычислительных систем) и вычислительных сетей. В машиностроении имеются уровни деталей, узлов, машин, комплек­сов. В зависимости от последовательности решения задач иерархических уровней различают нисходящее проектирование, восходящее и смешанное проектиро­вание (стили проектирования). Последовательность решения задач от ниж­них уровней к верхним характеризует восходящее проектирование, обратная последовательность приводит к нисходящему проектированию, в смешанном стиле имеются элементы как восходящего, так и нисходящего проектирова­ния. В большинстве случаев для сложных систем предпочитают нисходящее проектирование. При наличии заранее спроектированных составных блоков (устройств) можно говорить о смешанном проектировании. Неопределенность и нечеткость исходных данных при нисходящем проекти­ровании (так как еще не спроектированы компоненты) или исходных требо­ваний при восходящем проектировании (поскольку ТЗ имеется на всю сис­тему, а не на ее части) обусловливают необходимость прогнозирования не­достающих данных с последующим их уточнением, т. е. последовательного приближения к окончательному решению (итерационность проектирования). Наряду с декомпозицией описаний на иерархические уровни применяют раз­деление представлений о проектируемых объектах на аспекты. Аспект описания (страта) - описание системы или ее алгоритмического (разработка алгоритмов и программного обеспечения) и технологического (разработка технологических процессов) проектирования. Примерами страт в случае САПР могут служить также рассмотренные ранее виды обеспечения автоматизированного проектирования.