Введение к работе
Актуальность проблемы.
Современный этап развития систем автоматизированного проектирования характеризуется требованием создания новых методов повышения эффективности программного обеспечения Это обусловлено непрерывным усложнением проектируемых объектов различного класса и назначения и увеличением размерности решаемых задач Совершенствование методов построения САПР необходимо проводить не только с целью повышения эффективности работы готового программного продукта, но и с точки зрения минимизации трудоемкости по созданию программного обеспечения разрабатываемых систем
Существенным резервом для повышения эффективности процесса создания программного обеспечения САПР является иерархическая структура современных сложных систем, представляющих собой соединение слабосвязанных подсистем Вследствие наличия слабой связи подсистем, математическое описание последних содержит сильно разреженные матрицы с большим количеством нулевых элементов Полное описание таких матриц является избыточным с точки зрения хранения содержащейся в них информации Поэтому для работы с разреженными матрицами в течение последних десятилетий были предложены различные технологии их обработки
Методы, лежащие в основе этих технологий, существенно отличаются друг от друга по своей эффективности и по трудоемкости построения реализующего их программного обеспечения, при этом оказывается, что наиболее эффективные методы требуют для своей реализации значительных усилий, что не позволяет обеспечивать разработку новых САПР в допустимые сроки Анализ существующих методов обработки разреженных матриц показывает, что в этих методах практически не используется современная технология объектно-ориентированного программирования Вместе с тем, использование объектно-ориентированного подхода к проектированию позволяет делать процесс создания программного обеспечения строго структурированным, предоставляя возможность с одной стороны, использовать имеющиеся библиотеки классов той или иной среды программирования, а с другой стороны, использовать собственную библиотеку классов для многократного включения ранее разработанного описания в создаваемые системы
Не менее важным требованием для построения современных систем автоматизированного проектирования является возможность переноса этих систем в различные среды без перекомпиляции исходных кодов Хотя такая компиляция принципиально осуществима, практическая отладка программного продукта, переносимого в другую среду, может оказаться затруднительной и иногда невозможной вследствие несогласованности библиотек функций, входящих в различные компиляторы Поэтому
разработка новых САПР должна проводиться на основе языков программирования, обеспечивающих переносимость программного обеспечения в различные среды
В связи с изложенным, весьма актуальной является задача построения новых методов создания программного обеспечения САПР на основе технологии разреженных матриц и языка программирования, обеспечивающего переносимость программного обеспечения Цели и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является исследование методов построения программного обеспечения САПР на основе технологии разреженных матриц
В работе поставлены и решаются следующие основные задачи
-
Сравнительный анализ возможных методов создания программного обеспечения САПР на основе технологии разреженных матриц
-
Построение общей методики компактной обработки разреженных матриц на основе использование списочных структур и технологии работы с коллекциями
-
Разработка методов формирования математического описания схемы в компактной форме в виде списочных структур без восстановления описания в виде полных разреженных матриц
-
Разработка методики виртуального решения уравнений на основе списочных структур без восстановления исходных разреженных матриц
-
Практическая реализация применения компактных методов для решения прикладных задач
Основные методы исследования
В работе для решения поставленных задач используются методы численного анализа, аппарат вычислительной математики, методы математического моделирования и теории построения САПР Достоверность научных результатов.
Достоверность результатов подтверждается корректностью использования математического аппарата теории графов, теории матриц, численных методов анализа и результатами опытного тестирования созданного программного обеспечения Новые научные результаты.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем-
-
Построена структура классов Element и Matrix и разработаны общие методы этих классов, реализующие доступ к элементам списков, а также добавление в них новых элементов
-
Предложена методика непосредственного формирования компактного описания схемы в виде списочных структур на основании исходной информации о параметрах компонентов
З Разработана методика виртуальной С/-факторизации математического описания схемы в компактной форме в виде списочных структур Научные положения, выносимые на защиту.
1 Алгоритмы и блок-схемы компактной обработки разреженных матриц
на основе использование списочных структур и технологии работы с
коллекциями
2 Методика непосредственного формирования компактного описания
схемы в виде списочных структур на основании исходной информации
о параметрах компонентов
3 Общая методика виртуального решения задачи расчета переменных математического описания схемы на основе списочных структур без восстановления исходных разреженных матриц Практическая ценность.
Практическая ценность полученных в диссертационной работы результатов заключается в следующем
1 Разработана общая методика компактной обработки разреженных матриц на основе использование списочных структур и технологии работы с коллекциями 2. Построена библиотека функций, реализующих прямое формирование математического описания в компактной форме на основе информации о параметрах и схеме включения компонентов
3 Реализовано программное обеспечение компактных методов решения
прикладных задач моделирования линейных систем в частотной
области, моделирования стационарного режима нелинейных систем,
расчета чувствительности систем к вариации параметров
Практическая реализация и внедрение результатов работы.
Разработанные в процессе выполнения диссертационной работы методы обработки и хранения разреженных матриц на основе технологии объектно-ориентированного программирования реализованы в виде библиотеки функций, которая может быть использована при построении систем автоматизированного проектирования сложных объектов, математическое описание которых содержит сильно разреженные матрицы
Полученные при выполнении работы результаты использованы в учебном процессе кафедры САПР СПБГЭТУ для построения программного обеспечения систем автоматизированного проектирования в различных предметных областях Апробация работы.
Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на конференциях
-
Международная конференция "Приборостроение в экологии и безопасности человека", Санкт-Петербург ГУАП, 2007
-
Международная конференция "Современные технологии обучения международный опыт и российские традиции", Санкт-Петербург, 2007
3 Конференция профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ,
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет 2007 г 4. Конференция профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ,
Санкт-Петербургский Государственный электротехнический
университет 2008 г Публикации
По теме диссертации опубликованы четыре научных работы, из них две статьи и две работы в сборниках трудов международных научно-технических конференций Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного содержания, заключения и списка литературы, включающего в себя 70 наименований
Основная часть диссертации изложена на 137 листах Работа содержит 44 рисунка и 2 таблицы
