Введение к работе
Актуальность темы. Одним из перспективных направлении развития-"САПР" изделий" электронной техники (ИЭТ) является создание интегрированных систем, позволяющих объединить в едином цикле все этапы маршрута проектирования. Информационное обеспечение таких систем строится с использованием адекватных моделей элементов ИЭТ, сформированных на основе экспериментальной информации о входных и выходных величинах этих элементов и включает в себя программно-технический комплекс для измерения параметров и идентификации математического описания. При этом появляется возможность построить модели компонентов узлов и блоков ИЭТ с учетом реальных статистических распределений, используя для этого данные, регистрируемые с помощью автоматизированных тестеров контроля, и организовать - на Этой основе качественное проектирование ИЭТ с использованием интегріфованнйх САПР.
Появление новых технологий, в частности технологии, "интеграции на целой пластине" (ИЦП-технология), когда в едином технологическом цикле изготавливается изделие на пластине путем объединения системой многоуровневой металлизации годных кристаллов БИС различных типов, требует постоянного совершенствования методов, алгоритмов и процедур формирования моделей элементов узлов и блоков ИЭТ. ИЦП - технология предъявляет более жесткие требования к точности, адекватности и экономичности модели ' в связи с необходимостью комплексной микроминиатюризации таких изделий, бездефективностыо их проектирования, обеспечением надежности и серийноспособности ИЦП ИЭТ. Вычислительные процедуры в интегрированной системе проектирования, управления и контроля базируются на использовании адекватных моделей ^библиотечных элементов, параметры которых функционально связаны с физико-топологическими и технологическими характеристиками компонентов ИЦП ИЭТ. Для автоматизации формирования моделей библиотечных элементов ИЦП ИЭТ необходимо разработать методы и алгоритмы обработки измерительной информации, оптимизации параметров моделей, параметрической идентификации моделей, рациональной организации технических средств измерений и проектирования библиотек функциональных элементов (ФЭ) ИЦП ИЭТ для интегрированной САПР.
Таким образом, актуальность темы заключается в'" необходимости повышения адекватности, точности и экономичности моделей библиотечных элементов в интегрированной САПР за счет использования информации о них как об объектах автоматизированного контроля.
Тема диссертации разработана в соответствии с координационным планом совместных работ МЭП, АН СССР и Госкомобразования СССР (совместный приказ № 158 от 6.04.87) на 1985 - 1990 гг. и до 2000 г. "Создание и развитие УИ САПР и их подсистем в вузах" (задание 3.2.28); Программой САПР Минвуза РСФСР на 1985 - 90 гг. (приказ № 195 от 16.03.87) "Разработка подсистемы формирования моделей компонентов интегрированных схем САПР БИС и микропроцессоров" (задание 1.7.14); Межвузовской целевой НТО на 1987 - 1990 гг. и на период до 2000 г. "Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения" (приказ Минвуза РСФСР № 485 от 6.07.87), "Разработка методов оценки надежности, принятие проектных решений на основе экспертных систем" (задание 03.21); Комплексной программой ГК РСФСР по делам науки и высшей школы "Информатизация науки и образования РСФСР" (задание 2.2.1.1, 2.1.3.3), а также одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Исследование и разработка САПР, роботов и ГАЛ".
Научная проблема. Повышение эффективности принятия проектных и управленческих решений в интегрированных системах на основе ретроспективной и экспертной информации.
Цель работы и задачи и с с л е д.о в а н и я. Целью диссертационной работы является разработка комплекса методов, моделей, алгоритмов и программных средств, позволяющих повысить эффективность автоматизированного формирования моделей изделий электронной техники, построения библиотек элементов на основе ретроспективной и экспертной информации в рамках интегрированной САПР, а также разработка подсистемы моделирования при управлении медицинскими, образовательными и информационными системами. Эта цель определяет следующие задачи исследования:
выбор путей повышения эффективности процесса формирования моделей объектов в интегрированных системах проектирования и управления;
проведение анализа основных функций подсистемы формирования моделей элементов;
разработка методов построения математических моделей (ММ) в САПР ИЭТ на основе рационального совмещения информации тестового контроля и экспертных данных;
построение алгоритмов автоматизированного формирования и оптимизации моделей библиотечных элементов в интегрированной системе проектирования ИЭТ;
разработка библиотек математических моделей элементов интегрированных систем;
построение алгоритмов процедура формирования ретроспективной и экспертной информации при построении моделей;
проведение рационального выбора библиотечных элементов и построение библиотеки моделей при проектировании ИЭТ;
разработка информационных и программных средств в подсистемы моделирования медицинскими, образовательными и информационными системами.
Методы исследования основываются на теории системного анализа, математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, экспертного анализа, оптимизации, а также на новых информационных технологиях.
На защиту выносятся следующие основные ..Н:іа-..У~ \ н ы е
положения. ,".!'' '
Методология построения математических моделей! а САПР ИЭТ, отличающаяся алгоритмическими приемами преобразования-матрицы данных в ортогональную матрицу с дополнением экспертных данных.
Алгоритмические процедуры автоматизированного формирования математического описания моделей библиотечных элементов, обеспечивающих повышение точности, адекватности и экономичности моделей рационального выбора ядра плана активного эксперимента по тестовой информации и эффективных диалоговых процедур при ориентации на экспертные данные.
Формирование рационального состава библиотечных элементов в
интегрированной САПР ИЭТ с помощью оптимизационной модели и
алгоритма. ~ - -
Комплексирование технических и программных средств САПР позволяет реализовать процедуры построения моделей библиотечных элементов при проектировании ИЭТ.
Технология принятия решения при управлении процессом лечения позволяет одновременно использовать интуицию врача, его практический опыт и теоретическую подготовку, априорные знания с возможностями современной вычислительной техники.
Научная новизна работы состоит в следующем:.
Ь Предложен метод построения ММ объектов ^в. САПР ИЭТ, отличающийся алгоритмическими приемами преобразования матрицы данных, полученных по результатам тестового контроля, в ортогональную матрицу с дополнением экспертных данных.
-
Разработан алгоритм автоматизированного формирования математического описания моделей библиотечных элементов, обеспечивающих повышение адекватности, точности и экономичности моделей за счет рационального выбора ядра плана активного эксперимента по тестовой информации и эффективных диалоговых процедур при ориентации на экспертные данные.
-
Построены оптимизационная модель и алгоритм, позволяющие сформировать рациональный состав библиотечных элементов в интегрированной САПР ИЭТ.
-
Сформированы структурные схемы комплексирования технических и программных средств САПР, позволяющие реализовать процедуры построения моделей библиотечных элементов при проектировании ИЭТ.
-
Разработана человеко-машинная технология принятия решения при управлении процессом лечения, позволяющая одновременно использовать интуицию врача, его практический опыт и теоретическую подготовку, априорные знания с возможностями современной вычислительной техники.
-
Создана система автоматизированного прогнозирования лечебных мероприятий, выбора схем лечения из библиотеки типовых схем лечения и управления лечебным процессом, обеспечивающая интеграцию ретроспективной, текущей и экспертной информации: при принятии рациональных решений лечащим врачом.
Практическая ценность работы. Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проведенной в Воронежском государственном техническом университете в рамках хоздоговорных и госбюджетных наз"шс— исследовательских работ по заказам МРП, МЭП, ГКВТИ, РОСКОМИНФОРМ, ВНИИПВТИ. Они нашли отражение в 12 отчетах по НИР, в 5. из которых автор был ответственным исполнителем.
В результате проведенных исследований разработано методическое, программное, математическое и информационное обеспечение интегрированной системы .проектирования, подсистемы моделирования при управлении медицинскими, образовательными и информационными системами. Разработаны и реализованы оптимизационные модели и алгоритмы формирования моделей ИЭТ, что дает возможность в едином цикле проектирования, управления и контроля ИЭТ сформировать адекватные модели элементов БИС, библиотеку таких элементов, оптимизировать состав и количество библиотечных элементов, выбрать рациональный состав средств измерения и обработки результатов в интегрированной САПР.
Реализация и внедрение результатов работы. Предложенные методы, алгоритмы и оптимизационные модели формирования
описаний библиотечных элементов реализованы в подсистеме
многокритериальной оптимизации элементов матриц КМОП-типа (МОЭМ-
КМОП) интегрированной системы проектирования ИЦП-микроЭВМ,
разрабатываемой в соответствии с планом проведения совместных работ МЭП,
АН СССР и внедренной в научно-исследовательский институт электронной
техники НПО "Элекгроника" (г. Воронеж) с экономическим эффектом
52000 рублей в 1990 г.,а в 1998 г. на Воронежскомзаводе полупроводниковых
приборов проведена апробация, подтвердившая положительный эффект,
связанный с сокращением трудоемкости проектирования 'и ;по.вьішеішем
выхода годных микросхем. Алгоритм комплексной инструмеїгтальной
диагностики внедрен в клиническую практику городской .': клинической
больницы "Электроника". Результаты работы внедрены в учебный Jipouecc
ВГТУ по курсу "Автоматизация проектирования 'радиоэлектронных
устройств". .1 -
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях: на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Надежность и качество в приборостроении и радиотехнике" (Ереван, 1986), научно—техническом семинаре "Унификация проектных решений и разработка программного обеспечения машинной графики" (Москва, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблема создания и развития интегрированных автоматизированных систем в проектировании и производстве" (Таганрог, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции "Интеграция учебного процесса в высшей школе на базе микропроцессорных вычислительных систем" (Воронеж, 1987), зональной научно-технической конференции "Автоматизация конструкторского проектирования РЭА и ЭВА" (Пенза, 1987, 1988), зональной научно-технической конференции "Методы прогнозирования надежности проектируемых РЭА и ЭВА" (Пенза, 1987), Республиканском семинаре "Машинные методы проектирования электронно—вычислительной аппаратуры" (Каунас, 1988), Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы создания интеллектуальных САПР РЭА и СБИС" (Гурзуф, 1989), Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых и специалистов "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроЭВМ" (Воронеж, 1989), научно-технической конференции "Опыт и перспективы развития математического, программного и технического обеспечения САПР
прессостроения" (Воронеж, 1990), Всесоюзной школе-ссмииаре "Методы
искусственного интеллекта в САПР" (Гурзуф-Воронеж, 1990), III Всесоюзной
конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии"
(Воронеж, 1990), IX Всесоюзном симпозиуме "Эффективность, качество и
надежность системы "Человек-техника" (Воронеж, 1990), Всесоюзном
совещании-семинаре "Интерактивное программирование технических
устройств и автоматизированных систем на персональных ЭВМ" (Воронеж,
1991), Международной конференции и школы молодых ученых и
специалистов "САПР-92. Новые информационные технологии в науке,
образовании и бизнесе" (Гурзуф-Воронеж, 1992), в программе и аннотации
докладов международной школы "Проектирование автоматизированных
систем контроля и управления сложными объектами" (Харьков-Туапсе, 1992),
Российском совещании-семинаре "Оптимальное проектирование
технологических устройств и автоматизированных систем" (Воронеж, 1992), Региональном совещании-семинаре для руководящих работников и преподавателей вузов ЦЧР (Воронеж, 1992), Региональном совещании-семинаре "Опыт информатизации в промышленности" (Воронеж, 1993), Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1994, 1995), Ш Всероссийской научно-практической конференции "Управление и информатизация—94" (Н. Новгород, 1994), Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1997), Всероссийском совещании-семинаре "Высокие технологии в региональной информатике" (Воронеж, 1998).
Публикаций результатов раб о т ы. По теме диссертации опубликовано 46 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и приложений, изложена на 292 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка, 21 таблицу. Список литературных источников включает 218 наименований.
