Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования.
В связи с интенсивным внедрением вычислительной техники во
все сферы современного общества одной из приоритетных задач
экономического и социального развития является
автоматизированное проектирование различных систем, в том числе устройств аналого-цифрового преобразования (АЦП), одним из видов которых являются преобразователи «перемещение-код».
Из-за развития интегральной технологии наряду с традиционными требованиями к таким устройствам по разрешающей способности, быстродействию и помехоустойчивости существенное значение приобрели требования по технологичности, массо-габаритным характеристикам и надежности. В большей степени требованиям по разрешающей способности, быстродействию и помехоустойчивости удовлетворяют преобразователи с непосредственным преобразованием перемещение - код на основе считывания с использованием пространственного кодирования, основным элементом которых является кодовая шкала. Однако широкому применению таких преобразователей в значительной мере препятствует их более высокая стоимость, трудоемкость изготовления, увеличенные габариты и масса по сравнению с преобразователями, в которых перемещение преобразуется в код косвенно.
Современные преобразователи перемещения на основе считывания строятся на основе различных физических и структурных принципов. При этом наибольший вклад в развитие таких устройств вносит микроэлектроника, использование которой позволяет более полно решить проблему технологичности, обеспечив максимальное упрощение прецизионных механических узлов, основным из которых является кодовая писала.
Известен ряд работ, посвященных вопросам снижения трудоемкости синтеза кодовых шкал, а также уменьшения габаритов преобразователей по сравнению со шкалами, имеющими кодовую маску, выполненную в обыкновенном двоичном или в традиционном коде Грея. Значительный вклад в решение данных вопросов внесли В.ГДомрачев, Б.С.Мейко, В.В.Кривенков, Ю.СШарин, и др. отечественные и зарубежные ученые.
Профессором Ожигановым А.А. были разработаны рекурсивные кодовые шкалы (РКШ) — новый тип кодовых шкал (КШ), трудоемкость изготовления которых в 2-8 раз меньше по сравнению с традиционными, выполненными в коде Грея или в ОДК и будучи использованными в преобразователях перемещения, могут снизить их массо-габаритные характеристики в 2 раза при одновременном увеличении их технологичности и информационной надежности.
Основная особенность данного вида КШ состоит в том, что шкала имеет только одну информационную кодовую дорожку, вдоль которой размещаются считывающие элементы. Однако в силу своих особенностей РКШ свойственно большое многообразие. Поэтому актуальной является проблема создания преобразователей перемещения на основе нового типа КШ — РКШ, которые позволили бы на своей основе создавать преобразователи перемещения с улучшенными массо-габаритными, технологическими и одновременно надежностными характеристиками. Разработку таких шкал целесообразно осуществлять с использованием специализированной автоматизированной системы. На данный момент не существует автоматизированной системы, способной избавить проектировщика от использования сложного математического аппарата, а также ручного расчета РКШ большой разрядности (до 20 двоичных разрядов) и выбора из широкого диапазона проектных решений только тех, которые пригодны для технологического изготовления преобразователей перемещения с заданными параметрами.
Разработанная АСП РКШ позволит сократить время на разработку указанных преобразователей перемещения и, как следствие, снизить их стоимость.
Состояние изученности проблемы. Актуальные вопросы, связанные с разработкой преобразователей перемещения на основе кодовых шкал, нашли свое отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых. Среди отечественных авторов значительный вклад в решение данных вопросов внесли ВТ.Домрачев, Б.С.Мейко, В.В.Кривенков, Ю.С.Шарин, А.А. Ожиганов и др.
Значительный вклад в развитие теоретических основ САПР
внесен рядом известных авторов, среди которых можно выделить
работы Норенкова И.П., Корячко В.П., Маничева В.Б.,
Курейчика В.М., Коробейникова А Г. Данные работы оказали
существенное влияние на развитие САПР, послужили базой для создания новых подходов в совершенствовании систем автоматизированного проектирования.
Цель и задачи исследования. Основная цель данной работы состоит в разработке структуры и алгоритмов функционирования специализированной автоматизированной системы проектирования рекурсивных кодовых шкал (АСП РКШ). Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1 Проанализировать основные этапы проектирования РКШ.
Разработать структуру АСП РКШ, учитывающую требования по независимости от программной и аппаратной платформ и обеспечивающую открытость и масштабируемость системы.
Разработать эффективные алгоритмы работы системы с учетом особенностей РКШ и преобразователей перемещения на их основе, обеспечивающих многообразие вариантов выбора РКШ.
Разработать метод выбора проектных решений, позволяющий отбирать варианты РКШ, которые удовлетворяют требуемым параметрам преобразователя и являются оптимальными с точки зрения технологичности его конструкции.
Разработать метод передачи, предназначенный для обмена данными между узлами АСП РКШ
Объектом исследования данной работы является система автоматизированного проектирования рекурсивных кодовых шкал.
Предметом исследования являются методы и алгоритмы автоматизированной системы, предназначенной для проектирования РКШ.
Методы исследования. Для достижения поставленных в работе целей использовались: теория и методы САПР, методы теоретического и эмпирического исследования, методы системного подхода, математический аппарат рекурсивных двоичных последовательностей и теории Галуа, теория и методы реляционных баз данных, а также методы, основанные на положениях теории вычислительных систем.
Научная новизна исследования.
В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
1 Разработана структура и определено функциональное
назначение компонентов АСП РКШ, учитывающих требования
к открытости, масштабируемости, независимости от платформенной реализации.
Предложен подход на основе адаптивных сценариев, основанный на постепенном наращивании функциональности и включения в структуру системы программных операций, обеспечивающих эффективное решение задач синтеза РКШ.
Разработан алгоритм функционирования системы с учетом особенностей РКШ и преобразователей перемещения на их основе.
Определены критерии эффективности размещения СЭ на РКШ и разработан алгоритм верификации РКШ.
Разработан метод выбора проектных решений, обеспечивающий выбор РКШ из многообразия их возможных вариантов на основе указанных критериев.
Разработан универсальный метод передачи данных между узлами АСП РКШ, который:
может использоваться как средство интеграции АСП РКШ с другими ИУС;
независим от наборов данных и структур хранения, а также от программной реализации;
не требователен к наличию постоянной связи;
может использоваться с другими РСУБД.
Практическая значимость полученных результатов.
Созданная автоматизированная система позволяет проектировать РКШ, которые используются в преобразователях перемещения с улучшенными показателями информационной надежности, а также массо-габаритными и технологическими характеристиками.
Использование результатов диссертационной работы позволит.
Сократить сроки проектирования РКШ, что в конечном итоге приведет к сокращению сроков разработки преобразователей на их основе.
Повысить эффективность решения задач их проектирования.
Снизить стоимость преобразователей перемещения.
Внедрение результатов. Результаты работы внедрены в компании ЗАО «НЛП "Система"», Филиале ОАО «Силовые машины» «ЛМЗ» в Санкт-Петербурге, а также в СПб ГУ ИТМО в учебном процессе кафедры «Проектирования компьютерных систем», что подтверждено соответствующими актами о внедрении.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Структура автоматизированной системы проектирования рекурсивных кодовых шкал.
Функциональное назначение элементов АСП РКШ.
3 Критерии эффективности размещения считывающих элементов и метод выбора проектных решений АСП РКШ.
Алгоритм функционирования: обобщенный алгоритм работы системы и взаимодействия программных компонентов, алгоритм верификации РКШ с учетом предложенных критериев и метода выбора проектных решений.
Метод передачи данных между узлами АСП РКШ. Апробация результатов диссертации. Основные положения
диссертационной работы и результаты исследований, включенные в диссертацию, докладывались на различных конференциях, в том числе на III конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО (2006 г., СПб), XXXV научной и учебно-методической конференции СП6ТУ ИТМО (2006 г., СПб), всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2005» (2005 г., СПб), международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы» (AIS'06) и «Интеллектуальные САПР» (2006 г., Геленджик), 7-ой международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии - 2006» (2006 г., Одесса).
Публикации. Теоретические и практические результаты, представленные в диссертации, отражены в 7 научных работах, в том числе входящие в список рекомендоваїшьгх ВАК для защиты кандидатских диссертаций.
Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 74 наименования, и приложения. Основная часть работы изложена на 134 стр. машинописного текста. Диссертация содержит 30 рисунков и 12 таблиц
