К ЗАДАЧЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
БЛОЧНО-ИЕРАРХИЧЕСКИЙ ПОДХОД
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ
При описании процесса проектирования применяют следующие понятия.
ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ - промежуточное или окончательное описание объекта проектирования технической документацией заданной формы, необходимое и достаточное для окончания проектирования или выбора путей его продолжения.
ТИПОВОЕ ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ – известное проектное решение, хорошо проверенное в предыдущих разработках и используемое в процессе проектирования.
ЧАСТНОЕ ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ – промежуточное описание объекта проектирования, частично удовлетворяющее требованиям задания на проектирование.
ПРОЕКТНЫЙ ДОКУМЕНТ – документ, выполненный по заданной форме, в котором содержится какое-либо проектное решение.
Описание объекта проектирования производится заданием его характеристик и их числовыми значениями или параметрами. Параметры подразделяются на входные, выходные, внутренние и внешние. Значения входных сигналов, питающих напряжений относятся к группе входных параметров. Значения выходных характеристик составляют группу выходных параметров. По этим параметрам можно судить о правильности работы системы, поэтому они являются показателями качества. Внутренние параметры – это значения характеристик элементов проектируемого изделия. Внешние параметры – значения характеристик внешней среды, влияющих на функционирование объекта.
Совокупность характеристик, описывающих состояние объекта, называют фазовыми переменными. Фазовые переменные являются функциями независимых переменных, например, времени или частоты.
Постоянное развитие науки и техники приводит к появлению все более сложных технических объектов – сложных систем, состоящих из большого количества
взаимодействующих элементов. Это означает, что описание системы содержит количество информации, восприятие которой недоступно для одного человека. Поэтому объект проектирования, рассматриваемый как сложная система, разбивается на элементы, выделяются связи между элементами и указываются отношения на связях. Если какие-либо элементы при первом разбиении оказываются сложными, то они рассматриваются как подсистемы верхнего уровня, и к ним применяется аналогичное разбиение. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все элементы не станут простыми в том смысле, что задачи проектирования, относящиеся к ним, могут быть решены одним человеком в заданный промежуток времени.
Такой процесс проектирования требует структурирования описаний и расчленения представлений о проектируемых объектах на иерархические уровни и аспекты. Этот подход к проектированию называется БЛОЧНО-ИЕРАРХИЧЕСКИМ. Он содержит иерархические уровни (уровни абстрагирования) в представлениях о проектируемом объекте.
Сложный объект S рассматривается как система S из n взаимосвязанных и взаимодействующих элементов Si . Каждый из элементов в описании уровня 1 представляет собой также довольно сложный объект, который, в свою очередь, рассматривается как система Si на уровне2. Элементами системы Si являются объекты Sij.
S
-----------------------------------------------------------------
1 S1 S2 … Sn
----------------------------------------------------------------
2 S11 … S1m1 S21 … S2m2
----------------------------------------------------------------
Таким образом, на самом верхнем уровне используется наименее детализированное представление, отражающее только общие черты проектируемой системы. На следующих уровнях степень подробности рассмотрения возрастает, при этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками. Это позволяет на каждом уровне формулировать и решать задачи приемлемой сложности, поддающиеся уяснению и пониманию человеком и решению с помощью имеющихся средств проектирования. Разделение на блоки должно быть таким, чтобы документация на блок любого уровня была обозрима и воспринимаема одним человеком.
При проектировании сложных систем выделяют следующие
уровни проектирования:
- системный,
- структурный,
- функциональный,
- схемотехнический,
- функциональный.
На системном уровнеформулируются требования к проектируемому объекту как системе, взаимодействующей с элементами системы более высокого уровня. На структурном уровне объект проектирования разбивают на структурные блоки. Например, персональная ЭВМ разбивается на системный блок, устройства ввода – вывода информации. Согласуются параметры сигналов между блоками.
На функциональном уровне системные блоки разбиваются на функциональные модули, и их функционирование описывается математическими соотношениями. На схемотехническом уровне описание функционального модуля детализируют до уровня компонентов и проводят расчет сигналов с учетом их временных характеристик. На компонентном уровне решают задачу замещения компонентов, полученных в результате схемотехнического проектирования на серийно выпускаемые компоненты.
Составные части этапа проектирования называют проектными процедурами. Более мелкие составные части процесса проектирования, входящие в состав проектных процедур, называют проектными операциями.
При блочно-иерархическом подходе к проектированию задача большой размерности – проектирование сложной системы – разбивается на группы задач малой размерности, причем внутри групп разные задачи могут решаться параллельно. На каждом уровне имеются свои представления о системе и элементах. То, что на более высоком i - м уровне называлось элементом, на следующем (i-1) – м уровне становится системой. Часто элементы самого низшего из уровней называются базовыми элементами или компонентами. Разработчики, участвующие в проектировании, имея дело со сложными системами некоторого уровня; всегда решают задачу проектирования простых элементов, которые входят в состав сложных систем.
В процессе проектирования сложных объектов, как правило, приходится оперировать описаниями, в которых одновременно представлены два иерархических уровня, например, i и ( i +1). В таких случаях применяют термины система, подсистема и элементы, относя их соответственно к системе i - го уровня, системам и элементам (i +1) – го уровня.
Совокупность описаний некоторого уровня вместе с постановками задач и методами получения этих описаний называют иерархическим уровнем проектирования.