авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »«¬–“» ¬—–  ...»

-- [ Страница 6 ] --

В качестве основных источников данных ное обеспечение позволяет проводить еще один в косметической ортопедии является результа- вид реконструкции данных. Отдельные слои по ты томограммы. Томограмма представляет со- следовательно накладываются друг на друга, та бой набор двумерных снимков, представляю- ким образом, что бы их поверхности напоминали щих собой послойное изображение выбранного неповрежденный участок тела. Эту функцию на участка тела человека. Современное программ- зывают функцией трехмерной визуализации [1].

112 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Как правило, производят визуализацию патоло- жи. На основе этого можно сделать вывод о дос гических областей, например, травм, опухолей, и таточности определения функции только в вер врожденных дефектов. Трехмерное изображение шинах ячеек.

часто используется в ортопедическом и восстано- Метод предиктора-корректора (predictor вительном хирургическом лечении. В настоящее corrector) основаны на добавлении к уже время существует большое количество различ- имеющемуся множеству точек триангуляции ных методов восстановления поверхностной мо- еще одной, лежащей на касательной плоскости дели тела на основе сечений. Необходимо опре- к заданной функции (это положение предикто делить какой из методов наиболее точно подхо- ра (predictor) – предсказанное) и затем пере дит для задач косметической ортопедии. движению ее до визуализируемой поверхности Качество работы методов будем оценивать (это положение корректора (corrector) – скор на основе времени работы, количества тре- ректированное) [2].

угольников поверхности, а так же качества тре- При использовании методов из этого клас са, необходимо знать значение функции во всех угольников. Для пояснения этого критерия не точках пространства и найти хотя бы одну точ обходимо ввести некий термин – мера пра ку, принадлежащую искомой поверхности. Ме вильности треугольника. Это есть отношение тод заключается в наращивании треугольников меньшей стороны треугольника к большей сто – на каждой итерации метода к уже сущест роне. Таким образом, мера правильности тре вующему множеству треугольников добавляет угольника может принимать значения от нуля до ся еще один, построенный на ребре крайнего единицы (для равностороннего треугольника, треугольника и предсказанной (а затем скор иначе называемого правильным). Чем ком ректированной по кривизне поверхности) точки пактнее треугольник – тем правильнее освеще на поверхности.

ние. Если учесть тот факт, что большое количе Суть Мозаичные методы (pre-tessellation ство треугольников невыгодно, то получается, methods & particle-based methods) заключается что идеальный треугольник – тот, у которого в разбиении искомой поверхности на части максимальная площадь и минимальный пери- дальнейшей их триангуляции. Разбиение на час метр. Это равносторонний треугольник. Таким ти в pre-tessellation методах подразумевает раз образом, мера правильности треугольника обу- биение поверхности на примитивные поверхно славливает корректность освещения. сти – фрагменты сфер и плоскостей. Разбиение Рассмотрим основные типы методов при- на части в методах из плеяды particle-based – ме меняемых для восстановления поверхностной нее интеллектуально – ищутся только фрагмен ты плоскостей. При этом возникает проблема модели [2].

соединения уже протриангулированных частей.

В ячеечных методах (cell-based) происходит Чаще всего этот процесс сводится к подбору ло разбиение области триангуляции на ячейки – кальных по Делоне треугольников, соединяю параллелепипеды или треугольные пирамиды.

щих части искомой поверхности [2].

Далее производится триангуляция поверхности Определение: треугольник локален по Де в каждой ячейке отдельно. Причем каждая лоне, если его самая маленькая сфера ограни ячейка триангулируется одним из заданных ра чения не содержит никакую другую точку три нее способов, т. е. значения координат для тре ангуляции, которая имеет ту же самую поверх угольников просто подставляются из заранее ностную ориентацию [2].

заданной таблицы.

Сравнительный анализ методов показал, Для применения методов этого типа необ что не один из методов идеально не подходит ходимо задать допустимую ошибку аппрокси для восстановления поверхности в томографии.

мации, на основе которой выбрать размер ячей Однако методы предиакт-корректора позволя ки – куба или тетраэдра (если быть точным – то ют создать поверхность с минимальным коли треугольной пирамиды, т. к. тетраэдрами нель- чеством полигонов. Так как поверхность созда зя замостить пространство без пропусков и на- ется однократно, а визуализируется многократ ложений.) После этого с помощью уже извест- но, то наиболее важным является критерий ка ных таблиц триангуляции получить искомое чества модели, а не скорости создания.

множество треугольников. При этом процедура Одним из наиболее качественных методов триангуляции каждой ячейки сводится к анали- триангуляции является метод триангуляции зу значений функции в вершинах этой ячейки – Делоне. Он позволяет получить набор полиго другими словами, определяется, какие верши- нов аппроксимирующих поверхность, задан ны лежат внутри поверхности, а какие – снару- ную точками. Но триангуляции Делона может ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ применяться только к поверхностям, которые не имеют слияния проекций точек. Т. е. ника кие две точки поверхности не проецируются на поверхность в одну точку. К этому виду отно сятся все выпуклые поверхности.

Кости голени не являются выпуклыми по верхностями. Они являются замкнутыми по верхностями. В модели кости голени можно выделить два различных типа областей: облас ти суставов и области тела. На рис. 1 модель голени разбита прямыми a и b на 3 области.

Области кости лежащие выше плоскости a и ниже плоскости b являются выпуклыми об ластями сустава и удовлетворяют критериям Рис. 1. Модель кос- Рис. 2. Пример расчета новых применимости метода Делоне. Область лежа ти голени (fibula) координат точек щая между плоскостями a и b является замкну той областью, и может быть аппроксимирована Y телом вращения – цилиндром.

Для того чтобы определить цилиндр необхо- Oф(xф,yф) димо вычислить его высоту, радиус основания, а так же координаты центра нижнего основания.

Высота цилиндра равна расстоянию между плоскостями a и b.

Для определения координат центра исполь зуем формулу геометрического центра точек. A(x,y) N N N yi zi xi i =1 i = i = x=,y=, z=, (1) N N N где N – число точек принадлежащих модели.

Используя координаты x и y центра модели A’(x1,y1) вычислим максимальное расстояние от проек ции центра модели на выбранный слой до всех точек модели, принадлежащих данному слою.

O Радиус цилиндра будет максимальным зна- X чением среди радиусов для каждого слоя. Рис. 3. Расчет координат точек проекции После того как модель кости была аппрок симирована цилиндром, спроецируем точки те- Значение новой координаты x’ равно длине ла на боковую поверхность цилиндра, после че- дуги O’A’.

го развернем поверхность в плоскость. Опреде- O’A’ = r*. (2) лим новые координаты точек, как координаты Величину угла можно рассчитать исполь проекции точки на развернутую поверхность зуя теорему косинусов для треугольника цилиндра. A’OфO’. При этом необходимо учесть, что угол по теореме косинусов может изменяться в пре Начало координаты x’ определяется проек делах от 0 до. А реальное значение может из ций точки O (0,0) на поверхность цилиндра.

меняться в пределах от 0 до 2. Если точка A’ Рассмотрим вычисления координаты (x’, y’) на лежит выше прямой OOф, то значение угла основе координаты проецируемой точки (xi, yi) надо увеличить на величину.

и координаты проекции центра тела (x, y).

Таким образом, новые координаты точки A’ Пусть точка тела имеет координату A (x, на развернутой поверхности цилиндра будут y, z), центр фигуры имеет координаты Oф (xф, вычисляться по формуле:

yф) необходимо вычислить координаты x’, y’ x xф (см. рис. 2). x' = ( * r + xф ) *. (3) Координаты точки проекции A’ рассчиты- c После этого можно производить триангуля ваются на основе коэффициента пропорцио цию набора точек. Для восстановления поверхно нальности отрезков A’Oф и AOф (см. рис. 3).

114 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ся стандартное отклонения. Это число указыва сти тела производиться обратное преобразование ет отклонение числа КТ в пределах ОИ.

множества точек [3]. Полученная трехмерная мо Проведенный анализ показывает, что мето дель может быть использована для дополнитель ды восстановления трехмерной модели нижних ного диагностирования пациента [4].

конечностей пациента и ее дальнейшего анали Существует ряд методов анализа полученной за являются одними из основных методов диаг модели. Среди них можно выделить несколько, ностирования в косметической ортопедии [6].

наиболее часто используемых методов [5].

Переход к трехмерной модели позволяет не Процесс использования данных изображения, только анатомически верное представление ре для создания изображения новых срезов, называ зультатов томографии, но и существенно рас ют реконструкцией. Основным условием реконст ширить список применяемых методов диагно рукции является то, что все томографии должны стирования.

иметь одинаковую форму, толщину, что бы облег чить получение нового слоя. Также слои должны БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК иметь одинаковое положение центра изображения, 1. Воробьев А. А., Петрухин А. В., Егин М. Е., Порой идентичную форму изображения, являться после- ский С. В., Баринов А. С., Золотарев А. В. Новый про довательными слоями. Для реконструкции изо- граммный продукт в индивидуальном компьютерном мо бражения необходимо использовать все слои. Так делировании // Бюллетень Волгоградского научного цен как размеры ячейки изображения очень малы, не- тра РАМН и Администрации Волгоградской области. – 2006. – № 2. – С. 11–12.

обходимо очень точно выстроить слои, иначе ка 2. Семенихин А. Сравнительный анализ методов ин чество изображения резко ухудшиться.

терактивной триангуляции сеточных функций [Электрон Измерение Хоунсфилда – один из самых ный ресурс] URL http://cgm.graphicon.ru.

ценных инструментов в диагностике томо- 3. Скворцов А. В. Обзор алгоритмов построения три грамм. Курсор, помещенный в область, прочи- ангуляции Делоне // Вычислительные методы и програм тывает значение для этой области. Измерение мирование. 2002. – Т. 3.

4. Воробьев А. А., Петрухин А. В., Егин М. Е., Порой происходит только для пикселя покрытого кур ский С. В., Баринов А. С., Золотарев А. В. Трехмерная век сором. Если размесить область интереса (ОИ), торная модель коленного сустава при различной патологии // то будет вычислено среднее значение Хоунс- Бюллетень Волгоградского научного центра РАМН и Адми филда для этой области. Если ОИ точно разме- нистрации Волгоградской области. – 2006. – № 2. – С. 8.

щена в пределах области подозреваемого по- 5. Петрухин А. В., Воробьев А. А., Золотарев А. В.

Автоматизация процесса анализа компьютерных томо вреждения, усредненная ценность вероятно бо грамм// Прогрессивные технологии в обучении и произ лее точна, чем чтение единственного пиксела.

водстве: матер. IV Всерос. Конф., г.Камышин, 18-20 ок Измерение курсором эффективно, когда ис- тября 2006 г. / КТИ(филиал) ВолгГТУ и др. – 2006. – Т. 2. – пользуется быстрый метод оценки плотности С. 159–160.

определенной структуры на изображении. Раз- 6. Воробьев А. А., Петрухин А. В., Егин М. Е., Порой меры ОИ должны использоваться всякий раз, ский С. В., Баринов А. С., Золотарев А. В. Индивидуальное компьютерное моделирование голени с помощью совре когда значения Хоунсфилда будут рассматри менных методов диагностики для нужд ортопедической вать в формулировке диагноза. Когда область косметологии // Бюллетень Волгоградского научного цен используется, в дополнение к усредненному тра РАМН и Администрации Волгоградской области. – значению пикселов в пределах ОИ, вычисляет- 2006. – № 2. – С. 12–13.

УДК 004. М. В. Резников, А. С. Горобцов РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИНТЕГРАЦИИ CAD-CAE СИСТЕМ Волгоградский государственный технический университет (stargalaxi@rambler.ru, gorobtsov@avtlg.ru) В данной статье проведен анализ существующих методов интеграции CAD и CAE систем. Обоснована необходи мость создания нового метода интеграции. Дано описание созданного метода. Также в статье показаны результаты рабо ты созданного модуля, предназначенного для работы с геометрией машиностроительных объектов.

Ключевые слова: CAE, CAD, Твердотельная динамика, Многотельные системы, Математическое моделирование.

M. V. Reznikov, A. S. Gorobtsov WORKING OUT OF THE METHOD OF CAD AND CAE SYSTEM INTEGRATION In the current article the analysis of the existing methods of integration of CAD and CAE systems is carried out. The necessity of the creation of a new method of integration is proved. The description of the created method is given. Also in the current article the results of work of the created module intended for working with the geometry of machine-building objects are presented.

CAE, CAD, Rigid Bodies Dynamics, Multibody Systems, Mathematical modeling.

Современный рынок машиностроения предъ- и стоимости проектных работ. Проведение кон являет все более жесткие требования к срокам структорских работ, нацеленных на создание ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ния. Обычно это собственные разработки, тогда качественной, конкурентоспособной продук как представители "среднего класса" широко ции, связано с подготовкой точных математи используют приложения сторонних разработ ческих моделей узлов и агрегатов, а также с чиков. В них есть большой набор инструментов выполнением огромного объема математиче для интеграции с программными средствами, ских расчетов, необходимых для инженерного используемыми на предприятиях. Как с конку анализа конструкций. Основной путь повыше рентными разработками CAD, CAM, CAE, PDM, ния конкурентоспособности предприятия свя так и с ERP(Enterprise Resource Planning), CRM зан с резким сокращением сроков создания мо (Customer Relationship Management) и другими делей и ускорением расчетов математических системами. Кроме того, в системах высшего параметров на всех этапах разработки продук класса имеется мощная PDM-система с функ ции. Поэтому применение высокопроизводи циями серьезного технического документообо тельных систем автоматизированного проекти рота, поскольку наличия лишь функций элек рования, технологической подготовки производ тронного архива недостаточно для притязаний ства и инженерного анализа (CAE/CAD/CAM на решение класса Hi-end [3]. И замыкает спи систем) стало ключевым элементом бизнеса сок необходимых атрибутов PLM-решения предприятия, работающего на современном высшего класса система моделирования, осно рынке машиностроения.

ванная на гибридном ядре геометрического мо К середине 80-х годов было создано боль делирования, так как многие задачи не всегда шое количество различных CAD-систем. Но выполнимы с помощью твердотельного моде при этом возникла проблема их интеграции лирования [3]. На рис. 2 представлена схема (интегративная проблема), так как проекти интеграции на основе PLM-систем.

рование машин вначале происходит в CAD системе, а затем следует инженерный анализ разработанного механизма в CAE-системе [1].

Эта проблема является актуальной, так как C A D -с и с т е м а требует для своего разрешения большое ко личество времени. Для решения этой пробле мы необходима разработка методов и механиз мов процессов преобразования геометрических P D M -с и с т е м а моделей, применяемых в CAD-системах, в рас четные схемы, используемые в CAE-системах.

В настоящее время для интеграции CAD CAE систем используют следующие методы:

C A E -с и с т е м а интеграция на основе сквозных САПР;

интеграция на основе PLM-систем(Product Lifecycle Management);

интеграция с помощью интерфейсов взаи- Рис. 1. Интеграция на основе сквозных САПР модействия.

Сквозные системы – это всеобъемлющий на бор средств для автоматизации процессов и техно- C A E -с и с т е м а логической подготовки производства, а также раз личных объектов промышленности. Системы включают в себя полный набор промышленно адаптированных и доказавших свою эффектив ность программных модулей, функционально ох ватывающих анализ и создание чертежей, подго товку производства на всех этапах, а также обес- P D M -с и с т е м а печивающих высокую функциональную гибкость всего цикла производства [2]. Схема взаимодейст вия в сквозных САПР представлена на рис. 1.

Под PLM обычно понимают цепочку К о н с т р ук т о р CAD/CAM/CAE/PDM(Product Data Manage ment) [3]. В их состав входят многофункцио- l C A D -с и с т е м а нальные и специализированные модули или приложения, решающие узкие задачи конкрет ных отраслей промышленности более полно, нежели универсальные средства проектирова- Рис. 2. Схема интеграции при помощи PLM-систем 116 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Различные CAD/CAM/CAE-системы хранят Выделены этапы создания твердотельной данные о технических структурах разного вида, инженерной модели, которые подлежат автома поэтому для переноса данных необходимо пе- тизации:

редать данные технических требований одной преобразование геометрии из нейтрального системы в формат другой [2]. Этот способ взаи- файла в промежуточный формат (импорт дета модействия называется интеграцией при помо ли или составной модели);

щи интерфейсов взаимодействия.

дополнение составной модели кинематиче В табл. 1 представлены результаты анализа скими парами и нагрузками (с помощью сцена способов обмена данными. Из него следует, что рия преобразования);

лучшим способом обмена в рамках текущей зада подбор оптимальных параметров кинематиче чи является использование интерфейсов взаимо ских пар (с помощью сценария преобразования);

действия.

экспорт модели в CAE-систему.

Из приведенного анализа видно, что для ин теграции данных удобнее всего использовать Для автоматизации этих этапов были раз интерфейсы взаимодействия. работаны способы передачи данных и генера Существует два способа реализации интер- ции CAE-моделей. Для организации передачи фейсов взаимодействия: интеграция при помо- данных были разработаны механизмы импорта щи косвенных интерфейсов и интеграция при деталей в CAE-систему, импорта сборочных помощи прямых интерфейсов. Анализ реализа моделей в CAE-систему и концепция управ ции вариантов интерфейсов взаимодействия ляемого интерфейса для импорта сборочных представлен в табл. 2.

моделей машин. В качестве нейтрального фай По результатам анализа для разработки ме ла были использованы файлы формата IGES, ханизма интеграции CAD и CAE систем был поскольку файлы этого формата поддержива выбран интерфейс взаимодействия с использо ются большинством современных коммерче ванием нейтрального файла.

ских САПР [2].

Таблица Для импорта детали из файла IGES необхо Анализ способов интеграции CAD/CAE системах димо считать данные о начале секций, по кото рым распределена информация геометрических Интерфейсы PLM-системы Сквозные САПР взаимодействия примитивах. Чтобы произвести преобразование детали необходимо, провести преобразование + Автономны от всех геометрических примитивов входящих в со человека Простая реали- став детали. В данном случае можно ограни зация читься преобразованием каркаса модели. Для Большая ско импорта сборочных моделей необходимо про рость преобра вести преобразование субфигур, содержащихся зования сборочном файле IGES. Эти субфигуры пред – Зависимы от че- Зависимы от че ловека ловека ставляют собой набор геометрических прими Сложная реали- Сложная реали тивов, объединенных общей матрицей поворота зация зация и вектором смещения.

Скорость преоб- Скорость преоб разования неве- разования неве- Для импорта сборочных моделей машин лика лика была разработана концепция управляемого ин терфейса, включающая следующие принципы:

Таблица 1) положение детали в сборки определяет ее Анализ интерфейсов CAD/CAE систем назначение;

2) для преобразования различных моделей Прямые интерфейсы Косвенные интерфейсы машиностроительных объектов применяются + Большая скорость преобра- Для интеграция нуж собственные правила (общие для одного типа зования. но написать всего машин);

один интерфейс для Большая точность преобра 3) набор правил преобразования для каждо импорта из ней зования.

трального файла. го типа машиностроительных объектов объе – Необходимо для каждой Небольшая скорость динен в сценарий.

CAD-системы писать от- преобразования.

Для преобразования данных был разработа дельный интерфейс. Небольшая точность на структура для хранения данных о сборке преобразования.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ деталей. Она реализована в промежуточный бирована для передачи данных из системы Sol формат для хранения данных в автоматизиро- idEdge v15.0 в систему твердотельного модели ванной системе управляемого импорта. В реа- рования ФРУНД [5]. Исходная и преобразован лизованной версии системы разработанная ная модели показаны на рис. 3 и 4.

структура используется для хранения данных Разработанные механизмы позволяют авто в памяти компьютера. Однако возможно ис- матизировать процесс создания математиче пользовать разработанный формат для хране- ских моделей (CAE-моделей) на основе геомет ния данных в распределенной базе данных, рических (CAD-моделей). Метод позволяет им Это позволит разрешить существующую се- портировать CAD- модели в различные CAE годня проблему организации сетевой работы системы твердотельного моделирования (T конструкторского бюро. Flex, UM). Автоматизированную систему Разработанная концепция интеграции CAD- управляемого импорта также можно использо CAE систем была реализована в автоматизиро- вать для работы со сборками в CAD-системах ванной системе управляемого импорта и апро- геометрического моделирования.

Рис. 3. Модель трактора ВТ-300 в среде SolidEdge v15. Рис. 4. Модель трактора ВТ-300 импортированная во ФРУНД 118 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 4. Goldberg, D. E. Genetic Algorithm in Search, Op 1. Зубинский, А. В. CAD-тенденции [Электронный timization and Machine Learning / D. E. Goldberg – NY, ресурс] / А. В. Зубинский. – [2007]. – Режим доступа: 2002. – 396 с.

http://itc.ua/16977. 5. Горобцов, А. С. Комплекс ФРУНД – инстру 2. Ли К. Основы САПР: пер. с англ. / К. Ли. – М., мент исследования динамики автомобиля / А. С. Го 2004. – 560 с.

робцов, С. К. Карцов, Р. П. Кушвид // Автомобильная 3. Перспективы развития САПР [Электронный ре промышленность: Ежемесячный науч.-техн. журнал. – сурс]. – [2007]. – Режим доступа: www.biz.cnews.ru/ re views/ index.shtml.2007/05/04. 2005. № 4. – С. 27–28.

УДК: 004.896, 004.827, 51- М. А. Рощин ПОДХОД ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Волгоградский государственный технический университет (roshchin@gmail.com) Одним из наиболее эффективных подходов для автоматизации процессов принятия решения в технологии линеек продукции программного обеспечения заключается в применении автоматизированного логического вывода для задач анализа, оценки и генерации моделей, рассматриваемых через призму стандартных задач математической логики. При этом необходимо использовать формальное логическое описание характеристической модели. Системный анализ и взаимодействие с библиотекой компонентов при автоматизированном процессе принятия решения должны осуществ ляться через семантическое описание свойств и характеристик программных компонентов, которое тоже осуществляет ся с помощью логического формализма.

Ключевые слова: Логика Описания, Гибридные модели, Линейки продукции, Проектирование программного обес печения, Характеристическая модель.

M. A. Roshchin LOGIC-BASED APPROACH FOR SOFTWARE DESIGN The aim of this work is to present solutions and a methodical support for automated techniques and procedures in domain engineering, in particular for variability modelling. Our approach is based upon Semantic Modelling concepts, for which seman tic description, representation patterns and inference mechanisms are defined. Thus, model-driven techniques enriched with logi cal semantics will allow flexibility and variability in representation means, reasoning power and the required analysis depth for the identification, interpretation and adaptation of artefact properties and qualities.

Description Logics, Hybrid Models, Variability Models, Software Reuse, Product Line Engineering, software Design.

программирования;

детализированная архитек Введение тура, описывающая структуру с помощью зара Современная архитектура программного нее подготовленных и протестированных ком обеспечения предлагает развернутую и точную понентов и фрагментов кода, легко поддаются модель системы. Методики формирования про пониманию и анализу, построению и системной граммной архитектуры предполагают деталь разработке, в отличии от аналогичных моно ный анализ системы перед ее реализацией.

литных систем. Связующие технологии (mid Процесс определения архитектуры, компонен dleware) CORBA, COM+, JavaBeans и другие тов, интерфейсов и других характеристик сис (см. [3]) предлагают такие модели программ темы или ее компонентов называется проекти ных компонентов, которые четко соответству рованием [2]. Рассматриваемое как процесс, ют решению проблемы развития и разработки проектирование есть инженерная деятельность системы. В результате, переиспользование го в рамках жизненого цикла программного обес товых компонентов приобретает все большую печения, в которой надлежащим образом ана популярность в различных проектах, и детали лизируются требования для создания описания зированное проектирование строится с учетом внутренней структуры системы, являющейся существующих решений (см. рис. 1). Но, не основой для конструирования программного смотря на повсеместное распространение мно обеспечения. Программный дизайн описывает гочисленных методов и технологий для реше архитектуру желаемого программного обеспе ния задач многократного использования про чения, т. е. представляет декомпозицию систе граммного кода, проблема автоматизации соз мы в виде организованной структуры компо дания сложных композитных систем из нент и интерфейсов между ними. Высокоуров существующих компонентов так и остается не невый дизайн программной системы, основан решенной.

ный на общепринятых шаблонах и паттернах ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ чающихся по реализации продуктов, например се мейство СУБД, компиляторов и т. д.;

(см. [6]).

Требования Актуальность такого подохода очевидна – каждая даже небольшая компания создает про Продукт 1 Продукт N граммные системы, сходные по функциональ... Библиотека ности к уже созданным и различающихся в за компонентов висимости от своей реализации или версии.

Архитектура ПО Каждая реализация ПО опирается в обязатель ном порядке на уже существующие решения, Вариантности (Variabilities) знания и документацию, готовые к переисполь зованию программные компоненты.

Общности (Сommonalities) Х а р а к т е р и с т и ч е с к а я м о д е л ь. Под ход "Линейки продукции ПО" описывает общ Описание линейки продукции (например, с помощью характеристической модели) ности (commonalities) и вариантность (variability) используемых характеристик (features) с помо Рис. 1. Процесс проектирования: от требований и описа ния предметной области к архитектуре щью характеристического моделирования (см. [12]) текущей предметной области (напри 1. Первоначальный этап проектирования мер, используются Feature Models [7] или более Автоматизация в общем виде представляет выразительные Variability Models [4]). Характе собой комплекс технологических, организаци- ристическая модель (см. рис. 2) определяет ли онных действий и процедур, которые позволяют нейки и семейства продукции как совокупность снизить степень участия человека в осуществ- всех возможных и необходимых для после лении той или иной функции производственно- дующей реализации конечного продукта харак го процесса, процесса управления. Автоматиза- теристик и их значений (features), описывая свойства, типы и варианты использования. По ция первоначального этапа проектирования мимо функций, эксперт моделирует линейки подразумевает ассистирование в принятии ре продукции с помощью нефункциональных ха шения при создании архитектуры будущей рактеристик системы, таких как цвет, время ре программной системы с учетом текущих требо акции и т. п. Каждый вариант при необходимо ваний заказчика.

сти соединяется с помощью зависимостей (от Принятие решения в проектировании вклю ношения требования и/или исключения) с уже чает два взаимосвязанных этапа, как показано существующими и описанными вариантами.

на рис. 1:

На рис. 3 показан пример характеристиче • Анализ текущих требований и принятие ской модели программного обеспечения мо решения о конфигурации желаемого продукта с бильного телефона (VP или variation point – учетом текущего описания предметной области;

обозначает "характеристика", а V или variant – • Создание архитектуры программной сис вариант, функция). Так на этом рисунке опре темы, используя существующие готовые реше делено, что английский и немецкий языки яв ния в виде компонентов программного обеспе ляются обязательными, в то время как корей чения.

ский язык – факультативный. При выборе ко Существует множество различных техноло рейского языка, программное обеспечение по гий и методик по поддержке принятия решения требует дополнительный драйвер, который не при проектировании ПО и переиспользовании входит в систему по умолчанию. В свою оче компонентов. Например, на сегодняшний день редь, драйвер корейского языка совместим крупные компании разработчики "больших" только с определенной версией операционной сложных программных комплексов, такие как системы. В конфигурацию мобильного телефо SAP, Microsoft, IBM и др., работают над созданием на может входить фотокамера с различными платформ, ориентированных на так называемые характеристиками: 1.3, 2 и 3 мегапикселя. При технологии "Линейки продукции программного условии выбора камеры разрешением 3 мега обеспечения" (Software Product Lines) [4] или пикселя, нам понадобится улучшенный кэш, "Фабрики ПО" (Software Factories) [5]. И тот и дру и соответствующий процессор – 416 МГц. Этот гой подходы представляют из себя по сути одно и процессор совместим только с определенной тоже, и опираются на следующие понятия:

операционной системой – "5.0".

Линейка продукции (product line) – это со Реальная характеристическая модель со вокупность дополняющих друг друга продук держит более двух тысяч характеристик, и со тов, выпускаемых той или иной фирмой;

ответсвенно более десяти тысяч различных • Семейство продукции (system family) – это функций / вариантов (листьев на графе).

совокупность общих по назначению, но разли 120 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 0, n 0, n Характеристика 0, n 1, n Альтернатива Требование Зависимость Зависимость Обязательный ограничений вариантности Исключение Факультативный 1, n 0, n Функция/Вариант 0, n 0, n 0, n 1, n Компонент Рис. 2. Метамодель характеристического моделирования Языки операционной системы мобильного телефона VP VP представлены 2-мя категориями:

Язык Драйвер -Обязательные: английский, немецкий;

-Факультативные: корейский.

V V Корейс. V V Корейс.

Англ. Нем.

Выбор корейского языка подразумевает установку драйвера корейского языка, который, по умолчанию, не устанавливается требует Существует 3 варианта фотокамер на выбор. Камера на VP VP VP 3 мегапикселя, в отличии от Камера Кэш память Процессор других, будет работать только с усовершенственным кэш памятью, которая, в свою V 1,3 МР V 2 МР V V Стандар. V 300 МГц V Усоверш V 416 МГц 3 МР очередь, работатет только на процессоре заданой частоты МГц.

требует требует требует Процессор на 416 МГц совместим только с операционной системой «5.0» VP VP Драйвер ОС требует Драйвер корейского языка совместим только с определенной версией операционной системы – «2003». V Корейс. V V 5. Операционная система может быть двух вариантов: Отношение «2003» и «5.0»

Обязательный требует Факультативный Альтернатива Рис. 3. Пример характеристической модели ПО для мобильного телефона Каждая функция и вариант являются отра- ствами и методами поддержки создания ПО), жением того компонента, который будет ис- делают повторное использование компонентов пользован. Т. е. использование, интерпретирова- и развитие системных решений достаточно эф ние и анализ характеристической модели тесно фективными. Проведенный в различных иссле связаны с соответствующими библиотеками дованиях анализ (см. [8]) подтверждает, что ос программных компонентов, готовых к повтор- новой успеха является соответствующее семан ному использованию в различных системах. тическое описание информации о программном Б и б л и о т е к и к о м п о н е н т о в. На ран- компоненте (например, функциональные и не них этапах, повторному использованию компо- функциональные свойства компонента, его по нентов придавалось чрезмерное внимание, но ведение, временные требования и ограничения, подход был слишком упрощенным. Сейчас необходимое обслуживание и т. п.).

сферы практического применения и повторного В ы в о д ы. В опубликованном отчете кон использования, принятые в области технологии сорциума W3C [13], при участии таких извест системных решений (с соответствующими сред- ных ученых как Гради Буч, Алан Ректор и дру ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ гих, был сделан вывод, что существование од- 2. Применение логических методов ной характеристической модели той или иной для автоматизации проектирования ПО предметной области или линии продукции само Первоначальный этап проектирования вклю по себе не является достаточным. Необходим чает анализ и оценку требований, предъявляе механизм, позволяющий независимо от реали- мых к системе. При построении характеристиче зации системы изменять те или иные парамет- ской модели берутся в расчет возможные в бу ры модели, проводить автоматизированный дущем требования к конкретной системе, соот анализ и оценку на непротиворечивость модели ветственно, такое планирование является с учетом внешних условий и различной доку- отправной точкой моделирования линеек про ментации (ГОСТы, стандарты). Изменение все- дукции. Каждый вариант из нашей модели ассо го лишь одного фактора (например, сделать ко- циируется с соответствующим требованием. В рейский язык языком по умолчанию) означает [19] указывается на то, что существующие сис темы САПР, АСУ и методы их построения уде изменение всей характеристическй модели, т. е.

ляют внимание прежде всего графическому мо более двух тысяч характеристик и десяти тысяч делированию информации, решению задач вы функций. По самым оптимистичным оценкам числительного характера. Всесторонняя оценка это занимает более двух месяцев работы пяти потребительских свойств будущей продукции специалистов.

производится традиционно путем экспертизы Одним из наиболее эффективных подходов готового проекта или отдельно взятых его эта для автоматизации процессов принятия реше пов (узлов). При этом обычно экспертиза прово ния в технологии линеек продукции программ дится за пределами самих систем САПР и АСУ, ного обеспечения заключается в применении зачастую без привлечения средств автоматиза автоматизированного логического вывода для ции. При этом интерпретация существующих задач анализа, оценки и генерации моделей, рас описаний, документаций, моделей;

анализ и сматриваемых через призму стандартных задач оценка остаются прерогативой человека.

математической логики. При этом необходимо Рис. 4 иллюстрирует ассоциацию выборки использовать формальное логическое описание трех вариантов характеристики "Язык" (язык характеристической модели. Системный анализ интрефеса программной оболочки мобильного и взаимодействие с библиотекой компонентов телефона). Так варианты "английский" и "не при автоматизированном процессе принятия мецкий" языки свяаны с требованием, что же решения должны осуществляться через семан- лаемая система должна распространяться на тическое описание свойств и характеристик про- территории Европы. Данные языки уже по граммных компонентов, которое тоже осущест- умолчанию включены в конфигурацию будущей вляется с помощью логического формализма. системы и будут установлены в любом случае.

Требования Характеристическая модель VP VP Перечень требований к Язык Драйвер будущей программной системе:

Требование 1: V V V Корейс. V Корейс.

Англ. Нем.

Система должна распространятся на требует логический вывод территории стран Европейского союза.

...

Требование 43: логический вывод Система должна быть представлнеа на выставке в Сеуле, Корея.

VP VP Драйвер ОС...

V Корейс. V 2003 V 5. требует Рис. 4. Согласование перечня требований и характеристической модели ленейки продукции ПО мобильного телефона 122 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ "Корейский" же язык является факультатив- и т. п.) и моделям, в том числе и графическим ным, и его выбор определяется текущими требо- (MSCs, UML), позволяя задать формат и опре ваниями, как в частности, на примере приведе- деления тех терминов, значений и их специфи но маркетинговое требование, что система бу- каций, которые используются в процессе моде дет представлена на выставке в Сеуле – что ав- лирования. Семантическая информация может томатически подразумевает включение быть представлена на протяжении всех фаз жиз корейского языка в соответствующую конфи- ненных циклов программных компонентов – от гурацию. Как показано на рис. 4, в дальней- предъявления требований к дизайну и его раз шем система принятия решения должна сде- работке, до маркетинговых шагов и конкретно лать вывод о включении корейского драйвера го внедрения. Даже ту информацию, которая и смене операционной системы всего про- имеет отношение к процессу развития (кон граммного обеспечения. До сих пор, специа- троль информации) можно выразить в семанти листы работают лишь с графическим описа- ческой модели. Для того, чтобы упростить про нием характеристической модели, что, несо- цесс описания и обеспечить адекватность ее мненно, облегчает работу по соотнесению содержания, семантика предоставляется на ос требований и описания предметной области, нове шаблонов или метамоделей. Метамодели но требует очень много времени, внимания и определяются соответствующей проектной груп сил, а также последующую проверку. Как уже пой, компанией, предметной областью или ти было замечено, средняя характеристическая пом описываемых компонентов. Когда разряд модель, состоящая из двух тысяч характеристик, описания определен, необходимо определить потребует от двух недель до двух месяцев на его форму, содержание и семантику понятий, "ручную" обработку одного изменения. используемых при спецификации. В области Формальное описание характе- системных решений, чтобы выделить наиболее р и с т и ч е с к о й м о д е л и. Для получения подходящих кандидатов среди компонентов формального описания нашей характеристиче- для включения их в разрабатываемые системы ской модели, мы выбрали логику описания. используются модели, которые в свою очередь Наш подход заключается не в замене сущест- содержат информацию необходимую для ин вующих стандартов моделирования, а в исполь- тегрирования. Именно семантические модели зовании дополнительного формального описа- могут служить средством достижения автома ния характеристических моделей, с помощью тизации создания и конфигурирования будущей логики. Метамодель, представленная на рис. 2, системы, и не только программной [9].

описывается с помощью следующих формул: Для описания семантики программных компонентов, моделирования функциональных (Ф1) VariationPoint T.

и нефункциональных свойств, мы используем (Ф2) Variation T понятия онтология и аннотация, которые в свою (Ф3) Variationi AND VariationPointj= FALSE очередь состовляют понятие семантическая мо belongsTo(VariationPoint) Variation дель. Семантическая модель (см. рис. 5), первый Connection hasQuality(ConnectionQuality) AND раз предсталенная в [11], включает в себя фун callsTo(NumberType). даментальные понятия для описания про граммных компонент относительно задач ком Перевод графической модели в формаль позиции. Она предоставляет информацию, ос ную не занимает много времени и является ли нованную на уникальной специфике описания нейным. Таким образом, система логического той или иной определенной компании, и по вывода, использующая набор фактов и сведе этому предполагает наличие шаблонов и образ ний, состоящих из формального описания те цов моделирования – метамодели. В дальней кущей линейки продукции (ПО мобильного те шем, семантическая модель позволяет адапта лефона) и требований к конкретной реализа ции, определяет условия выборки характери- цию и интеграцию собственной информации стик и автоматизирует принятие решения в отдельно взятую систему, составленную из относительно текущей конфигурации необхо- различных компонентов других групп разра димой системы (см. рис. 4). ботчиков, и соответственно, описанных раз Семантическая модель компо- личным образом (принцип гетерогенности).

н е н т о в. Семантическая модель позволяет опи- Семантическая модель состоит из:

сывать компоненты, а также интерфейсы, как от- • Уровень метамодели, дельных компонентов, так и их групп. Данная • Уровень онтологии и семантики модель выступает в качестве дополнения к ос- • Уровень логики и механизмов логическо новным стандартным описаниям (IDL, WSDL го вывода.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Внешние семантические Семантическая модель компонента (СМК) модели компонентов Общие онтологии Общие онтологии Онтологии предм.области Онтологии компании Семантич. модели Внешние Использ. логика Спец. онтологии семантических Сервера / клиенты микромоделей Аннотация описание свойств компонента Онтология Согласование внешних Аннотация аннотаций описание Отображение на СМК Логика Семантическ. требований клиента Авт. с-ма Микромодель Лог.вывода Внутрение Семакнтическ. Сервера / клиенты Логика Микромодельl Авт.с-ма Аннотация описание свойств Лог.вывода Семантическ. Согласование компонента Микромодель внутренних аннотаций Логика основанно на СМК Аннотация Авт.с-ма Семантическ. технологии описание Лог.вывода Микромодель требований клиента Логика Семантическ. Авт.с-ма Микромодель Лог.вывода Логика Семантическая Схема описания и лог.вывод модель (Метамодель) Рис. 5. Семантическая модель компонентов (СМК) Уровень метамодели: уровень метамодели конкретного компонента, группы компонентов, строится иерархически из множества метамо- или определенного аспекта проектирования) Уровень логики и механизмов логического вы делей. Каждая метамодель определяет кластер вода: Логики и механизмы логического вывода связанных свойств и качеств. Содержание метамодели зависит от области использова- представляет собой набор логик и соответствую ния (или домена), группы разработчиков, щих механизмов логического вывода, которые ис бизнес модели использования данного ком- пользуются различными метамоделями и связан понента и т. д. Каждая метамодель будет свя- ными с ними онтологиями. Таким образом, с каж зана с тем или иным вариантом применения. дой метамоделью связана специфическая логика Соответственно, различные варианты предпо- и соответствующий механизм логического выво лагают использование различных формализмов да. В качестве платформы для формализации их описания, т. е. тех логических систем для знаний, используется логика описания, как наи представления знаний. Таким образом, это более соответствующая задачам представления включает в себя также возможность рассуждать знаний. В дальнейшем, в зависимости от поста и анализировать используя механизмы логиче- новки задач моделирования и проектирования, она ского вывода. может быть расширена с помощью операторов Уровень онтологии: Уровень онтологии ис- модальной логики (для выражения субъективных пользуются, чтобы создать общедоступное по- знаний) и оператора импликации (для выражения нимание и определение используемого домена правил и динамических характеристик).

и знаний, всего процесса создания и развития Семантическая модель основывается на систем. Онтология состоит из: принципе "Тройная семантичская модель" и тех • общей онтологии, которая может быть нологии "Логика по требованию" (см. рис. 6).

представлена любым подходящим множеством Тройная семантическая модель подразуме общедоступных онтологий, позволяющих опи- вает разбиение модели на три основных уровня:

сывать независимые знания (например, стан- онтология, динамическая аннотация, аннота дарты протоколов), ция, что позволяет описывать динамические • специфичной онтологии (например, для характеристики компонентов. Логика по требо группы разработчиков или данного типа про- ванию предоставляет гибкую систему выбора граммных компонентов), логического формализма – от невыразительно • определенные онтологии для каждой го до сложного, в зависимости от цели данной микромодели (характерные знания для данного описания или спецификации.

124 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ рантирующим получение ответа в логическом Семантическая модель компонентов выводе. Все перечисленные формализмы пред назначены для выражения и описания вполне Вариантность – Динамичность - Зависимость определенных сущностей и идеально подходят для этого: описательная логика описывает Тройная семантическая модель Импликац. классы и их определения, F-logic определяет Описат.

Логика Логика Логика Мод.

Онтология объекты и правила, модальная логика выражает Логика по требованию вероятностные характеристики.

Наш подход семантического моделирования Динам.

основывается на технологии "Логика по требо Аннотация Vampire Racer / Hoolet FaCT FaCT ванию", впервые предложенную в [11]. Идея заключается в следующем: использование оп Аннотация ределенной логики для решения идеально под ходящих для этого задач. Подобное уже давно Выразительность / Сложность известно в программировании – когда куски кода написанного на других языках вставляют Шаблон, зависящий от предметной области ся в листинг программы в виде скриптов, от дельных библиотек и т. п. – так называемое Рис. 6. Технология "Логика по требованию" и принцип "Поэтапное программирование" (Staging Pro "Тройная семантическая модель" gramming). Таким образом, мы избегаем избы точности, математической сложности и гро Л о г и к а п о т р е б о в а н и ю. Семантиче моздкости описания. Главная цель этой техно ское моделирование программных компонентов логии предоставить прагматичное решение в виде и сервисов подразумевает многообразие и раз адекватного описания, которое демонстрирует нообразность той информации, категорий и ти необходиомсть использования того или иного пов информации, предметных областей, кото формализма. Описательная логика была выбра рые подлежат описанию. Знания могут пред на за основу, т. е. остальные формализмы на ставлять из себя определения используемых кладываются сверху и используют классы и их лексики и выражений, правила поведения, ве представителей, определенных изначально.

роятностные отношения и временно-зависимые Более подробно данная технология рас ограничения. Таким образом, кажется, что если сматривается в [9], а также в примере, пред взять наиболее выразительный логический ставленном ниже.

формализм, который может описать и форма Т р о й н а я с е м а н т и ч е с к а я м о д е л ь.

лизовать сразу все. Но поступая так, мы под Цель тройной семантической модели предоста вергаем себя риску, что наша система никогда вить распределенную вычислительную модель не даст ответ – математическая сложность ло для описания программных компонентов и сер гических формализмов и выражений, состав висов, и предоставить механизм для разделения ленных из них, одна из наиболее острых тем в области математической логики. различных сущностей, детерминированных в этой Для моделирования онтологий были пред- модели:

ложено сразу несколько возможных языков – • Уровень онтологий;

от простых языков разметки как XML, или • Уровень динамической аннотации;

RDF(S) [22], позволяющих лишь в общих чер- • Уровень аннотации.

тах определить классы и отношения между ни- Уровень онтологий предоставляет систему ми, и заканчивая сложныим языками, имеющи- семантического описания в большинстве слу ми под собой логический формализм. Послед- чаев одной специфичной предметной области ние позволяют автоматизированный логиче- для последующего семантического моделиро ский вывод, выявление неявно заданных вания программных компонентов и сервисов, знаний, и тп. Например, существует так назы- которые являются представителями текущей ваемый язык F-logic [23], основанный на классе предметной области. Онтологии описывают фреймовых логик, позволяющий конструиро- термины и концепты применяемые в той или вать онтологии с помощью объектно-ориенти- иной области, и соответсвенно несут роль стан рованных операторов как расширение к логике дартизации определений характеристик компо первого порядка. Наиболее популярным и аде- нентов и требований к ним.

кватным формализмом общепринято признана Одна из основных задач для реализации це описательная логика с синтаксисом OWL [24]. ли автоматизации на начальном этапе проетки Описательная логика в каком то смысле явля- рования – автоматизация процесса поиска про ется подклассом логики первого порядка, га- граммных компонентов на основе заданного ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ запроса. Соответственно выборка той или иной Динамическая аннотация. Динамические модели будет каждый раз зависить от той аннотации выступают посредниками между он предметной области и ее окружения, к которой тологиями и конкретными моделями компо относится данное семантическое описание. По- нентов. Варианты поведения, временные харак иск компонентов проходит на основе проверки теристики, зависимости от других компонен логического запроса – соответствует ли описа тов, требования ко внешней среде – это непол ние выбранным параметрам. Если несколько ный список того, что должно содержаться предметных областей вовлечены в семантиче именно там. Формализм используемый в дина ское описание характеристик компонентов (на мических аннотациях также как и онтологии пример, ПО Java программирование, и ПО веб основывается на технологии логики по требо сервисов), то механизм сопоставления и срав ванию.

нения описания предметных областей должен быть включен (более подробно см. [25], [26]). В качестве наиболее часто встречающегося Так, на примере, показанном на рис. 7, опре- примера, мы рассматриваем нефункциональ делена необходимая терминология использова- ную характеристику – время задержки в работе нияя в дальнейшем в телекоммуникационной программной системы. Время задержки всегда среде. Термин "требование" (Requirement) опи- зависит от платформы, операционной системы, сывается с помощью типа звонка – самый деше- а также нагрузки на процессор и оперативную вый, срочный и тп. А термин связь (Connection) – память той среды, в которую помещается вы с помощью качества и типа набираемого номера.


бранный компонент. Аннотация не получит Формулы 6 и 7 формально описывают он конкретных значений, пока вся информация не тологии, представленные на рис. 7, с помощью будет предоставлена, о чем система проектиро синтаксиса описательной логики.

вания будет оповещана в случае недостаточно specifiedBy(CallType). (Ф4) Requirement сти сведений в запросе. А на примере (Ф5) hasQuality(ConnectionQuality) Connection Аннотация. Аннотация – это семантическая callsTo(NumberType).

AND микромодель нашего компонента. Находясь в библиотеке семантических моделей, она все Чтобы достичь всеобъемлющего эффекта сравнения характеристик из разных областей, или гда существует в связке со своей динамической зависимостей от тех или иных внешних условий, аннотацией и уровнем онтологий. Она может появляется необходимость в определении динами- быть пуста, т. е. существует только пустая ческих характеристик компонента, т. е. тех, кото- структура без конкретных значений.

рые отвечают за поведение, жизненный цикл, и тп. Более подробно принцип тройной семанти Очевидно, что динамическая модель очень сходна ческой модели представлен в [9].

с онтологическим уровнем по степени вырази- Соответсвенно, согласно выше сказаному, тельности, но в отличии от нее отвечает лишь за модель конфигурации требуемой системы про один конкретный компонент. Онтологии описы изводит выборку компонентов из соответ вают все доменную область, чье поведение не свующей библиотеки компонетов как показано поддается изменениям во времени и пространстве на рис. 8.

(во всяком случае, это подразумевается). Таким образом, при принятии решения о выборке того или иного компонента, система должна прежде Характеристическая модель Библиотека компонентов ПО всего получить окончательные результаты его описания (статические), которые, собственно го VP VP Язык Драйвер воря, и представляют из себя модель компонента. Сем.

модель Для отделения динамических и статических пред- V V V Корейс. V Корейс.

Англ. Нем.

ставлений, мы выделили в отдельный класс опи- требует Сем.

сания уровень "Динамическая аннотация". логический вывод модель VP VP Драйвер ОС Сем.

Requirement Connection модель V Корейс. V V hasQuality callsT o 2003 5. specifi edBy Connection логический вывод Сем.

CallType NumberType требует Quality модель cheapestC all … urgentC all lowQuality … highQuality offi ceN umber … mobil eN umber Рис. 7. Онтология требований (лев.) и онтология телефо- Рис. 8. Связь характеристической модели с библиотекой ной связи программных компонентов 126 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Заключение нефункциональные свойства, системные требо вания или определенные ограничения. Приме Использование семантического моделиро нение логического формализма и описательной вания, последовательное применение предло логики в частности усиливает моделирование женных принципов и подходов в процессе ха благодаря механизмам, которые содействуют рактеристического моделирования линий про появлению ряда важных новых свойств:

дукции, разработки отдельных компонентов и • Систематизация описания области зна проектирования системы в целом позволяет ав ний. Позволяет разрабатывать онтологии спе томатизировать первоначальный этап проек цифических областей знаний и внедрять их в про трования, поиск и адаптацию компонентов, ин цесс принятия решения.

терпретацию и анализ моделей.

• Автоматизированные процедуры. Авто Фнукционально-стоимостной анализ под матизированное принятие решения на основе тверждает эффективность предлагаемых идей знаний извлеченных из семантической модели крупных и малых компаниях и проектных для задач композиции, в частности, для получе группах тогда, когда использование технологии ния адекватного компонента в зависимости от линий продукции и характеристической модели требований и желаемых свойств, которые не оправданно. Лишний раз было подтвержден те поддаются точной спецификации.

зис, заявленный в [13], что характеристическая • Интерпретация и адаптация. Использу модель не может существовать сама по себе без ется для извлечения, использования и реоргани поддржки со стороны автоматизированных зации информации из модели, написанной раз средств логического вывода.

ными проектными группами или экспертами Предложенный подход подходит для любой (например, язык маркетологов и разработчиков).

технической системы и является независимым • Формальная семантика. Формализует ви от типа проектрования, конструирования и про зуальные модели и автоматизирует процессы изводства. Любой элемент, используемый не проектирования, конструирования и верифика один раз, может быть семантически описан с по ции. Включает дополнительную информацию мощью семантической модели компонента и (например, формальное описание дизайна ПО в дальнейшем эта модель внесена в специаль ную библиотеку, подготовленную для работы с помощью UML) в процесс поиска и принятия с автоматизированными системами логическо- решения, основанный на онтологиях. Логика го вывода. Характеристическая модель линии обеспечивает автоматизированную конфигура продукции или предметной области идельано цию компонентов, проверку моделей на непро подходит для любого технического решения, тиворечивость, трансформацию знаний из од ставит проект проектирования наравне с фор- ной области описания в другую.

мальным определением требований к продукту. Все эти новые качества будут содействовать Формальная семантика свяжет требования, ха- уменьшению стоимости разработки и внедре рактеристическую модель и библиотеку компо- ния программного обеспечения основанного на нентов в единое пространство принятия реше- компонентах. Примеры применения логическо ния. Использование семантических методов го формализма при описании Web-сервисов моделирования, показанных в этой статье мо- представлены в [11].

жет быть применено для многих сценариев в об ласти синтеза фрагментов технических систем. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Соответсвенно, главная цель нашего проекта 1. Description Logics. – www.dl.kr.org.

будет удовлетворена: автоматизирован процесс 2. Сергей Орлик. Программная инженерия: Про проектирования изделия с учетом многократно- ектирование программного обеспечения, 2004–2005, го использования технических компонентов. http://sorlik.blogspot.com.

3. Herzum P., Sims O. Business Component Factory:

Это означает, что процесс поиска, адаптации A Comprehensive Overview of Component-Based Develop и интеграции проходит незаметно для проекти- ment for the Enterprise // Wiley Computer Publishing. 2000.

ровщика системы. 4. Guenther Boeckle. Product Lines… Процесс семантического моделирования 5. Jack Greenfield, … Software Factories… 6. Википедиа, www.wikipedia.ru.

предполагает описание компонентов, основан 7. Czarnecki K., Eisenecker U. W. Generative Program ное на уже готовых моделях и описаниях ин ming, Addison-Wesley, 2000.

терфейса, с точки зрения сложно описываемых 8. ESI Projects. – http://www.esi.es/en/Projects/esaps/ свойств и процедур, таких как поведение или esaps.html.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 19. Барков И. А. Теория конструкторской семантики.

9. Graubmann P., Roshchin M. Semantic Annotation of Ижевск, 2003.

Software Components. IEEE Proceedings of SEAA 20. SWRL, http://www.daml.org/2003/11/swrl/.

10. Semantic Web Note. – www.w3.org/2001/sw/.

21. Munindar P. Singh, Michael N. Huhns: Service 11. Roshchin M., Graubmann P., Pfeuffer E. Web Services Oriented Computing: Semantics, Processes, Agents, John Annotation and Reasoning. – http://www.w3.org/2005/04/FSWS/.

Wiley & Sons, Ltd, 2005.

12. K Pohl, FVD Linden, G Bockle, Software Product 22. RDF(S), http://www.w3.org/TR/rdf-schema/.

Line Engineering: Foundations, Principles and Techniques.

23. F-Logic, http://www.ontoprise.de/content/e5/e190/e191/ Springer, 2005.

tutorial_flogic_ger.pdf.

13. Ontology Driven Architectures and Potential Uses of 24. OWL, http://www.w3.org/TR/owl-features/.

the Semantic Web in Systems and Software Engineering, 25. Marc Ehrig, York Sure, “Ontology mapping – an in http://www.w3.org/2001/sw/BestPractices/SE/ODA/. tegrated approach”, In C. Bussler, J. Davis, D. Fensel, and R.

14. Racer Systems, http://www.racer-systems.com/. Studer, editors, Proceedings of the First European Semantic 15. SWI-Prolog, www.swi-prolog.org/. Web Symposium, volume 3053 of LNCS, Springer Verlag, 16. KAON 2, http://kaon2.semanticweb.org/. Heraklion, Greece, MAY 2004, pp. 76–91.

17. Pellet Reasoner, http://www.mindswap.org/2003/pellet/. 26. Yannis Kalfglou, Marc Schorlemmer, “IF-Map: An Ontology-Mapping Method based on Information-Flow The 18. Carsten Lutz, Logic-based Knowledge Representation – ory” Journal on Data Semantics I, LNCS 2800, Springer, Lecture Notes in Computational Logic Programme, TU Dres 2003, pp. 98–127.

den, 2003.

УДК 519.876. А. Н. Фищенков ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ РЕШЕНИИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВУЛКАНИЗАЦИИ ШИН Ярославский государственный технический университет (cad@vstu.ru) В данной работе разработана математическая модель процесса вулканизации шины в пресс-форме, для решения ос новного нелинейного уравнения теплопроводности и модели кинетики вулканизации которой используется метод ко нечных элементов.


Ключевые слова: математическая модель вулканизации шин, метод конечных элементов, кинетическая модель.

A. N. Fishchenkov USE OF A METHOD OF FINAL ELEMENTS AT THE DECISION OF MATHEMATICAL MODEL OF PROCESS OF VULCANIZATION OF TRUNKS In the given work the mathematical model of process of vulcanization of the trunk in a compression mould is developed, for the decision of the basic nonlinear equation of heat conductivity and model kinetics which vulcanizations the method of final elements is used.

Mathematical model of vulcanization of trunks, method of final elements, kinetic model.

Процесс вулканизации шин оказывает зна- проводности и модели кинетики вулканизации чительное влияние на качество и эксплутаци- которой используется МКЭ.

онные характеристики конечной продукции.

Математическая модель Каждая точка внутри шины имеет уникальную температурную историю во время цикла вулка- Основное уравнение теплопроводности низации, следствием чего является неравно- в трехмерной декартовой системе координат мерное распределение температуры и степени выглядит так:

T T T T вулканизации. Следовательно, оценка вулкани C p = (k ) + (k ) + (k ) + Q, (1) зации при постоянной заданной заранее темпе- t x x y y z z ратуре не является достаточной для точного где t, T,, Cp, k это время, температура, плот прогноза степени вулканизации в шине. ность, теплоемкость и теплопроводность, соот Ряд исследований с применением метода ветственно. Для резины k предполагается линей конечных элементов (МКЭ) и метода конечных ной функцией температуры выраженной как [2]:

разностей (МКР) уже был выполнен [1]. Эти k = a – bT. (2) работы основываются на разработке двухмер- Определение интенсивности тепловыделе ной модели, в которой областью решения явля-.

ния Q является нетривиальным вопросом и тре ется поперечное сечение шины. В данной рабо бует тщательного анализа. Пусть коэффициент, те разработана математическая модель процесса обозначающий степень вулканизации, опреде вулканизации шины в пресс-форме, для реше ляется как:

ния основного нелинейного уравнения тепло 128 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ = Qt/Q. (3) T d t d i = i 1 + Tii1 d T + tii1 d t. (11) где Qt и Q это тепло, выделяющееся к моменту d t t d t T времени t и полная теплота реакции соответст Следует отметить, что во время процесса венно. Следовательно, интенсивность тепловы вулканизации температура на некоторых этапах.

деления Q вычисляется как: (например, стадия охлаждения) уменьшается и d описанные выше зависимости подходят для Q = Q ( ). (4) точного прогноза степени вулканизации. Для dt преодоления этого недостатка обычно приме При вулканизации резиновых материалов няют два подхода. В первом, используют урав степень вулканизации (), которая представляет нение кинетики вулканизации в виде меру реакции, описывается множеством эмпири d/dt = k(T)f() ческих уравнений. В данной работе была исполь где f() из уравнения (5) имеет следующий вид:

зованная следующая кинетическая модель [2]:

d = nk 1 / n ( n 1) / n (1 ) ( n +1) / n.

k (t ti ) n (12) =. (5) dt 1 + k (t ti ) n Следовательно, степень вулканизации мо где k и n это кинетическая постоянная и поря- жет быть вычислена как решение обыкновен док реакции соответственно. Во время индук- ного дифференциального уравнения (12). Т. к.

ционного периода (ti) химическая реакция не правая сторона уравнения зависит от, то для идет. Этот параметр является функцией темпе- решения этого нелинейного уравнения, должна ратуры и может быть описан уравнением Арре- быть использована или техника “предиктор ниуса: корректор” [4], или правая сторона уравнения (12) должна быть определена в предшествую ti = t0exp(T0 / T), (6) щий этап времени. С другой стороны, т. к.

где t0 и T0 – физические постоянные. Параметр в начале расчета равно нулю (нулевые началь k в уравнении (5) это коэффициент скорости:

ные условия), правая сторона уравнения (12) не k = k0exp(–E / RT), (7) может быть выражена на основе и k в преды где k0, E и R это постоянная, энергия активации дущий временной шаг (i-1 и ki-1).

и газовая постоянная, соответственно. Для оп Для прогноза степени вулканизации может ределения времени индукционного периода использоваться метод приведенного времени.

была использована следующая зависимость [3]:

Численное выражение для общей степени вул t dt t = 0 канизации в этом методе [1] выглядит следую, (8) ti (T ) щим образом:

где ti(T) это температурная зависимость индук- 1/ n 1/ n ( ) i = i 1 + tti k 1 / n d t. (13) ционного периода, описываемая уравнением 1 1 i i i (6). Когда значение t станет равным единице, Как видно, в данном подходе начальное усло верхний предел t в интеграле (8) будет рассмат риваться как время индукционного периода. вие для (например, =0 в момент времени ti) не Для стадии собственно вулканизации известны затрагивает определение на следующем интер несколько неизотермических моделей вулкани- вале времени. Неизотермическая степень вулка зации [3]. В простейшей модели коэффициент низации определяется следующим образом:

скорости (k) в каждый этап вычисляется для i d =i. (14) средней температуры между двумя последова t d t неизотермич тельными этапами времени, например:

Вышеописанная модель решается с исполь d i = i 1 + ttii1 dt, (9) зованием метода конечных элементов Галерки d t T = T m на. Детали применения метода Галеркина для Ti + Ti 1 выведения рабочих формул метода конечных где Tm = элементов могут быть найдены в нескольких книгах и поэтому здесь не приводятся [4]. Со kn(t ti ) n d = и. (10) ответствующая нашей задаче рабочая формула d t [1 + k (t ti ) n ] выглядит следующим образом:

В наиболее точном методе предложен под [M]{T} + [K]{T} = {F}, (15) ход с использованием полного дифференциала:

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 3. Теплопроводности обновляются на осно где [M], [K] и {F} это матрицы массы, жестко ве вычисленных на предыдущем шаге значений сти и вводной вектор, соответственно, опреде температурного поля.

ляющиеся как:

4. Для каждого элемента из уравнения (8) ( M ) ij = C p i j dxdydz (16) вычисляется безразмерное время индукции t.

i j i j i j ( K ) ij = k ( + + )dxdydz (17) 5. Если значение t близко к единице, тогда x x y y z z степень и скорость вулканизации ( и d/dt, соот {F }i = i Qdxdydz + ветственно) для данного элемента вычисляются из уравнений кинетики вулканизации (13) и (14).

Г T T T 6. Интенсивность тепловыделения вычисля + i k ( nx + ny + n z )dГ. (18) x y z ется на основе значений d/dt найденных на Г предыдущем шаге для того элемента, у которо.

В этих уравнениях,{T}, и {T } это интер- го значение t больше единицы.

поляционная функция, вектор неизвестных (уз- 7. Рабочие уравнения МКЭ решаются вновь ловая температура) и его первая производная с обновленными значениями теплопроводности по времени, соответственно. Чтобы решить.

(шаг 3) и Q (шаг 6).

обыкновенное матричное дифференциального 8. Шаги 2-7 повторяются до тех пор пока не уравнение первого порядка была использована будет получено решение с требуемой сходимо неявная временная пошаговая схема. Оконча стью. Критерий сходимости, используемый в дан тельный вид рабочей формулы в этой схеме:

ной работе, основан на вычислении второй ([ M ]a + t[ K ]a ){T }n+1 = нормы температуры:

= ([ M ]a t[1 ][ K ]a ){T }n + N r + Ti r Ti n + n + (1 ){F } + {F } )t, (19) j =, где n и n+1 относятся к времени tn и tn+1 соот- N r + Ti ветственно. Индекс а также определяется как: j = {T}a=(1–){T}a+ {T}a+1. (20) где N, r и это полное количество узлов, число итераций и сходимость соответственно, причем Используя изопараметрическое отображе последняя примерно равна 10–3.

ние, рабочие формулы рассматриваемой схемы 9. Время увеличивается на величину t (t t + приводятся в локальную систему координат.

+ t) до тех пор пока не будет получено окон Компоненты матрицы жесткости и вводного чательное значение продолжительности про вектора вычисляются для каждого элемента по цесса, иначе шаги 2-7 повторяются для нового строением квадратуры Гаусса. Результирую значения времени.

щие алгебраические уравнения собираются в общую матрицу и решаются прямым алго- Результаты ритмом решения [4] после наложения соот Вследствие симметрии а также дублирова ветствующих граничных условий. Вследствие ния последовательности участков рисунка про зависимости теплопроводности от температу тектора в круговом направлении, было рас ры, а также зависимости интенсивности теп смотрено только 50 секции шины (см. рис. 1).

ловыделения от степени вулканизации (d/dt Анализируемая область была разделена на в уравнении (4), набор уравнений является восьмивершинных блоков с общим количест нелинейным и для его решения требуется со- вом узлов равным 1762.

ответствующая итерационная техника. В дан- Время моделирования для процесса вулка ной работе для этой цели мы применяем ме- низации в пресс-форме составляет 4200 с (70 мин) тод итераций Пикарда [4]: с шагом времени 42 с. Т. о. для завершения мо 1. Интересующая целая область разбивается делирования требуется 100 временных шагов.

на сетку конечных элементов. Граничные условия первого рода со значения 2. Выбирается исходная оценка темпера- ми температуры изменяющихся во времени, турного поля. Скомпонованные рабочие урав- показанных на рис. 2, были применены к по нения решаются с использованием соответст- верхности пресс-формы (поверхность протек вующих граничных и начальных условий без тора) и внутренней поверхности шины, соот учета интенсивности тепловыделения ветственно.

130 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Основной целью этого исследования было изучение действия теплового потока на распре деление температуры и степень вулканизации в круговом направлении.

Для того чтобы проверить точность прогно зируемых результатов, изменения температуры для двух точек внутри шины, расположенных в каркасе и верхних участках протектора были сравнены с экспериментально полученными данными (см. рис. 3).

Рис. 3. Изменение температуры нагрева шины в контро лируемых точках шины в слое корда (1) и протектора (2) Результаты моделирования показали, что из за изменения геометрии протектора в перифери ческом направлении, а также высокой толщины участка протектора по сравнению с шинами для легковых автомобилей, тепловым потоком в этом направлении нельзя пренебречь. Следовательно, для точного прогноза температурного поля и сте пени вулканизации в грузовых шинах должна ис Рис. 1. Анализируемая область шины пользоваться трехмерная модель.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Prentice G. A., Williams M. C. Numerical evalution of the state of cure in a vulcanizing rubber article, Rub. Chem.

Tech., 2. Лукомская А. И., Баденков П. Ф., Кеперша Л. М.

Расчеты и прогнозирование режимов вулканизации рези новых изделий – М.: Химия, 1978, 280 с.

3. Кашкинова Ю. В. Количественная интерпретация кинетических кривых процесса вулканизации в системе организации рабочего места технолога-резинщика – Мо сква: дис. канд. техн. наук, 2005, 180 с.

Рис. 2. Изменение внутренней (1) граничной (2) температуры 4. Зенкевич О. С. Метод конечных элементов в тех шины в зависимости от продолжительности вулканизации нике. – М.: Мир, 1975, 340 с.

УДК 681.5.01:621.396. С. А. Хватынец ОСТРОВНОЙ ЭВРИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ ПЛАТ Московский Энергетический Институт (ТУ) (ywk@mail.ru) В работе приведено описание «Островного» эвристического алгоритма проектирования МПП с привлечением мето дов многокритериального выбора и алгоритмизацией наиболее важных этапов.

Ключевые слова: Эвристическое проектирование многослойных печатных плат. Оптимальная стратегия размеще ния. Островной алгоритм размещения. Переразмещение «мелких» элементов.

S. A. Khvatynets ISLAND HEURISTIC DESIGN TECHNIQUE OF MULTILAYER PRINTED CIRCUIT BOARDS In this paper, the description of "Island" heuristic algorithm of PCBs design with engaging methods of multicriteria choice and algorithmisation of most important stages is represented.

Heuristic designing of multilayer printed circuit cards. The optimum strategy of allocation. Island algorithm of allocation.

Rearrangement of "fine" units.

проектирования МКП постоянно совершенст Введение Конструирование современных радиоэлек- вуются [1], "ручное" проектирование остается тронных устройств неразрывно связано с зада- самым качественным и по сей день.

чей топологического проектирования много- В предлагаемой работе изложена доработка, слойных коммутационных плат (МКП) РЭА. Не разработанного ранее эвристического метода смотря на то, что алгоритмы автоматического проектирования МПП [4, 5], с привлечением ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ методов многокритериального выбора [3], со- типов проектируемого устройства, можно стоящего из четырех этапов: представить виде алгоритма (см. рис. 1).

1) поиск оптимального варианта стратегии {блок 3} Всем "главным" компонентам эв размещения компонентов;

ристически назначаются коэффициенты важно 2) выбор "главных" компонентов, вокруг сти в порядке убывания жесткости требований которых будут размещаться компоненты обвяз- по ЭМС и тепловому режиму. В нашем приме ки – формирование острова;

ре "главными" компонентами являются процес 3) сближение образованных островов;

сор, четыре микросхемы оперативной памяти 4) переразмещение мелких компонентов для и источник питания.

большего сближения островов и трассировки {блок 5} Осуществляется поиск "глав печатных проводников.

ных" компонентов с наибольшим значением Поясним на примере работу островного ал коэффициента важности. В нашем примере горитма размещения компонентов на МКП.

такими компонентами являются процессор и че Требуется разместить на МКП компоненты графической подсистемы, применяемой в сер- тыре микросхемы оперативной памяти.

верных системных платах, состоящей из про- {блок 6} Осуществляется поиск всех воз цессора обработки двухмерной и трехмерной можных вариантов взаимного расположения ранее отобранных "главных" компонентов графической информации, оперативной памяти (формирование множества А0). В нашем при и источника питания. Осуществить трассировку мере наиболее вероятными вариантами будут проводников на четырех слоях печатной платы – следующие (см. рис. 2, 3, 4 и 5).

двух питающих (питание и заземление) и двух {блок 7} Теперь необходимо усечь множе сигнальных. Подсистема оперативной памяти ство вариантов А0, наложив ограничения по процессора состоит из двух банков. Тактирова ЭМС и тепловому режиму.

ние каждого банка памяти асинхронное, такти Для удобства трассировки печатных про рование внутри банка – синхронное.

водников выводы процессора располагаются П е р в ы й э т а п р а з м е щ е н и я – это группами. Примерное расположение функцио поиск стратегии размещения компонентов.

нальных групп контактов показано на рис. 6, из Под стратегией размещения будем понимать которого следует, что все остальные варианты некий абстрактный эскиз (идею) печатной расположения микросхем оперативной памяти – платы, с размещенными на ней "главными" худшие и рассмотрению не подлежат, т. к. не компонентами. На последующих этапах эскиз выполняются требования ЭМС.

будет оптимизироваться с учетом выбранных При размещении графической памяти по критериев оптимальности. Под главными Варианту 1 (рис. 2) длина тактирующих про компонентами понимаются крупные компо водников для обоих банков памяти примерно ненты – процессоры, микросхемы, разъемы и равна, что положительно скажется на стабиль т. д. Процесс поиска оптимальных вариантов ности работы оперативной памяти.

стратегии размещения, при отсутствии прото Рис. 1. Алгоритм поиска оптимальной стратегии размещения 132 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 2 3 Infineon A Infineon A Infineon A 1-й банк 2-й банк памяти HYB18T256161AF-25 HYB18T256161AF-25 HYB18T256161AF- памяти 5 Infineon A HYB18T256161AF- Рис. 2. Вариант 1 размещения памяти Рис. 3. Вариант 2 размещения памяти Рис. 4. Вариант 3 размещения памяти Рис. 5. Вариант 4 размещения памяти {блок 9} В нашем примере множество А Во втором варианте размещения (см. рис. 3), включает в себя два варианта стратегии разме микросхемы памяти во втором банке находятся щения и для них необходимо выбрать опти на разных расстояниях от соответствующих мальное расположение источника питания ядра контактных групп процессора, что приводит процессора (см. рис. 7 и рис. 8). После того, как к необходимости выравнивания по длине про были определены оптимальные варианты рас водника для микросхемы "1". Выравнивание положения источника питания, множество А осуществляется путем многократных изгибов обновляется – Вариант № 1 и Вариант № 3 из проводника, что повышает паразитную индук множества А1 содержит в себе процессор, че тивность и емкость такой линии передач, а также тыре микросхемы памяти и источник питания.

требует дополнительного места на печатной {блок 10} Теперь нам необходимо отсеять плате. Все это говорит о том, что этот вариант варианты, входящие во множество А1, не отве не подходит.

чающие требованиям по ЭМС, как для самой Вариант 3 (см. рис. 4) обладает теми же по проектируемой системы, так и для надсистемы ложительными качествами, что и Вариант (в нашем примере это системная плата).

(см. рис. 2).

Вариант 4 (см. рис. 5) обладает тем же не достатком, что и Вариант 2 (см. рис. 3). Этот вариант также не подходит.

Итак, исходное множество вариантов раз мещения "главных" компонентов с высокими значениями коэффициентов важности А0 усе чено до двух – Вариант № 1 и Вариант № 3.

Эти два варианта образуют множество А1. Об ласть занимаемая компонентами из А1 фикси руется и на последующих шагах алгоритма по иска стратегии размещения (см. рис. 1) поло жение компонентов из А1 не изменяется.

{блок 8} Снизив значение коэффициента важности, мы "открываем" другие компоненты.

В нашем примере это источник питания ядра процессора. Рис. 6. Расположение групп контактов процессора ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ными вокруг него подчиненными компонента ми более низкого уровня иерархии ("обвяз кой"). Производится размещение компонентов обвязки вокруг соответствующего "главного" компонента с учетом требований по ЭМС [2].

После завершения второго этапа размещения на рабочем поле САПР образуются участки с по вышенной концентрацией компонентов – "ост рова" и пустые участки.

Т р е т и й э т а п р а з м е щ е н и я – это сближение образовавшихся островов. Третий этап начинается с определения центра сближе ния – острова, положение которого на МПП строго определено в документации или иным способом из-за чего в процессе сближения он остается неподвижным. В отсутствие таковых, центром сближения назначается компонент с наи Рис. 7. Расположение источника питания ядра процессора для Варианта № 1 размещения оперативной памяти большим значением коэффициента важности.

Очередность сдвига островов определяется значе ниями коэффициентов важности. Вышесказан ное можно представить в виде алгоритма (см.

рис. 9). Конечная цель данного этапа – как можно плотнее сблизить получившиеся остро ва. Степень сближения оценивается разработ чиком эвристически и зависит от ширины ис пользуемых в проекте печатных проводников.

В нашем примере центром сближения назна чается процессор, как компонент с наибольшим значением коэффициента важности. Следующие по значению коэффициента важности – четыре микросхемы оперативной памяти. Далее следует источник питания ядра процессора.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.