Процесс проектирования структуры сложного технического объекта представляет собой многоэтапную процедуру, осуществляемую по блочно-иерархическому принципу:
Этап 1. Построение допустимого множества (каталога) принципиально возможных типов, входящих в объект элементов. Примерами могут служить: каталоги типовых конфигураций интегральных транзисторов в САПР больших интегральных схем; каталог допустимых микропроцессорных модулей, секций памяти и интерфейсного обрамления в САПР микропроцессорных систем; каталог типовых проектов в САПР плитно-балочных разрезных мостов и др. Каталоги входят в состав информационного обеспечения САПР.
Этап 2. Выбор множества допустимых систем элементов, используемых при структурном синтезе объекта. Поскольку различные элементы, входящие в каталог применяемых элементов, могут быть реализованы на основе разнообразных физических принципов и с помощью различных технических решений, не все элементы могут стыковаться друг с другом. Поэтому основной задачей данного этапа является определение требований к параметрам и принципам функционирования отдельных элементов, входящих в состав проектируемого объекта.[4]
Этап 3. Построение вариантов структур объекта с учетом их технической реализации. Здесь должны быть известны состав элементов, правила их соединения между собой и способ определения по структуре синтезируемого объекта функции, которую он реализует.
При структурном синтезе объектов небольшой сложности возможно построение полного множества допустимых структур объекта (для реализации полного перебора вариантов). При этом в ЭВМ должны быть заложены правила генерации всех вариантов структур проектируемого объекта.
При синтезе сложных объектов прямой перебор уже невозможен и необходима разработка процедур и алгоритмов направленного поиска оптимальной структуры синтезируемого объекта. Эти процедуры обычно базируются на использовании методов математического программирования (в основном — дискретного программирования), последовательных и итерационных алгоритмов синтеза, сетевых и графовых моделей проектирования, а также методов теории эвристических решений и методов решений изобретательских задач.
Этап 4. Оценка вариантов и выбор компромиссной структуры синтезируемого объекта. Как правило, оценка варианта структуры требует формирования и анализа математической модели синтезированной структуры объекта и выполнения параметрической оптимизации, так как для объективной оценки сравнивать варианты структуры имеет смысл при оптимальных значениях параметров. Эти процедуры сложны и громоздки, в связи, с чем полный перебор вариантов при таком подходе практически неосуществим.
Для уменьшения сложности этого этапа целесообразно либо использовать косвенные критерии предпочтения вариантов, либо искать оценки варианта структуры без исследования громоздких математических моделей. При таком подходе вводят параметр, характеризующий качество объекта. Это может быть число элементов в объекте, его стоимость, занимаемый объем, максимальное число элементов, находящихся в активном состоянии (мощность), вероятность выхода из строя, максимальная длина проводников (в задачах размещения и трассировки) и т. д.
Другим путем уменьшения сложности решения задачи структурного синтеза является организация диалогового режима разработчика с ЭВМ па 3-м и 4-м этапах синтеза. При этом разработчик сам решает, какие программы анализа и оптимизации будет использовать для оценки вариантов. Сокращение времени на получение решения в диалоговом режиме происходит за счет эвристических способностей человека, за счет возможности прерывания построения заведомо бесперспективного варианта структуры и за счет поиска не оптимального, а допустимого варианта синтезируемого объекта.
Этап 5. Коррекция технического задания. Под коррекцией ТЗ понимают изменения заданных ограничений в тех случаях, когда не существует вариантов проектируемого объекта, обеспечивающих требуемое ограничение. Если коррекция произведена, то соответствующие этапы проектирования повторяют при новых значениях ограничений.
Объем решаемых на каждом этапе задач настолько велик, что проведение исследований в полном объеме невозможно без средств автоматизации проектирования. При этом на различных этапах к разработкам привлекаются различные специализированные коллективы научных работников и инженеров. Следует отметить, что при проектировании отдельных элементов, устройств и подсистем, входящих в состав проектируемого сложного объекта, следует проводить их анализ и синтез на различных уровнях. В процессе проектирования приходится учитывать существующие многократные перекрестные связи между элементами, что существенно усложняет задачу структурного синтеза.
Исходя из вышесказанного, следует, что особенность задач структурного синтеза заключается в том, что для получения оптимального варианта структуры проектируемого объекта необходимо наличие его математической модели, представляющей собой формальное описание множества структур объекта на принятом уровне детализации. В этом случае задача структурного синтеза сводится к выбору компромиссного варианта в счетном множестве.[4]