Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов и средств автоматизированного проектирования лицевых панелей РЭС .
1.1 Классификация лицевых панелей РЭС как объекта эргодизайнерского проектирования. 10
1.2 Характеристика задач автоматизированного проектирования лицевых панелей РЭС. 12
1.3 Анализ характеристик и возможностей промышленных интегрированных систем автоматизации конструкторского проектирования РЭС. 15
1.4 Цель работы и задачи исследования. 45
2. Формирование моделей лицевых панелей РЭС .
2.1 Анализ требований к математическим моделям лицевых панелей. 46
2.2 Классификация ЭКУИ для формирования лицевых панелей РЭС. 49
2.3 Моделирование лицевых панелей с учетом теплового режима . 59
2.4 Зональное моделирование лицевых панелей. 62
2.5 Моделирование многогранных лицевых панелей. 69
Выводы второй главы. 71
3. Оптимизация конструкторского проектирования лицевых панелей РЭС .
3.1 Особенности размещения элементов коммутации, управления и индикации на лицевых панелях. 72
3.2 Разработка математической модели размещения ЭКУИ. 89
3.3 Формирование целевой функции для решения задачи оптимального размещения ЭКУИ на лицевых панелях. 103
3.4 Алгоритмизация процедур оптимального проектирования лицевых панелей . 106
Выводы третьей главы. 120
4. Разработка информационного и программного обеспечения процесса оптимального проектирования лицевых панелей РЭС .
4.1 Организация информационных средств подсистемы. 121
4.2 Структура программных средств подсистемы проектирования ЛП, интегрированной в систему AutoCAD . 125
4.3 Средства графической визуализации результатов проектирования ЛП. 130
4.4 Практическая реализация моделей, алгоритмов и
программных средств проектирования ЛП. 132
Выводы четвертой главы. 135
Заключение 136
Список использованных источников 138
Приложения
- Анализ характеристик и возможностей промышленных интегрированных систем автоматизации конструкторского проектирования РЭС.
- Моделирование лицевых панелей с учетом теплового режима
- Алгоритмизация процедур оптимального проектирования лицевых панелей
- Структура программных средств подсистемы проектирования ЛП, интегрированной в систему AutoCAD
Введение к работе
Актуальності, темы.
Одним из важных формообразующих элементов конструкции радиоэлектронных средств (РЭС) является лицевая панель (ЛП), посредством которой происходит оперативная взаимосвязь «человек-прибор» и имеется непосредственный контакт с человеком-оператором в процессе эксплуатации устройства. От того, насколько полно будут учтены конструкторско-технологические, эргономические и эстетические требования и рационально будут скомпонованы на панели информационно-управляющие элементы, будет зависеть эффективность взаимодействия человека с РЭС, и, следовательно, эффективность эксплуатации устройства. Современный процесс автоматизированного проектирования РЭС, их отдельных конструктивных элементов, в том числе и лицевых панелей, предполагает использование как универсального, так и прикладного » программного обеспечения (ПО). Универсальное ПО предназначено для решения различных задач схемотехнического и конструкторского проектирования по синтезу, анализу и оптимизации параметров и ч характеристик РЭС. Применение таких промышленных САПР для решения конкретных задач оптимального проектирования лицевых панелей является неэффективным из-за их универсальности и направленности на решение широкого класса задач. Для решения этих задач требуется создание специализированного комплекса, входящего в качестве подсистемы в 4 промышленную САПР, в котором бы решались вопросы реализации моделей ЛП, методов их автоматизированного конструирования, поиска эффективных процедур размещения элементов на плоскости панели с учетом всего комплекса требований.
Таким образом, разработка методов и алгоритмов моделирования и проектирования лицевых панелей современных РЭС, реализованных в виде подсистемы, интегрированной в промышленную САПР, является актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнена в рамках НИР ГБ 2001.17 «Проектирование и технологии радиоэлектронных средств» и в соответствии с научным направлением Воронежского государственного технического университета «Системы автоматизированного проектирования и автоматизации производства».
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка моделей, алгоритмов, программного обеспечения подсистемы моделирования и оптимизации проектирования лицевых панелей радиоэлектронных средств, интегрированной в промышленную конструкторскую САПР.
Для достижения поставленной цели в работе определены следующие задачи:
провести анализ методов и средств моделирования лицевых панелей в рамках систем конструкторского проектирования РЭС;
осуществить разработку математической модели размещения элементов коммутации, индикации и управления на плоскости ЛП РЭС;
разработать алгоритмы теплового расчета модели лицевой панели;
разработать зональную модель лицевой панели;
сформировать оптимизационные модели и алгоритмы размещения элементов коммутации, управления и индикации;
определить состав, структуру и произвести разработку средств информационного и программного обеспечения процесса оптимального проектирования лицевых панелей РЭС.
Методы исследования основываются на теории системного анализа, математического моделирования и оптимизации, методах математической статистики и вычислительной математики, численных методах расчета теплового режима при конструировании радиоэлектронных средств, структурного программирования, компьютерных технологий.
Научная новизна работы. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
- модель лицевой панели, отличающаяся учетом наличия в ней современных элементов коммутации, управления и индикации, и, позволяющая их проектировать с учетом теплового режима, как на плоскости, так и в пространстве;
- модель формирования многогранных лицевых панелей, отличающаяся возможностью использования процедур моделирования плоских лицевых панелей для формирования панелей, имеющих объемную структуру;
комплекс алгоритмов проектирования лицевых панелей радиоэлектронных средств, отличающийся учетом конструктивных и функциональных особенностей лицевых панелей, позволяющий получить как эргономически оптимальные модели лицевых панелей, так и рекомендации по выпуску конструкторской документации;
подсистема проектирования лицевых панелей, позволяющая осуществить выпуск конструкторской документации на разработанные оптимальные по эргономическим и конструктивным требованиям варианты лицевых панелей РЭС, основу информационного и математического обеспечения которой составляют предложенные методы, модели и алгоритмы.
Практический ценность работы. На основе предложенных моделей и алгоритмов разработано информационное и программное обеспечение подсистемы моделирования лицевых панелей РЭС и оптимизации их конструктивных вариантов реализации, адаптируемой на промышленные САПР AutoCad2000 и AutoCad2002.
Реализация и внедрение результатов работы.
Результаты исследований внедрены в Воронежском научно-исследовательском институте связи, в научно-техническом центре «Истэл» в виде программных средств, применяемых в процессе выполнения конструкторских проектов РЭС, и в учебный процесс кафедры КиПРА ВГТУ при подготовке специалистов по специальности 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств». Апробации работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий», (Москва-Воронеж-Сочи, 2002); Всероссийских конференциях «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2000, 2001, 2002, 2003); VIII Международной электронной научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях» (Воронеж, 2003). Публикации. По теме диссертационной работы всего опубликовано 16 печатных работ, основные результаты представлены в 13 работах. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце диссертации, лично соискателю принадлежит: в [1,2]- анализ, классификация установочных элементов лицевых панелей и принципы их размещения; в [3,4,5]- постановка и анализ задачи компоновки лицевых панелей; в [6]- разработка алгоритма автоматизированного проектирования лицевых панелей; в [7] классификация жидкокристаллических индикаторов; в [8] автоматизированные процедуры компоновки; и [9]- разработка математической модели проектирования лицевых панелей; в [10,12]-разработка структуры информационной подсистемы оптимального проектирования лицевых панелей РЭС.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 102 наименования, и 4 приложений. Основная часть работы изложена на 135 страницах текста и содержит 22 рисунка и одну таблицу.
Основное содержание работы.
Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, приводится ее краткое описание, структура, формулируются цели и задачи исследования, представлены основные научные и практические результаты. В первой главе проведен анализ особенностей и характеристик различных видов лицевых панелей радиоэлектронных средств как объектов эргодизайнерского проектирования. Рассмотрены характеристики задач их автоматизированного проектирования. Проведен анализ характеристик и возможностей промышленных интегрированных систем автоматизации конструкторского проектирования РЭС. Разработан обобщенный алгоритм автоматизированного процесса проектирования лицевых панелей. Отмечены преимущества и недостатки этих программных комплексов. На основе проведенного анализа формулируются цели и задачи исследования. Во второй главе рассмотрены требования, предъявляемые к ( математическим моделям лицевых панелей в целом и элементов коммутации, управления и индикации и частности. На основе этих требований обоснованы и выбраны математические модели зонального моделирования лицевых панелей. Разработан алгоритм проектирования лицевых панелей с учетом теплового режима. Рассмотрены принципы проектирования многогранных лицевых панелей.
В третьей главе рассмотрены особенности размещения элементов коммутации, управления и индикации на лицевых панелях/ Выбрана и проанализирована целевая функция. На основе анализа целевой функции предложены соответствующие оптимизационные модели. Произведена алгоритмизация процедур оптимального проектирования лицевых панелей.
В четвертой главе проведен анализ принципов работы подсистемы проектирования лицевых панелей в рамках программного комплекса системы AutoCad. На основе программного комплекса AutoCad и разработанной подсистемы проектирования лицевых панелей предложена программная система, позволяющая спроектировать лицевую панель с помощью математического моделирования.
В заключении приведены основные результаты диссертационной , работы. В приложении 1 приведена классификация жидкокристаллических индикаторов.
В приложении 2 приведен диалоговый интерфейс подсистемы проектирования лицевых панелей РЭС.
В приложении 3 приведены результаты проектирования.
В приложении 4 представлены акты внедрения результатов диссертационной работы в Воронежском НИИ связи, в научно-технический центр «Истэл» и в учебный процесс кафедры КиПРА ВГТУ специальности 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств».
Анализ характеристик и возможностей промышленных интегрированных систем автоматизации конструкторского проектирования РЭС.
Программные продукты T-FLEX решают следующие задачи: В области CAD: 2D и 3D моделирование с использованием новейших технологий параметризации, ассоциативных сборок, диалогового управления проектами и другими специальными инструментами; подготовка конструкторской документации (чертежи, спецификации и т.д.) в соответствии со всеми Российскими стандартами; поддержка стандартных форматов XT, IGES, STEP, STL, DXF, DWG. . В области CAM: Технологическая подготовка производства, подготовка программ для станков с ЧПУ и проверка программ имитацией обработки. В области САЕ: Конечно-элементный анализ изделий. Визуализация напряжений и деформаций конструкции. Расчеты на прочность, динамический и кинематический анализы. Расчеты зубчатых передач, пружин. Оптимизация листового раскроя. Поддержка инженерных решений при проектировании штамповой технологической оснастки, пресс-форм, электродвигателей. В области TDM/PDM: Технологическая подготовка производства, создание технологической и нормативно-сметной документации, управление проектами и техническим документооборотом. Можно выделить несколько основных положений, которые делают предлагаемый комплекс программных средств T-FLEX наиболее привлекательным для предприятий: 1. Все системы, входящие в комплекс, полностью интегрированы между собой, то есть передача информации от одной системы к другой осуществляется за счет внутренней связи между модулями. 2. Комплекс содержит передовые российские разработки в соответствующих областях автоматизированного проектирования, которые учитывают специфику российского производства (стандарты, технические условия, оборудование и т.д.). 3. Каждая из систем может работать в комплексе, в любой комбинации или в автономном режиме, что позволяет гибко и поэтапно решать задачи автоматизации подготовки производства любого предприятия. 4. Наличие модуля технологической подготовки производства, полностью интегрированного с системой проектирования изделия, делает этот комплекс уникальным на рынке средств автоматизации проектирования и подготовки производства. 5. Все системы имеют русскоязычный интерфейс и документацию на русском языке, техническую поддержку. 6. Важным фактором является стоимость комплекса. При одинаковой функциональности стоимость российских систем значительно ниже, чем западных аналогичных систем. Среди российских разработок в области САПР комплекс T-FLEX также выделяется более низкой стоимостью программных продуктов. 7. Открытый программный интерфейс систем комплекса позволяет предприятиям и независимым разработчикам разрабатывать (или интегриро вать) свои приложения и программы подготовки производства. Предлагаемые системы позволяют очень гибко подходить к оснащению рабочих мест для решения производственных задач, учитывая специфику работ на каждом рабочем месте и финансовые возможности предприятия. Возможность поэтапного программного и аппаратного оснащения с сохранением эффективности уже работающих программ делает выбор T-FLEX весьма привлекательным. Комплексное оснащение предлагаемыми системами имеет наилучший показатель "функциональность - цена". Важно отметить, что в отличие от других известных систем моделирования в T-FLEX нет разделения файлов на чертежи, 3D детали и 3D сборки. Все данные хранятся в одном файле и организованны по единой схеме, не требующей такого искусственного разделения, хотя это является также и недостатком. Наряду с другими технологиями T-FLEX позволяет эффективно распараллелить процесс проектирования. Ядро Parasolid позволяет пользователям T-FLEX моделировать трехмерные детали и сборочные конструкции любой сложности. В отличие от аналогичных CAD-систем для создания параметрических моделей в T-FLEX не нужны навыки программиста. Проектировщик имеет дело с обычными переменными и обычными функциями. Это дает возможность закладывать в проект определенные соотношения и автоматически модифицировать чертежи, 3D модели и документацию в зависимости от измененных параметров. Например, если задать соотношения между модулем зубчатой передачи, передаточным отношением и делительным диаметром зубчатого колеса, то при изменении любого параметра все остальные будут автоматически приходить в соответствие, что отразится в чертеже, в размерах и в таблице. Впрочем, если вам не нужны соотношения, то вы обойдетесь без работы с переменными и функциями, но параметрические связи уже будут заложены сами собой. Когда Вам нужно будет вносить изменения на этапе "последней подписи" Вы оцените преимущества параметризации T-FLEX. Параметрические отношения T-FLEX делают легкой и естественной анимацию Вашего проекта, предоставляя возможность просмотра движения созданной Вами конструкции и кинематического анализа. Значения выбранных переменных можно динамически изменять от начального значения до конечного с определенным шагом, задавать законы изменения переменных с помощью графиков. Движение 2D или 3D моделей сложных механизмов можно записать как мультимедийный avi-файл для презентации проекта.
Оптимизация - один из мощных инструментов, позволяющий подбирать наилучшие параметры детали (изделия) без рутинной ручной подгонки геометрии. Благодаря модулю оптимизации модели, в T-FLEX гораздо легче определить параметры тел заданного объема, масс - инерционных характеристик, равновесия, балансировки и т.п.
Разработчики сделали все для того, чтобы любая прикладная программа к T-FLEX CAD непосредственно работала с элементами чертежей и моделей. В заключение хотелось бы отмстить, что предлагаемый комплекс для автоматизации подготовки производства на базе программных продуктов семейства T-FLEX постоянно находится в развитии. Так за последнее время к интегрированным продуктам T-FLEX добавились T-FLEX / ИСПА, T-FLEX /Зубчатые передачи, T-FLEX / СИМАС, и др. На этапе подготовки и предложения к использованию находится еще ряд программных продуктов, которые планируется интегрировать с продуктом T-FLEX.
Преимущества T-Flex: все системы, входящие в комплекс, полностью интегрированы между собой, комплекс содержит передовые российские разработки в соответствующих областях автоматизированного проектирования, которые учитывают специфику российского производства, русскоязычный интерфейс, открытый программный интерфейс систем комплекса позволяет предприятиям и независимым разработчикам разрабатывать (или интегрировать) свои приложения и программы подготовки производства.
I-DEAS Master Series представляет собой интегрированный программный комплекс, включающий широкий набор функциональных модулей, предназначенных для проектирования и разработки механических деталей и конструкций.
Моделирование лицевых панелей с учетом теплового режима
Как и алфавитно-цифровые, графические ЖКИ-модули выпускаются в различных модификациях: задняя подсветка на основе светодиодов(ЬЕО), электролюминесцентпой панели(ЕЬ) или люминесцентной лампы с холодным катодом(ССРЬ). Светодиодная подсветка наиболее часто встречается в символьных индикаторах. Она не требует дополнительного источника питания, долговечна, срок службы 20000-100000 часов, работает при отрицательных температурах. LED-подсветка имеет широкую цветовую гамму (желто-зеленый, оранжевый, красный, белый), различные исполнения по напряжению питания (от 2 до 24В). Основным недостатком можно считать повышенное энергопотребление при светоотдаче (20-40кд/м ). Выполняется в двух конструктивных исполнениях: - боковая светодиодная подсветка - состоит из нескольких рядов светодиодов рядом с краем стекла, специального световода и светорассеивателя, имеет малую толщину, отличается малым потреблением и светоотдачей; - фронтальная светодиодная подсветка состоит из нескольких рядов светодиодов, непосредственно направленных на стекло снизу, отличается интенсивным световым потоком. Электролюминесцентная подсветка выполняется в виде тонкой пластины с двумя выводами для подключения питания напряжением 100-150В, отличается малыми габаритами, весом, относительно низким потреблением при сильной светоотдаче (20-50 кд/м ), может работать при отрицательных температурах. Цвет свечения обычно светло-зеленый или белый. Срок службы -2000-5000 часов непрерывной работы. Сроком службы считают время, за которое яркость свечения упадет вдвое, свойство терять яркость можно считать главным недостатком EL-подсветки [13,98].
Подсветка на основе лампы с холодным катодом используется в качестве подсветки графических индикаторов больших размеров. Она отличается высокой светоотдачей (40-200кд/м") при сроке службы 10000- 20000 часов и рабочей температурой 0...+50С, простотой в обслуживании. Рекомендуется для применения в приборах постоянного пользования (кардиографах, спектроанализаторах, мониторах наблюдения и т.д.).
Одним из наиболее привлекательных моментов для разработчиков радиоаппаратуры является широкий диапазон питающих напряжений. Однако на ЖКИ любого типа недопустимо воздействие статического электричества выше ЗОВ.
Использование современных технологий монтажа высокой плотности позволяет уменьшить площадь, толщину и вес модулей. Монтаж микрокомпонентов на гибкую печатную плату, выполненную в виде кабеля, позволяет резко сократить количество контактов между ЖКИ и микроконтроллером за счет использования контроллера с последовательным интерфейсом. Монтаж компонентов на малогабаритную сверхтонкую печатную плату используется при производстве мобильных телефонов. Для получения минимальной толщины модуля в качестве печатной платы часто используют тонкую гибкую пленку. При массовом производстве исключают отдельный соединитель между стеклом и пленкой и соединяют стекло с пленочной печатной платой непосредственно. Иногда производят монтаж микросхемы драйвера прямо на стекло индикатора. Специальные меры принимаются при изготовлении стекла для предотвращения механических повреждений при сильном нажатии в устройствах ввода информации, основанных на использовании пленочной технологии.
Существует несколько различных стандартных форматов алфавитно-цифровых ЖКИ-модулей (число символов х количество строк)[2,13,34,46]: 8x2, 16x1, 16x2, 16x4, 20x1, 20x2, 20x4, 24x2, 40x2, 40x4. Встречаются и менее распространенные форматы: 8x1, 12x2, 32x2 и др. принципиальных ограничений на комбинации и количество отображаемых символов контроллер не накладывает, модуль может иметь любое количество символов от 1 до 80. В рамках одного формата могут производиться ЖКИ-модули нескольких конструктивов, отличающихся как габаритами ЖКИ (и, как следствие, размерами символов), так и размерами платы и посадки. Например, фирма Powertip предлагает алфавитно-цифровые ЖКИ-модули 11-ти форматов (от 8x2 до 40x4) в 37-ми различных конструкциях. Изучая каталоги различных фирм-производителей ЖКИ-модулей, можно убедиться, что одни форматы и конструктивы являются собственными разработками и не обнаруживают аналогов в номенклатуре остальных фирм, другие являются фактическими стандартами и производятся большинством изготовителей. В качестве примера можно назвать ЖКИ-модуль формата 24x2, именуемый РС2402-А у Powertip, ED24200 у EDT, DMC-24227 у Optrex, SC2402A у Bolymin, MDLS-24265 у Varitronix, PVC240202 у Picvue и тд. Необходимо учитывать, что контроллеры, устанавливаемые на ЖКИ-модули, могут иметь различные наборы символов, причем это может зависеть как от производителя контроллера, так и от модификации данной конкретной модели. Например, фирма Powertip выпускает ЖКИ-модули с четырьмя базовыми модификациями наборов символов: японской, европейской, французской и русской.
В выпускаемую фирмами номенклатуру графических ЖКИ-модулей входят модули, имеющие форматы матриц от 61X16 точек, до 320X240 точек. ЖКИ-модули различных форматов могут содержать разные контроллеры, отличающиеся функциональными возможностями и предельными размерами управляемой матрицы точек, либо совсем не содержать контроллера, а только микросхемы драйверов, требующие внешних схем развертки. Последнее в основном относится к крупноформатным ЖКИ-модулям: 256X128, 320X240 [52].
Основные области применения графических ЖКИ-модулей аналогичны областям применения алфавитно-цифровых: измерительные приборы, медицинское оборудование, промышленное оборудование, информационные системы. Кроме того, нужно отметить, что в области компактной индикации у графических ЖКИ-модулей фактически нет альтернативы. Интересен также вариант применения графических модулей фактически в качестве алфавитно-цифровых, но с увеличенным размером знаков (при малом количестве разрядов), чему способствует наличие достаточного количества ЖКИ-модулей с малоформатными матрицами и компактными габаритами, 2.3 Моделирование лицевых панелей с учетом теплового режима. Задачу автоматизированного выбора размеров ЛП с учетом теплового режима предлагается решать следующим образом.
Иерархический принцип построения и классификации конструкций РЭС позволяет при разработке тепловой модели учесть все энергетические воздействия, начиная от внешнего (окружающей среды) и кончая тепловыделением в каком-либо элементе, например, в кристалле интегральной схемы. Последовательно рассматривая все иерархические уровни конструкции, можно провести общее тепловое моделирование системы.
В работе [44] приведена обобщенная тепловая модель РЭА, в которой предусмотрены различные системы отвода тепла. Такое детальное представление тепловой модели возможно на поздних стадиях проектирования, когда имеется полная информация о разрабатываемой конструкции. На более ранних стадиях степень детализации тепловой модели может быть значительно ниже, а в нашем случае достаточно ограничиться тепловой моделью самого верхнего иерархического уровня, т.е. рассмотрением лишь корпуса и нагретой зоны, условно принимаемых в качестве изотермических областей модели.
На первом этапе формируются входные данные по конкретной разрабатываемой ЛП. Эта процедура предусматривает кодирование и ввод геометрических и физических параметров, необходимых для выполнения расчетов тепловых характеристик по инженерной методике. Потом происходит определение необходимых геометрических характеристик нагретой зоны. Затем определяются тепловые характеристики, и проводится сравнение с допустимыми значениями, которые заданы техническим заданием [19,20],
Алгоритмизация процедур оптимального проектирования лицевых панелей
Информационный фонд подсистемы проектирования ЛП организован в виде файловой и библиотечной системы, а также при помощи баз данных.
Интерфейс ПО построен с учетом принятой организации интерфейсов программ в системе Windows и представляет собой диалоговое окно с несколькими выпадающими окнами, на которых выполняется какая-либо из операций.
Панели и окна позволяют выполнять команды простым щелчком мыши на выбранной пиктограмме. Панели инструментов могут быть: плавающими (float) и закрепленными (dock) с фиксированным месторасположением. Плавающие панели могут перемещаться по графическому полю и менять размер, а закрепленные не могут изменять размер и перекрывать графическое поле. Плавающая панель может быть сделана закрепленной — для этого нужно перенести ее за пределы графического поля, закрепленная панель становится плавающей, если ее переместить в пределы графического поля.
Ввод координат возможен в виде абсолютных и относительных координат. Ввод абсолютных координат возможен в следующих форматах: прямоугольных (декартовых) координат (X, Y); полярных координат г А, где г — радиус, а А — угол от предыдущей точки, заданный в градусах против часовой стрелки. Команда SNAP позволяет привязать все точки к узлам воображаемой сетки с определенным пользователем шагом. Эту сетку можно сделать видимой при помощи команды GRID. Присутствие сетки позволяет быстро оцепить размеры фрагментов деталей чертежа, а также размещать ЭКУИ в ее узлах. Следует обратить внимание, что на некоторых командных кнопках системной панели в нижнем правом углу имеются небольшие треугольные стрелочки. Это означает, что такие кнопки соответствуют нескольким командам. Если навести на такую пиктограмму мышь и, нажав левую клавишу, удерживать ее некоторое время, то появится панель инструментов, называющаяся Toolbar Flyout (выносная панель), содержащая различные варианты исполнения выбранной команды. Продолжая удерживать кнопку мыши, проведите указателем стрелкой через кнопки, пока не достигнете требуемой. Отпустив кнопку мыши, вы запустите на исполнение соответствующую выбранной кнопке команду. Кнопка «Справка» позволяет проектировщику изучить основные функции, выполняемые подсистемой, ознакомиться с порядком функционирования подсистемы, а также получить необходимую информацию о входных, выходных данных и ограничениях, накладываемых на объект проектирования. В результате вызова данной функции справочный текст помещается в специальное диалоговое окно, в котором проектировщик в режиме скроллингового поиска может найти необходимую информацию. Работает также система всплывающих подсказок. Данные в подсистеме классифицируются следующим образом: - геометрические параметры; - режимные параметры; - параметры вывода результатов; - константы для расчетов; - значения переменных, полученные на промежуточных и окончательных расчетах; - текстовая и графическая информация. Интерактивный режим работы предполагает обмен сообщениями между пользователем и системой в соответствии с принятым языком диалога. Система моделирования, как правило, состоит из двух основных компонентов - базиса и управляющей системной части. Базис системы моделирования представляет собой библиотеку расчетных модулей, используемых в процессе проектирования. Для включения программ, осуществления управления, контроля и планирования вычислительного процесса, распределения ресурсов, ввода-вывода данных и других операций используется системное программное обеспечение (ПО), состоящее из операционной системы и базового ПО. В данном случае операционной системой является программа Windows. К базовому ПО относится система AutoCad. Программное обеспечение подсистемы моделирования и оптимизации лицевых панелей строится с использованием ключевых модулей системы AutoCad 2002 (2000) и представляет собой взаимосвязь программных модулей, процедур, функций, справочных файлов. При работе комплекса осуществляется постепенная инициация, и подключение модулей в зависимости от выполняемой задачи, что позволяет значительно сократить объем занимаемой оперативной памяти и время, затрачиваемое разработчиком на выполнение задач проектирования. ПО для проектирования ЛП включает в себя как модули самого AutoCad - графический пользовательский интерфейс; многозадачную среду проектирования Multiple Design Environmen (MDE); центр управления AutoCAD DesignCenter; менеджер свойств слоев Layer Properties Manager и т.д., так и модули разработанные специально для решения конкретной задачи: банк данных; модуль задания параметров графической модели ЛП и ее элементов; системное меню проектирования ЛП; модуль зонирования ЛП; библиотека модулей расчета и оптимизации; справочная система; модуль визуализации результатов; редактор формата чертежа (рис. 4.1). Многозадачная среда проектирования Multiple Design Environmen. полностью соответствует стандартам Microsoft Windows и повышает производительность и облегчает работу в системе. Центр управления AutoCAD DesignCenter(ADC) организует данные в логическую структуру и ускоряет работу с чертежами. Внешне он напоминает Windows Explorer и позволяет быстро находить, просматривать, вызывать и применять специфические компоненты чертежа (например, блоки, слои и типы линий) из открытых или закрытых файлов AutoCAD независимо от их местоположения (на локальных или удаленных дисках). Дополнительная автоматизация доступна для блоков: если блок и целевой чертеж имеют присвоенные единицы измерения, то блок автоматически масштабируется с тем, чтобы подстроиться под единицы измерения текущего чертежа. В ADC также входит мощный инструмент поиска, позволяющий отыскивать чертеж, используя информацию о его содержимом (название слоев или блоков, краткая информация о чертеже, дата выполнения и т.д.). Как только чертеж найден ADC, его можно загрузить (полностью или по отдельным компонентам) напрямую в текущий открытый чертеж. Таким образом, AutoCAD DesignCenter позволяет: выбирать информацию с локальных компьютеров, сетевых дисков и Internet; иметь прямой доступ к наиболее часто используемым проектным данным через закладку Favorites, создавая короткие ключи к файлам и директориям; осуществлять поиск по информации в блоке или описанию чертежа (Drawing properties — Summary); использовать окно предварительного просмотра файлов чертежей и растровых файлов; использовать окно описания выбранных компонентов чертежа; открывать файлы методом перетаскивания из дерева каталогов в текущий чертеж.
Структура программных средств подсистемы проектирования ЛП, интегрированной в систему AutoCAD
Программное обеспечение подсистемы проектирования ЛП выполнено на языке программирования Visual Basic for AutoCad на основе алгоритмов, предложенных выше. Проектирование ЛП начинается с ввода начальных данных. Для описания характеристик ЛП используются ее геометрические размеры, а также размеры зон и местоположение зон, обусловленных креплением панели к корпусу или креплением ручек к панели. Далее производится проверка теплового режима предполагаемой конструкции, диалог расчета выполнен в виде открывающихся окон.
По исходным данным (см. раздел 2.3) вычисляются площадь SPP ЛП под устанавливаемые элементы; внутренний объем корпуса VV; температура TZ перегрева нагретой зоны; коэффициент достижения максимально допустимой температуры перегрева нагретой зоны КТ. Далее находятся значения площади SP, необходимой для установки элементов, объем элементов VP па панели и объем блоков в корпусе VB. Проверяются значения KS, KV, КТ, если они выходят за экспериментально определенные пределы, то предлагается изменить геометрические входные данные. Для расчета температур перегрева используется методика ОСТ 4 ГО.012.002.
На начальном этапе решения задачи зонирования вводятся исходные данные о рассматриваемом корпусе и размещаемых элементах. Производится выборка из библиотеки устанавливаемых элементов, а вместе с ними -габаритные размеры, установочная площадь, возможные ограничения и т.д. Каждому элементу указывается его принадлежность к одной из зон. После ввода данных об ЭКУИ суммируются площади, занимаемые элементами каждой зоны, и определяются соотношения между ними. Если вариант зонирования не задан в исходных данных, то вызывается программа автоматического определения варианта зонирования. Она рассчитывает соотношения площадей и сравнивает их с границами доверительных интервалов, значения которых приведены в табл.2.1. После определения варианта зонирования ЛП вызывается подпрограмма расчета координат границ зон. Подпрограмма использует для определения границ зон методику, изложенную в разделе 2.4. Работа этой подпрограммы завершается проверкой выполнения следующих ограничений на размеры зон. Размеры зоны проверяются по максимальному размеру элемента. В случае нарушения ограничений выдаются соответствующие сообщения, и производится смещение границ зон, после чего выводятся результаты работы программы. Кроме того, установлено, что при соотношениях сторон панелей более 3:1 целесообразно вариант зонирования вводить извне.
В соответствии с изложенным в главе 3 для автоматизированного размещения ЭКУИ на плоскости панели, представляется возможным применить алгоритм компоновки, использующий в качестве оптимизационной процедуры метод адаптивного перебора локальных экстремумов. Исходные данные для работы алгоритма следующие: компоновочные параметры размещаемых элементов; размеры панели или соответствующей ее грани; шаг условной модульной сетки; координаты запретных областей; особые условия и ограничения; критерии качества компоновки. Структурная схема алгоритма размещения ВУЗ приведена в главе 3.
В качестве целевой функции размещения ЭКУИ может быть выбрана: - величина отклонения суммарной графической массы размещенных на панели элементов от ее композиционного (геометрического) центра, отнесенная к меньшему размеру лицевой панели; - равномерность условного эргономического поля, наводимого размещенными на панели элементами, выражающаяся отношением разности максимального и минимального потенциалов в узлах модульной сетки к минимальному значению потенциала; обобщенная функция, представляющая собой сумму двух предыдущих с учетом их весовых коэффициентов. Тип компоновки выбирается в системном меню: центрированная, равномерная или обобщенная. От выбираемого типа компоновки зависит вид целевой функции. Сущность метода последовательно-одиночного размещения ЭКУИ, позволяющего получать оптимальное размещение элементов на панели, состоит в следующем. Каждому ш размещаемых элементов присваивают номера, поставив в соответствие числа из натурального ряда, и, согласно последовательности номеров, осуществляют размещение элементов по одному. Определяются узлы модульной сетки, в которые можно помещать элемент с выполнением условия не пересечения его с ранее размещенными элементами. В каждом из этих узлов проводится расчет значения целевой функции. Из всех возможных местоположений размещаемого элемента выбирается узел модульной сетки с минимальным значением целевой функции. Элементу присваиваются координаты этого узла, остающиеся постоянными для рассматриваемого компоновочного варианта. Описанная процедура повторяется при размещении всех элементов последовательности, а признак окончания ее - полный перебор элементов. Затем проводится подсчет очередного значения целевой функции (т.е. локального экстремума), которое сравнивается с определенным ранее. При дальнейших расчетах сохраняется вариант компоновки с минимальным значением целевой функции. Следующий этап работы алгоритма - изменение мест Ьу элементов и повторение одного из циклов компоновки. При этом запоминаются удачные шаги по выбору целевой функции q,j, необходимый для дальнейшей работы. Из полученного ряда значений функции i)(J выбирается наилучшее и соответствующее эчому значению компоновочное решение лицевой панели по критерию качества. Это размещение является исходным для повторения нового цикла изменения другого количества h,j элементов последовательности A ;J , причем индекс j является счетчиком количества шагов по изменению \ц. Признаком окончания циклов по изменению h,j и работы алгоритма в целом является достижение h,j значения равного двум. Результатом работы алгоритма является такое компоновочное решение, целевая функция которого q,j минимальна. Таким образом, применение разработанной программной подсистемы позволяет оптимальным образом спроектировать ЛП. Разработанное программное обеспечение подсистемы проектирования ЛП прошло экспериментальную проверку и внедрено Воронежским научно-исследовательским институтом связи (в частности применялось при конструировании лицевой панели для УКВ- и KB- радиостанции), научно-техническим центром «Истэл» и в учебный процесс ВГТУ по специальности 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств». Соответствующие акты внедрения представлены в приложении 4.
