Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние проектирования РЭС и постановка задач исследования 15
1.1. Исследование особенностей РЭС и условий их эксплуатации 15
1.2. Анализ современных программных средств, используемых при проектировании РЭС 21
1.3. Проблемы проектирования РЭС с учетом дестабилизирующих факторов 33
1.4. Постановка задачи исследования 42
1.5. Выводы по главе 1 44
ГЛАВА 2. Разработка комплексной электронной модели рэс с учетом дестабилизирующих факторов ... 45
2.1. Информационные потоки, возникающие в процессе конструктореко-технологического проектирования РЭС 45
2.2. Представление комплексной электронной модели РЭС как совокупности разнородных физических процессов 55
2.3. Единое информационное пространство комплексной электронной модели РЭС 62
2.4. Методика обмена данными между компонентами комплексной электронной модели РЭС 66
2.5. Выводы по главе 2 71
ГЛАВА 3. Разработка структуры системы сквозного автоматизированного проектирования рэс с учетом дестабилизирующих факторов 73
3.1. Организация и структура системы сквозного автоматизированного проектирования РЭС 73
3.2. Разработка модулей обмена данными между подсистемами конструкторского проектирования и математического анализа РЭС 3.3. Вопросы технологической подготовки производства печатных узлов в рамках сквозного автоматизированного проектирования РЭС 88
3.4. Выводы но главе 3 95
ГЛАВА 4. Разработка методики проектирования и анализа рэс с учетом дестабилизирующих факторов 96
4.1. Структура методики 96
4.2. Методика обучения работе с системой сквозного проектирования РЭС при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе ВУЗов 100
4.3. Внедрение результатов диссертационной работы 102
4.4. Выводы по главе 4 104
Заключение 105
Список использованных источников
- Исследование особенностей РЭС и условий их эксплуатации
- Информационные потоки, возникающие в процессе конструктореко-технологического проектирования РЭС
- Организация и структура системы сквозного автоматизированного проектирования РЭС
- Методика обучения работе с системой сквозного проектирования РЭС при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе ВУЗов
Введение к работе
К современным радиоэлектронным средствам (РЭС) предъявляются повышенные требования по компактности, надежности, технологичности изготовления. Растет степень интеграции РЭС, все более ужесточаются режимы их эксплуатации. Конкурентоспособность вновь создаваемой радиоэлектронной продукции в определяющей степени зависит от оперативности и качества ее разработки. Особенно остро стоят эти проблемы при проектировании наиболее сложных РЭС, в особенности тех, которые подвергаются воздействию широкого спектра дестабилизирующих факторов.
При этом, несмотря на то, что в настоящее время уже широко используются автоматизированные методы проектирования и математического моделирования РЭС, при переходе на серийное производство изделий приходится проводить неоднократные испытания опытных образцов, выявлять дефекты, предпосылки к отказам, значительное время дорабатывать конструкцию.
Причиной этого в существенной мере является отсутствие методов сквозного проектирования РЭС, позволяющих уже на первичных этапах разработки охватить весь комплекс дестабилизирующих факторов (механических, тепловых, электромагнитных) способных вызвать нарушение работоспособности изделия в эксплуатации.
На текущий момент существует множество развитых средств проектирования РЭС, а также математического моделирования одновременно протекающих в РЭС и их элементах разнородных физических процессов, обусловленных как процессами функционирования РЭС и воздействием внешних факторов, так и процессами их износа и старения. Но применяемые в настоящее время в процессе проектирования РЭС пакеты прикладных программ, подсистемы и системы, такие как OrCAD , Protel 99SE, Design Lab, Microwave Office, MENTOR GRAFICS, Omega PLUS,
Polaris, BETA soft, ANSYS, PRAC, Reliabitili Manager (MENTOR GRAEICS) и др., не позволяют в полной мерс учитывать специфические особенности функционирования и конструкторско-технологического построения таких РЭС. Кроме этого, перечисленные программные продукты позволяют лишь в отдельных случаях частично учесть весь комплекс взаимосвязей физических процессов, протекающих в РЭС (электрических, тепловых, механических, электромагнитных и др.) и не способны обеспечить весь цикл сквозного проектирования РЭС с учетом комплексного воздействия дестабилизирующих факторов.
Современные САПР ориентированы, как правило, на решение одной, либо нескольких смежных задач цикла сквозного проектирования, что приводит к необходимости создания ряда электронных моделей РЭС и, как следствие, перехода от одной модели к другой на различных этапах разработки. Более того САПР различных предметных областей не имеют развитых стандартизированных методов обмена данными. В итоге это приводит не только к утере части информации, но и дублировании информационных потоков, повышает трудоемкость проведения изменений во всех электронных моделях РЭС, нарушает информационную целостность, не дает возможности охватывать в целом весь процесс проектирования изделия.
Поэтому, даже при использовании набора САПР, решающих отдельные задачи сквозного цикла проектирования РЭС, невозможно реализовать его в целом, поскольку в этом случае необходима специальная методика проектирования, которая должна основываться с основными принципами методологий СALS-технологий.
Построение отдельной САПР, включающей в себя все стадии сквозного цикла проектирования нецелесообразно. Это потребует значительных затрат как по разработке, так и по времени реализации. Также при проектировании зачастую не требуется полный анализ конструкции, и отдельные этапы разработки могут быть опущены. Более целесообразным выходом является
создание программного комплекса сквозного автоматизированного проектирования РЭС на базе уже существующих систем. Это возможно путем реализации единой электронной модели, оперирующей данными различного типа и взаимодействующей с различными САПР через линейку конверторов под управлением PDM-системы и преобразующей эти данные в стандартизированный вид для обеспечения последующих этапов жизненного цикла изделия.
Проблемы автоматизированного проектирования РЭС на основе исследования в них физических процессов в рамках методологий CALS-технологий рассматривались в работах Вермишева Ю.Х., Журавского В.Г., Зольникова В.К., Кечиева Л.Н., Кофанова Ю.Н., Норенкова И.П., Стрельникова В.П., Талицкого Е.Н., Увайсова С.У., Шалумова А.С., Сарафанова А.В. и др.
Так в работах профессора Вермишева Ю.Х. дана концепция CALS-технологий, рассмотрены вопросы внедрения CALS-технологий в промышленности. Особое внимание уделяется необходимости разработки и внедрения пользовательских интерфейсов, отсутствие которых, по его мнению, является основным препятствием на нуги введения в практику проектирования систем моделирования физических процессов в РЭС, являющихся неотъемлемой частью CALS-технологий.
Вопросам, связанным с разработкой программного обеспечения для реализации пользовательских интерфейсов, посвящены работы профессора Шалумова А.С, в которых он указывает на необходимость создания интерфейсов с CAD-системами проектирования РЭС.
В работах профессора Сарафанова А.В. сделана попытка систематизировать существующее программное обеспечения, методы и методики для последующего их использования при внедрении CALS-технологий в процесс проектирования РЭС.
Указанными авторами внесен значительный вклад в теорию и практику автоматизированного проектирования и математического моделирования РЭС. Однако еще остаются открытыми проблемы разработки структуры программного комплекса сквозного автоматизированного проектирования РЭС с учетом дестабилизирующих факторов с учетом CALS-технологий, разработки и реализации методов обмена данными между компонентами электронной модели РЭС.
Поэтому, существует научная проблема по интеграции методов автоматизированного проектирования и математического моделирования в единую, электронную модель РЭС и созданию на ее основе структуры сквозной интегрированной САПР РЭС в соответствии с принципами CALS-технологий. Существует необходимость разработки программных продуктов, позволяющих осуществлять интеграцию CAD и САЕ-систсм в рамках единого сквозного цикла проектирования РЭС.
Цель диссертационной работы. Повышение эффективности разработки РЭС за счет применения комплексной электронной модели РЭС с учетом дестабилизирующих факторов в соответствии с принципами CALS-технологий.
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
1. Разработка комплексной электронной модели РЭС с учетом дестабилизирующих факторов. С этой целью проводится:
исследование информационных потоков, возникающих в процессе конструкторско-технологического проектирования и математического анализа РЭС;
выделение макромоделей физических процессов, протекающих в РЭС и систематизация их параметров с применением аппарата системного анализа;
интеграция макромоделей отдельных физических процессов в рамках комплексной электронной модели;
разработка метода обмена данными между компонентами комплексной электронной модели РЭС.
2. Разработка структуры системы сквозной интегрированной САПР
РЭС с учетом дестабилизирующих факторов. Для этого
необходимо:
создание структуры системы сквозной интегрированной САПР РЭС;
разработка алгоритмов прямой и обратной передачи данных между компонентами САПР;
разработка модулей обмена данными между подсистемами конструкторского проектирования и математического анализа РЭС.
Разработка методики проектирования и анализа РЭС с учетом дестабилизирующих факторов
Экспериментальная проверка разработанной методики.
Разработка методики обучения работе с системой сквозного проектирования РЭС при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе вузов.
Внедрение результатов диссертационной работы.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы
были использованы: теория математического моделирования; общая теория
систем; теория структурного анализа; теория систем автоматизированного
проектирования; методы вычислительной математики; методы и алгоритмы
построения трансляторов; методы объектно-ориентированного
программирования.
Научная новизна результатов работы: 1. Разработана комплексная электронная модель сквозного
автоматизированного проектирования РЭС с учетом
дестабилизирующих факторов, включающая в себя макромодели различных физических процессов, протекающих в РЭС, взаимодействующих в едином информационном пространстве, позволяющая обеспечить требования НТД и осуществлять сквозное проектирование в соответствии с принципами СALS-технологий.
Разработана методика обмена данными между компонентами комплексной электронной модели РЭС, отличающаяся возможностью осуществлять интерактивную передачу выделенного набора множеств данных, необходимых для работы целевого компонента в зависимости от степени детализации и специфики предметной области решаемой задачи, а также производить корректирование исходной электронной модели но результатам работы каждого из компонентов.
Разработана структура программного комплекса сквозной интегрированной САПР РЭС с учетом дестабилизирующих факторов на базе комплексной электронной модели РЭС, отличающаяся возможностью проведения сквозного проектирования с учетом комплексного воздействия дестабилизирующих факторов.
Разработана методика применения комплексной электронной модели РЭС в процессе конструкторского и технологического проектирования, позволяющая повысить эффективность автоматизированного проектирования РЭС, стойких к воздействиям дестабилизирующих факторов.
Практическая значимость. Разработанная комплексная электронная модель РЭС и методика ее применения в процессе проектирования позволяют повысить эффективность процесса конструкторско-технологического проектирования в составе жизненного цикла изделия. В итоге это дает повышение качества проектирования и, как следствие, снижение сроков и экономию материальных ресурсов при внедрении изделия в серийное производство.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертации модель и методики использовались при выполнении следующих работ в течение 2001-2004 г.г.: «Разработка конструкций бортовых вычислительных машин БЦВМ-386, БЦВМ-486-2, БЦВМ-486-6 и устройства преобразования и коммутации телевизионных сигналов БПКТС-01» (Рамснскос проектно-конструкторское бюро, г. Раменское), «Разработка изделия типа БНК-3» (ГУП КБ информатики гидроакустики и связи «Волна», г. Москва), «Разработка считывателя бесконтактных карт» (ЗАО «Протон», г. Ковров). Внедрение результатов работы подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Международной научно-технической конференции «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (г, Ульяновск, 2001 г.), Международной научно-технической конференции "Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий" (г. Сочи, 2002 г.), Российской научно-технической конференции «Информационные технологии в проектировании, производстве и образовании» (г. Ковров, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов "Современные проблемы радиоэлектроники" (г, Красноярск, 2002 г.), а также были использованы в научном проекте «Интеїрация систем автоматизированного проектирования и комплексного компьютерного моделирования радиоэлектронной аппаратуры в рамках CALS-тсхнологий» подготовленном Владимирской областной общественной организацией «Союз молодых ученых» и получившем серебряную медаль на V Московском международном салоне инноваций и инвестиций.
Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 11 научных работ, втом числе 2 статьи.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы, включая 10 рисунков (10 стр.), 3 таблицы (12 стр.), список использованных источников из 104 наименований (12 стр.) и 18 стр. приложений, составляет 148 стр. машинописного текста.
В главе 1:
1. На основе анализа проблем проектирования конструкций РЭС с учетом
дестабилизирующих факторов и анализа современных
автоматизированных систем, используемых при проектировании РЭС,
обосновывается необходимость создания комплексной электронной
модели РЭС, которая позволила бы обеспечить:
многовариантное конструирование;
учет на этапе проектирования дестабилизирующих воздействий на конструкцию РЭС как при изготовлении, так и при эксплуатации;
обеспечение сквозного конструкторско-технологического цикла проектирования РЭС.
2. Проведен анализ дестабилизирующих факторов, влияющих на РЭС как
в процессе производства, так и в эксплуатации. Выделены наиболее
существенные факторы. На основании данного анализа показано, что
проектирование конструкций РЭС с учетом дестабилизирующих
факторов осложнено следующими обстоятельствами:
большими материальными и временными затратами;
постоянным ростом интенсивности различных воздействий -тепловых, механических, электромагнитных;
многообразием видов воздействий;
комплексным характером приложения воздействий различной природы, приводящим к их взаимному влиянию;
случайным характером разброса параметров.
Проведен анализ функциональных возможностей программных средств, применяемых при разработке РЭС, который показал, что их комплексное применение не позволяет в полной мере обеспечить цикл сквозного проектирования РЭС. Методическое и информационное обеспечение указанных программных средств ориентируются на их автономное использование. Существующие методы обмена данными между различными программными системами недостаточны для организации сквозного проектирования.
Сформулированы цель и основные задачи, составляющие предмет исследования в настоящей работе.
В главе 2:
Проведен анализ и систематизация информационных потоков, возникающих в процессе проектирования и математического анализа РЭС.
Систематизированы макромодели основных физических процессов, протекающих в РЭС.
Разработана комплексная электронная модель РЭС, включающая макромодели отдельных физических процессов:
определены связи между множествами входных воздействий, выходных характеристик и множествами внутренних модельных параметров отдельных подмоделей интегрированных в комплексную электронную модель;
выделены отдельные подмножества внутренних модельных параметров, что позволило представить каждую подмодель уравнениями в операторном виде.
4. Разработана методика обмена данными между компонентами
комплексной электронной модели РЭС, отличающаяся возможностью
Исследование особенностей РЭС и условий их эксплуатации
В процессе анализа современных радиоэлектронных средств, проведенного в рамках диссертации, были выделены основные характеристики РЭС как объекта проектирования:
1. РЭС имеют высокие удельные массогабаритные характеристики. Для отдельных устройств, таких, например, как источники вторичного электропитания (ИВЭП) удельная мощность может достигать 600-800 Вт/дм3 [27].
2. Прослеживается тенденция повышения показателей надежности и качества [30].
3. РЭС характеризуются сложными алгоритмами функционирования, что объясняется наличием в них достаточно большого количества устройств автоматики, которые выполняют как сервисные функции (например, защита устройств и отдельных элементов от бросков тока и/или тепловой перегрузки; подключение резервных элементов, узлов или трактов на основе результатов автоматического диагностирования), так и функции управления отдельными узлами и устройствами РЭС в зависимости от динамики передвижения объекта, на котором базируется РЭС (например, управление узлами системы электропитания совместно с комплексом приемопередающей аппаратуры ИСЗ на различных участках трассы).
4. РЭС подвергаются широкому спектру воздействия дестабилизирующих факторов (см, табл. 1.1) [1]. В общем случае РЭС должны функционировать в условиях воздействия на них, динамически изменяемых в зависимости от траектории движения или явлений окружающей среды; электрических, магнитных, электромагнитных полей; широкого спектра механических и климатических воздействий.
5. В состав РЭС входят как цифровые устройства (устройства автоматики, телеметрии, цифровой обработки сигналов и т.п.), так и аналоговые и гибридные устройства (устройства электропитания, приемопередающие устройства, устройства навигации, усилительные и измерительные устройства и т.д.), которые работают в широком интервале частот (от единиц Гц до ГГц), напряжений (от десятых долей вольт до киловольт) и токов (от тА до сотен ампер).
6. В конструкторско-технологическом плане РЭС имеют широкий спектр реализаций, которые базируются на различных принципах конструирования: моносхемном; функционально-блочном; функционально-модульном; функционально-узловом. В связи с жесткими требованиями к массогабаритным характеристикам, а также наличием различных типов устройств в РЭС широко применяются последние достижения интегральных и гибридно-интегральных технологий [27, 71], которые, в свою очередь, способствуют ускорению освоения технических достижений в области создания перспективных радиотехнических средств. В ряде случаев одно и то же устройство РЭС может иметь принципиально различное конструктивное построение.
7. Широкий спектр дестабилизирующих факторов [1] и высокие требования к надежности приводят к необходимости использовать специальные схемно-конструкторско-технологические решения, связанные с обеспечением электрических, электромагнитных, тепловых, аэродинамических, надежностных и др. характеристик РЭС. Так, например, в практике разработки РЭС применяются специальные схемотехнические решения [13, 27, 30, 47, 79, 80], направленные на обеспечение отказоустойчивости, стойкости к электромагнитным полям, теплоустойчивости отдельных элементов, узлов или целых устройств.
Например, отказоустойчивость схемы [13] (вероятность сохранения работоспособности устройства при п отказах R(n) P(F—l/An), где F -функция работоспособности устройства (F- 1 - устройство работоспособно; F— 0 - устройство неработоспособно); А„ - событие, состоящее в появлении и отказов в устройстве) обеспечивается за счет введения специальных аппаратно-программных средств, позволяющих: ? выявлять нарушение работоспособности отдельных ЭРЭ устройства; ? локализовать возникшие отказы; ? восстанавливать работоспособность устройства за счет изменения его структуры (реконфигурации); ? устранять в устройстве последствия отказа и осуществлять проверку правильности восстановления работоспособности.
Обеспечение стойкости РЭС к электромагнитным излучениям (ЭМИ) на схемотехническом уровне осуществляется за счет [10, 13, 14, 47, 79, 80]: гальванической развязки по цепям питания и заземления; устранения сквозных токов в полупроводниковых приборах; включения в силовые кабельные цепи питания газовых разрядников и специальных фильтров; введения для отдельных элементов специальных схем защиты от перегрузок по току и напряжению и т.д.
Теплоустойчивость отдельных узлов и элементов на схемотехническом уровне обеспечивается [13, 27] посредством введения термокомпенсирующих цепей; изменения (снижения) частоты переключения мощных полупроводниковых приборов и т.д.
В процессе конструкторско-технологичсской проработки РЭС используются: специальные защитные (от ИИ и ЭМИ) экраны [14, 47, 79, 80] как на уровне отдельных элементов, так и на уровне приборов и целых отсеков; микрохолодильники и устройства с плавящимся веществом; радиокомионенты с прозрачными для ИИ корпусами; специальные системы контуров из тепловых шин, тепловых труб и теплостоков [17, 23, 27, 71]; вибропоглощающие материалы; разветвленные системы воздуховодов [71]; термостатирующис плиты и контуры с водяным охлаждением [71]; амортизационные платформы [18]; специальные методы компоновки узлов и приборов в целом [10, 14, 79].
Информационные потоки, возникающие в процессе конструктореко-технологического проектирования РЭС
Процесс разработки РЭС в целом строится на основе набора типовых проектных процедур [64]. Количество процедур и их последовательность определяются как спецификой РЭС, так и методологией проектирования, которая в настоящее время должна базироваться на системных принципах проектирования [16, 18, 64].
В общем виде процесс и базовые процедуры проектирования РЭС представлены на рис.2.1. Характер и состав информационных потоков, возникающих при проектировании, определяется в общем случае векторами электрических характеристик схемы, геометрических параметров конструкций разных уровней исполнения РЭС и физических параметров конструктивных узлов. На рис. 2.1 также условно изображены информационные потоки, которые отражают как требования ТЗ к определенным характеристикам и показателям РЭС (например, электрическим, надежностным, массогабаритным и т. д.), так и уровень дестабилизирующих факторов (например, температурные и механические воздействия и т. д.).
На заключительном этапе маршрута после итеративных расчетов осуществляется автоматизированный выпуск комплекта конструкторской документации (КД), например, средствами систем AutoCAD, КОМПАС на проектируемое устройство и проводится технологическая подготовка производства (ТПП).
В процессе ТИП может возникнуть ряд параметров, определяемых конкретной технологией производства и оборудованием, влияющих на конструктивные параметры (плотность монтажа, ограничения на элементную базу, введение технологических конструктивов - отверстий, точек контроля, элементов наладки и т.д.).
Рассмотрим подробнее маршрут автоматизированного проектирования РЭС нестационарного исполнения (рис. 2.2). Предполагается, что РЭС выполняется в виде блока, который, в свою очередь, содержит ряд конструктивных узлов (печатные узлы, функциональные ячейки, узлы радиаторов, микросборки). На приведенном маршруте проектные процедуры представляются в виде блоков, а связи между ними, реализующие системные принципы, отображаются в виде различных информационных потоков. Рассматриваемый маршрут охватывает как процедуры топологического проектирования, так и процедуры исследования средствами математического моделирования в РЭС разнородных физических процессов - электрических, тепловых, электромагнитных, механических, де градационных и т. п.
На начальном этапе маршрута проектирования выполняется процедура предварительного моделирования электрических процессов, протекающих в схеме РЭС. Процедура моделирования может осуществляться на основе методических подходов, изложенных в [64], при помощи таких программных средств, как OrCAD 9.1, Protel 99SE, MENTOR GRAPHICS и др. Результаты моделирования (вектор электрических характеристик (ЭХ), карты режимов работы ЭРЭ и пр.) сравниваются с требованиями технического задания (ТЗ) к электрическим характеристикам, которые содержатся в информационном потоке ДТЗІ- Учитывая неопределенность некоторых данных на рассматриваемом этапе (отсутствие информации о локальных температурах ЭРЭ, отсутствие данных о значениях, например, паразитных параметров печатного монтажа и т. п.), их значения задаются в первом приближении.
Исходя из результатов моделирования электрических характеристик разрабатываемого РЭС, требований к параметрам конструкции (если задаются в ТЗ), а также уровня тепловых и механических воздействий, осуществляется предварительная разработка конструкции проектируемого устройства. В процессе разработки конструкции решаются, например, следующие задачи: компоновка электрической схемы в типовые конструктивные узлы (разрезание схемы на части) [103]; размещение конструктивных узлов, например в блоке, с учетом аэродинамических (гидравлических), тепловых, электромагнитных и механических характеристик; определение параметров корпуса блока, исходя из действующих на него дестабилизирующих факторов, а также требований к массогабаритным и удельным характеристикам (обычно задаются в ТЗ или ЧТЗ (информационный поток Дтзі) и т. п. [48].
Для разработанного первоначального варианта конструкции РЭС моделируется ее аэродинамический и тепловой режимы при помощи соответствующих программных средств, например, таких как Beta soft, "АСОНИКА-ТМ" , Thermal Designer 98, Auto Flow, и инженерных методик [24, 104]. Для анализа теплового и аэродинамического режимов используются макромодели и модели конструкции верхнего уровня конструктивной иерархии, т. е. осуществляется контроль аэродинамических, гидравлических и тепловых характеристик на уровне конструкции самого верхнего уровня иерархии (стойки, блока или микроблока). В потоке исходной информации для моделирования тепловых и ародинамических режимов могут быть использованы данные ТЗ (информационный поток Дтзз), в качестве которых могут выступать: воздействующие температуры и их временные диаграммы; допустимые переіреиьі или интегральные температуры отдельных конструктивных узлов или ЭРЭ; вид охлаждения и его параметры и т.п.
Организация и структура системы сквозного автоматизированного проектирования РЭС
Сквозная САПР РЭС с учетом дестабилизирующих факторов является средством поддержки комплексной электронной модели и, в соответствии с принципами CALS-идеологии, должна удовлетворять следующим требованиям: ? обеспечивать возможность параллельного проектирования; ? обеспечивать управление конфигурацией изделия; ? обеспечивать преобразование информации, получаемой из различных источников в стандартный электронный вид.
Рассмотрим эти требования подробнее.
Электронная модель изделия и средства ее поддержки должны обеспечивать возможность параллельного проектирования. Это означает, что информация, полученная на очередном этапе проектирования, немедленно должна стать доступной для решения других задач.
РЭС характеризуется многовариантным составом и конфигурацией, означающее, что изделие может иметь несколько модификаций в соответствии с требованием покупателя, может состоять из различных элементов в зависимости от условий производства, рынка и материально-технического снабжения.
Стандарт ISO 10303-203 определяет представление конструкторских данных об изделии согласно концепции управляемой конфигурации. Термин «управляемая конфигурация» означает возможность определения комплектации изделия в зависимости от условий проектирования, производства или заказа. Согласно стандартам обеспечения качества ISO серии 9000, поставщик обязан предоставить потребителю возможность выбора комплектации изделия.
В процессе проектирования электронная модель изделия наполняется данными, при этом не все данные могут быть получены сразу в желаемом виде. Средства поддержки должны обеспечивать преобразование информации, получаемой из различных источников, в стандартизованную форму.
В общем случае информация об изделии может быть получена из следующих источников: - непосредственно в формате STEP из CAD, САМ, САЕ-систем; - преобразованием форматов электронных данных, полученных в различных автоматизированных системах; - путем сканирования бумажной документации и перевода ее в электронный вид. Как правило, это чертежи и текстовые документы: пояснительные записки, отчеты и т.д.
Структура системы сквозного автоматизированного проектирования РЭС в соответствии с принципами организации единого информационного пространства комплексной электронной модели РЭС, рассмотренных в разделе 2.3, может быть представлена в виде, приведенном на рис. 3.1.
Взаимодействие разработчика с САПР в процессе проектирования осуществляется под управлением PDM-систсмы, которая организует вызов соответствующих проблемно ориентированных подсистем, управление базой данных и базой знаний, формирование структуры комплексной электронной модели.
Проектные работы осуществляются с применением CAD, САМ, САЕ-систем. Результатом работы являются иерархическая структура изделия, функциональные и принципиальные схемы, геометрическая модель, подмодели физических процессов и т.п.
Расчетная часть проекта может быть использована при проведении математического анализа, а также экспертной системой при выполнении ряда эвристических процедур. Взаимодействие указанных систем между собой и с PDM-системой осуществляется межмодульными интерфейсами обмена данных.
Поскольку процесс разработки содержит эвристические процедуры (принятие решении, внесение изменений), то состав САПР может входить экспертная система.
На рис. 3.2. приведена схема конкретной реализации САПР РЭС и ее работы. Компонентами сквозной САПР РЭС являются существующие программные системы, каждая из которых специализирована на решении задач в одной либо смежных областях цикла проектирования.
1. С помощью специального графического редактора вводится электрическая схема. Она сохраняется в базе данных проектов в PDM-системе и передастся в виде файла в систему анализа электрических схем PSpice и в систему размещения и трассировки печатных плат PCAD.
2. Из системы размещения и трассировки печатных плат PCAD выходной pcb-файл сохраняется в PDM-системе, а также передастся в системы AUTOCAD, КОМПАС, ProEngineer, SoIidWorks для создания чертежей. Чертежи также сохраняются в PDM-системе.
3. Чертежи шкафов и блоков и спецификации к ним передаются из PDM-системы в подсистему анализа механических процессов в шкафах и блоках РЭС АСОНИКА-М (1). Полученные в результате моделирования напряжения, перемещения и ускорения в конструкциях шкафов и блоков сохраняются в PDM-системе (2).
Методика обучения работе с системой сквозного проектирования РЭС при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе ВУЗов
Следующие факторы влияют па ускорение процесса освоения методики сквозного проектирования РЭС: 1) использование терминологии доступной проектировщику на конкретном этапе разработки; 2) включение в САПР алгоритмов, определяющих направление анализа в зависимости от типа конструкции и видов воздействий; 3) наличие сервисных возможностей в виде графического ввода-вывода, окон помощи и баз данных.
Все это значительно упрощает построение методики обучения. Имеется проект учебной системы, позволяющей в интерактивном режиме запускать соответствующие компоненты интегрированной САПР РЭС, при необходимости, выводить контекстную справку с пояснением на реальных примерах основных приемов работы. Процесс обучения включает следующие этапы: 1. Изучение описания процесса сквозного проектирования РЭС и получение необходимых теоретических сведений о типах конструкций РЭС, видах дестабилизирующих факторов. 2. Самоконтроль полученных знаний. Переход к п. 1 в случае неудовлетворительных результатов самоконтроля. 3. Изучение основ работы с программами анализа электрической схемы устройства. 4. Самоконтроль полученных знаний. Переход к п. З в случае неудовлетворительных результатов самоконтроля! 5. Изучение основ работы с программами теплового и механического анализа РЭС. 6. Самоконтроль полученных знаний. Переход к п, 5 в случае неудовлетворительных результатов самоконтроля, 7. Изучение теоретических основ надежности РЭС. 100 8. Изучение системы расчета надежностных характеристик. 9. Самоконтроль полученных знаний. Переход к п. 7,8 в случае неудовлетворительных результатов самоконтроля. Ю.Изучснис описания базы данных. Изучение приемов работы с базой данных - просмотр, создание и редактирование материалов, ЭРЭ. 11.Самоконтроль полученных знаний. Переход к п. 10 в случае неудовлетворительных результатов самоконтроля, 12.Изучение основ работы с PDM-системой. 13.Самоконтроль полученных знаний. Переход к п. 12 в случае неудовлетворительных результатов самоконтроля. 14. Проведение расчета на комплексное воздействие дестабилизирующих факторов тестового примера конструкции РЭС. Анализ полученных результатов.
Опыт преподавания в вузе показывает, что среднему студенту для получения основных навыков работы со сквозной САПР РЭС необходимо пройти пять-шссть двухчасовых занятия. Для опытных конструкторов эта цифра примерно в два раза меньше.
Разработанные в диссертации модель и методики использовались при выполнении следующих работ в течение 2001-2004 г.г.: «Разработка конструкций бортовых вычислительных машин БЦВМ-386, БЦВМ-486-2, БЦВМ-486-6 и устройства преобразования и коммутации телевизионных сигналов БПКТС-01» (Раменское проекти о-конструкторское бюро, г. Раменское), «Разработка изделия типа БНК-3» (ГУП КБ информатики гидроакустики и связи «Волна», г. Москва), «Разработка блока считывания бесконтактных карт MCR-181 и блока управления средствами контроля доступа SRC-181» (ЗАО «Протон», г.Ковров). Внедрение результатов работы подтверждено соответствующими актами.
В течение 2000-2002 г.г проведена работа по автоматизации технологической подготовки производства печатных плат на предприятии ООО «НТЦ-АВТО» (г. Ковров).
Система P-CAD предоставляет широкие возможности для формирования управляющих файлов фотоплоттера и перфоратора. Но, форматы управляющих файлов привязаны к современному зарубежному оборудованию, поэтому для адаптации к имеющемуся в наличии отечественному, а также импортному оборудованию более раннего выпуска (которое имеется в достаточном количестве, как у нас, так и на большинстве российских предприятий) их приходится преобразовывать. Возникавшие в начале внедрения системы P-CAD определенные трудности были обусловлены обеспечением ее взаимодействия с имеющимся оборудованием. Для решения этих вопросов был создан ряд конверторов, позволяющих преобразовывать выходные управляющие файлы. Их внедрение разрешило указанные противоречия и оправдало себя в первый же квартал применения.
Для организации производства и определения экономических показателей, требуются точные расчеты технологических норм. Исходными данными при этом являются габаритные размеры платы (групповой заготовки), количество и номенклатура отверстии, площади металлизации слоев платы и отверстий. Система P-CAD может выдавать статистические данные о размерах платы, номенклатуре и количестве применяемых отверстий. Подсчет площади металлизации слоев обеспечивает система технологической подготовки печатных плат САМ350.
С целью определения технологических режимов и расхода материалов при металлизации отверстий необходимы данные об их площади металлизации. Система P-CAD для пользователей предоставляет инструмент обмена данными со сторонними утилитами - DBX (Database Exchange Programmer s Interface - программный интерфейс обмена с базой данных). Этот интерфейс предоставляет широкие возможности для считывания параметров и изменения конструктивов платы непосредственно в ходе работы над проектом. Посредством применения данного средства была создана утилита, позволяющая подсчитывать площадь металлизации в отверстиях непосредственно в самой системе P-CAD.
