Содержание к диссертации
Введение
1 Системы автоматизации проектирования и подготовки производства радиоэлеткронных модулей и задачи исследования 12
1.1 Интеллектуальная система поддержки принятия оптимальных технических решений на этапах предпроектных работ 12
1.2 Системы автоматизированного проектирования и подготовки производства печатных плат и радиоэлектронных модулей 16
1.3 Структура маршрута оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей 23
1.4 Цель и задачи исследования 25
2 Структура математического обеспечения оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей 27
2.1 Состав математического обеспечения 27
2.2 Математические модели гибридной интеллектуальной системы поддержки принятия оптимальных предпроектных технических решений 28
2.3 Математические модели конструкторско-технологической оптимизации выбора электрорадиоэлементов 40
2.4 Математические модели конструкторско-технологической оптимизации изготовления печатных плат радиоэлектронных модулей 51
2.5 Математические модели конструкторско-технологической оптимизации изготовления радиоэлектронных модулей 65
2.6 Математические модели конструкторско-технологической оптимизации процесса влагозащиты радиоэлектронных модулей 84
2.7 Математические модели оптимизации процессов контроля радиоэлектронных модулей в производстве 89
2.8 Основные выводы главы 92
3 Разработка алгоритмов оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей 93
3.1 Алгоритмы функционирования гибридной интеллектуальной системы поддержки принятия оптимальных технических решений на этапах предпроектных работ 93
3.2 Алгоритм конструкторско-технологической оптимизации выбора электрорадиоэлементов 99
3.3 Алгоритм конструкторско-технологической оптимизации технологической системы изготовления печатных плат 101
3.4 Алгоритм конструкторско-технологической оптимизации технологической системы изготовления радиоэлектронных модулей 104
3.5 Алгоритм конструкторско-технологической оптимизации процесса влагозащиты радиоэлектронных модулей 110
3.6 Основные выводы главы 111
4 Информационное и программное обеспечение комплекса оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей 112
4.1 Информационное обеспечение 112
4.2 Состав и структура программного обеспечения 112
4.3 Применение программного обеспечения 113
4.4 Эффективность программного обеспечения по результатам внедрения 124
4.5 Основные выводы главы 124
Заключение 125
Список литературы 127
Приложения 138
- Системы автоматизированного проектирования и подготовки производства печатных плат и радиоэлектронных модулей
- Математические модели гибридной интеллектуальной системы поддержки принятия оптимальных предпроектных технических решений
- Алгоритм конструкторско-технологической оптимизации выбора электрорадиоэлементов
- Эффективность программного обеспечения по результатам внедрения
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время процессы проектирования и подготовки производства современных радиоэлектронных модулей (РМ), являющихся конструктивной базой практически всех типов радиоэлектронных средств (РЭС), представляют собой комплекс разноплановых задач высокого уровня сложности, требующие значительных временных и материальных затрат. Жесткая рыночная конкуренция, высокие темпы развития элементной базы и материалов, модернизация технологий изготовления, повышение функциональности и надежности РЭС в сочетании с постоянным улучшением их конструкций и эргономики приводят к сокращению периода востребованности любого электронного изделия на рынке радиоэлектронной аппаратуры. Вследствие этого с целью обеспечения конкурентоспособности на всех этапах создания РМ все более широкое распространение получают САПР. На сегодняшний день САПР, позволяющие выполнять такого рода задачи, очень дороги и специфичны, что ведет к трудоемкости внедрения и подстройке под конкретное производственное предприятие. Все это делает многие из этих средств недоступными для многономенклатурных малых и средних предприятий отрасли, тем самым снижается эффективность работы производства, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на уровне выпускаемых изделий.
Учитывая вышесказанное, целесообразна разработка
автоматизированных средств, обеспечивающих оптимальное проектирование конкурентоспособных РМ, учитывающее качественные маркетинговые исследования, решение разнообразных оптимизационных конструкторско-технологических задач при разработке электрических схем, проектировании печатных плат и конструкций модулей, а также позволяющего определить конкурентоспособность проектируемого изделия на- различных стадиях проектирования, в том числе на стадии предпроектных работ. При этом
проектирование обеспечивает учет нескольких возможных сценариев работы производства предприятия.
Актуальность темы диссертации определяется необходимостью разработки соответствующих математических моделей и алгоритмов, программного и информационного обеспечения для оптимального проектирования конкурентоспособных РМ. Разработанные методы позволят осуществлять оптимизацию элементной базы и оборудования, материалов и инструмента с учетом множества конструкторско-технологических критериев и ограничений, позволят формировать оптимальные технологические процессы на различных этапах создания РМ и др., что, в свою очередь, повысит качество и скорость их изготовления, снизит себестоимость производимой продукции и как следствие повысит конкурентоспособность.
Работа выполнена в соответствии с одним из основных научных направлений ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «САПР и системы автоматизации производства», а также в рамках ГБ НИР 2004.17 «Методы исследования и повышения надежности и качества при проектировании радиоэлектронных устройств и систем».
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка математических моделей, алгоритмов, программного и информационного обеспечения комплекса оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
провести анализ этапов созданияv радиоэлектронных модулей, выявить взаимосвязи и особенности работы, каждого из этапов, разработать соответствующие процедуры;
провести* анализ систем автоматизированного конструкторско-технологического проектирования и подготовки производства
радиоэлектронных модулей;
разработать структуру, модели и алгоритмы интеллектуальной системы оптимизации принятия предпроектных технических решений;
разработать структуру маршрута и состав проектных процедур
оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных
*
модулей, а также соответствующего математического обеспечения;
сформировать комплекс математических моделей и алгоритмов оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей, включающий в себя конструкторско-технологическую оптимизацию выбора электрорадиоэлементов, изготовления печатных плат и радиоэлектронных модулей, а также процесса нанесения влагозащитного покрытия и операций контроля модулей;
разработать структуру и конфигурацию, а также соответствующие процедуры информационного обеспечения элементной базы, оборудования, материалов, инструмента и схем технологических процессов изготовления радиоэлектронных модулей;
реализовать предложенные модели, алгоритмы и методики в программно-методическом комплексе конструкторско-технологической оптимизации радиоэлектронных модулей.
Методы исследования. При выполнении работы использованы основные положения и методы теории автоматизированного проектирования, теории организации и подготовки производства, математического моделирования, объектно-ориентированного программирования, теории множеств, исследования операций и принятия решений, теории алгоритмов, оптимизации и математического программирования, элементов теории статистических вычислений, ' теории интеллектуальных систем и генетических алгоритмов.
Научная новизна, результатов исследования. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
структура маршрута оптимального проектирования
конкурентоспособных радиоэлектронных модулей, состав соответствующих проектных процедур и математического обеспечения, отличающиеся комплексным подходом к решению задач конструкторско-технологической оптимизации на различных этапах создания радиоэлектронных модулей и использованием гибридной интеллектуальной системы на этапах принятия предпроектных технических решений;
структура и алгоритмы работы интеллектуальной системы оптимизации принятия предпроектных технических решений, отличающиеся сочетанием экспертной подсистемы, использующей нечеткие логические модели знаний, экспертной подсистемы на основе искусственных нейронных сетей и экспертной подсистемы, в которой заложены продукционные модели знаний;
комплекс математических моделей оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей, обеспечивающий многокритериальную конструкторско-технологическую оптимизацию модулей с учетом параметров элементной базы на основе различных критериев и ограничений, оптимизацию процессов изготовления печатных плат и радиоэлектронных модулей, процесса нанесения влагозащитного покрытия и операций контроля на различных стадиях изготовления радиоэлектронных модулей;
методики и алгоритмы оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей, отличающиеся использованием статистического метода в сочетании с градиентными методами и использованием метода исследования пространства параметров на этапе оптимизации выбора элементной базы изделий; а также использованием генетических алгоритмов при решении оптимизационных задач на этапах конструкторско-технологической оптимизации печатных плат и радиоэлектронных модулей.
Практическая значимость работы. На основе предложенных математических моделей и алгоритмов разработано программное и информационное обеспечение комплекса конструкторско-технологической оптимизации РМ, с помощью которого осуществляется многокритериальная оптимизация конструкций модулей, повышается эффективность процессов изготовления печатных плат и РМ, а также процесса влагозащиты модулей и операций контроля. В результате чего повышается конкурентоспособность модулей, при .снижении их себестоимости и сокращении сроков выхода изделий на рынок.
Внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы в виде методик и автоматизированного комплекса конструкторско-технологической оптимизации РМ внедрены на предприятиях города Воронежа, а именно: ЗАО «Воронежский конденсаторный завод» и ОСП ЗАО «ИРКОС», что позволило на отдельных операциях технологических процессов указанных производств оптимизировать выбор оборудования и материалов, сократив при' этом затраты на изготовление выпускаемой продукции при. требуемом' уровне качества. Также результаты работы внедрены в учебный процесс ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» по дисциплине «Технология РЭС» для студентов специальности 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств».
Апробация работы. Основные положения и результаты
диссертационной работы докладывались и обсуждались на' следующих
конференциях, совещаниях и семинарах: Международной научной
конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж,
2006); Международной конференции «Системные проблемы надежности,
качества информационных и электронных технологий» (Сочи, 2006-2009);
Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых
«Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2006-2008);
ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО «Воронежский
государственный технический университет» и научно-методических" семинарах кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры (2006-2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: модели и методы оптимизации /31,89,94,119/; структура, модели и алгоритмы интеллектуальной системы оптимизации принятия предпроектных технических решений и оптимального маршрута изготовления печатных плат /3,41/; модели оптимизации /52,53,84,95/; структура баз данных и математические модели /60/; алгоритмы программного обеспечения /72,74,80/; поиск и анализ современных САПР и подготовки производства РМ /61; принцип работы программного обеспечения /47/.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 121 наименование, и 6 приложений. Основная часть работы изложена на 137 страницах, содержит 25 рисунков и 3 таблицы.
В первой главе работы рассматриваются гибридная интеллектуальная
система оптимизации поддержки принятия технических решений
(ГИСОППТР) и современные САПР РМ. Рассмотрена структура организации
производства предприятия радиоэлектронной отрасли. Разработана структура
маршрута оптимального проектирования конкурентоспособных РМ,
включающего структуры ГИСОППТР и программно-методического
комплекса конструкторско-технологической оптимизации РМ.
Произведен анализ САПР' и подготовки производства РМ, при этом
выявлены их достоинства, и недостатки и тенденции совершенствования.
Разработаны и проанализированы общие информационная и функциональная
модели взаимодействия ГИСОППТР и САПР на этапах оптимального
проектирования конкурентоспособных РМ. Проанализированы и определены
цели данной работы и задачи исследования, а также основные требования, которые предъявляются к современным интеллектуальным системам, САПР и подготовки производства РМ.
Вторая глава посвящена разработке математического обеспечения программно-методического комплекса конструкторско-технологическои оптимизации РМ. Сформирована структура математического обеспечения методов оптимального проектирования конкурентоспособных РМ.
В третьей главе рассматриваются разработанные алгоритмы. Предложено алгоритмическое обеспечение ГИСОППТР и программно-методического комплекса конструкторско-технологическои оптимизации радиоэлектронных модулей. За основу были взяты математические модели, рассмотренные во второй главе.
В диссертационной работе представлены следующие алгоритмы:
алгоритмы ГИСОППТР исследования объекта экспертизы; алгоритм
конструкторско-технологическои оптимизации выбора электро-
радиоэлементов; алгоритм конструкторско-технологическои оптимизации
изготовления печатных плат; алгоритм конструкторско-технологическои
оптимизации процесса влагозащиты радиоэлектронных модулей; алгоритм
конструкторско-технологическои оптимизации изготовления
радиоэлектронных модулей.
Четвертая глава посвящена разработке информационного и программного обеспечения программно-методического комплекса конструкторско-технологическои оптимизации РМ. Также произведен анализ и выбор средств разработки автоматизированного комплекса конструкторско-технологическои оптимизации РМ.
Созданное информационное и программное обеспечение, основанное
на предложенных математических моделях, методах и алгоритмах, позволяет
повысить эффективность проектных процедур, направленных на
конструкторско-технологическую оптимизацию выбора элементной базы,
изготовления печатных плат и РМ. Разработанное информационное
обеспечение реализовано в виде системы управления базами данных, включающую в себя информацию о характеристиках элементной базы, технологических процессах, оборудовании, материалах и инструменте для изготовления печатных плат и РМ. Отлажен импорт и экспорт данных между базами данных и программным комплексом.
Созданные программные средства применялись при разработке новых технологических процессов создания изделий на ЗАО «Воронежский конденсаторный завод» и ОСП ЗАО «ИРКОС», что позволило на отдельных операциях указанных производств оптимизировать выбор оборудования и материалов, понизив при этом себестоимость выпускаемой продукции при требуемом уровне качества, и как следствие, повысить конкурентоспособность.
В заключении представлены основные результаты диссертационной работы.
Системы автоматизированного проектирования и подготовки производства печатных плат и радиоэлектронных модулей
На сегодняшний день следует выделить четыре крупнейшие компании, которые остаются признанными лидерами в области разработки САПР ПП и РМ. Ими являются: Mentor Graphics, Cadence, Zuken и Altium. Каждая из этих компаний имеет широкий выбор средств проектирования ПП, микросхем (МС) и радиоэлектронной техники на их основе. Разработаны оригинальные алгоритмы, маршруты проектирования и модули, реализующие узконаправленные задачи, для пакетов программ, которые работают между собой с различной степенью интеграции. Рассмотрим более подробно возможности продуктов вышеуказанных компаний 16/.
Компания Mentor Graphics - признанный мировой лидер в области САПР ПП 111. Mentor Graphics прелагает три базовых маршрута проектирования 1111: классический Board Station, изначально ориентированный на Unix, а сейчас адаптированный под Windows и Linux; Expedition РСВ, реализованный в среде Windows (версия для Linux вышла в 2004 году); PADS 2004 (ранее PowerPCB, собственность Mentor Graphics после приобретения компании Innoveda в 2002 году), работающий исключительно под Windows. Первые два маршрута ориентированы на корпоративных пользователей-и самые сложные современные 1111. Система PADS 2004 (Personal Automated .Desing System) — это. система, удовлетворяющая всем современным требованиям к средствам проектирования. ПП, является самой распространенной в мире: При относительно небольшой стоимости она обладает функциональными возможностями, которые позволяют успешно конкурировать с системами корпоративного уровня /8/. Сегодня PADS 2004 - это сквозная система проектирования, включающая четыре основных модуля: PADS Logic — схемотехнический редактор; PADS Layout — подсистема интерактивного проектирования топологии печатных плат; PADS Router/PADS AutoRouter — средства автоматической и интерактивной трассировки; PADS HyperLynx -набор средств анализа формы и частотного спектра (целостности) сигналов 191. Следует подчеркнуть, что средства автоматической и интерактивной трассировки (новейшая разработка в линейке продуктов топологического проектирования PADS) объединены в едином программном модуле, построенном на базе технологии Latium, обеспечивающей системную поддержку объектно-ориентированной базы данных и пользовательского интерфейса. Разработанная внутри компании технология Latium, впервые примененная при создании автотрассировщика (первоначальное название BlazeRouter), оказалась особенно эффективной для интерактивной трассировки (первоначальное название FIRE). Сегодня учет различных эффектов в электрических цепях 1111, которые могут приводить к деградации сигналов, необходим не только при разработке ПП, работающих на высоких частотах, но и при разработке цифровой аппаратуры /10/. Связано это в первую очередь с широким применением новой элементной базы - компонентов поверхностного монтажа. Время переключения и крутизна фронтов современных цифровых МС достигли таких значений, что уже невозможно обойтись без учета указанных эффектов даже при проектировании традиционной аппаратуры. Вышедшая в 2005 году система HyperLynx версии 7.5 является универсальным пакетом, который может быть использован в любом маршруте проектирования для устранения проблем, связанных с целостностью сигналов, перекрестными наводками и электромагнитной совместимостью (ЭМС), что позволяет получить корректный проект при первом же выпуске платы. Система HyperLynx осуществляет предварительный анализ формы и частотного спектра сигналов на уровне принципиальной схемы (модуль LineSim) и полный посттрассировочный анализ (модуль BoardSim) с учетом параметров, экстрагированных из топологии. Она обеспечивает решение большинства проблем, не прибегая к дорогостоящему макетированию и физическому тестированию, а именно: проводит анализ электромагнитного излучения и наведенного электромагнитного поля трасс проводников на раннем этапе; поддерживает табличные модели, модели IBIS, SPICE и S-параметров; поддерживает анализ и моделирование дифференциальных пар, включая планирование импеданса и оптимизацию параметров согласующих резисторов; проводит анализ перекрестных наводок между корпусами МС, соединенными мультигигабитными высокоскоростными шинами, используя многобитные тестовые воздействия, анализ шума, метод глазковых диаграмм и масок, формируя рекомендации по допустимому взаимному расположению компонентов; обеспечивает точное моделирование передающих линий с потерями, включая анализ скин-эффекта и потерь в диэлектрике. (пакет HyperLynx GHz) /11/.
Далее по мощности предлагаемых решений идёт компания Cadence. Для верхнего уровня проектирования предлагается пакет РСВ Design Studio. В качестве редактора печатных плат здесь используется программа Allegro, позволяющая разрабатывать многослойные и высокоскоростные платы с большой плотностью размещения компонентов. В качестве штатного модуля авторазмещения и автотрассировки используется программа SPECGTRA, управляемая обширным набором правил проектирования и некоторыми технологическими ограничениями. Анализ ЭМС топологии платы выполняется с помощью специального модуля: SPECGTRAQuest SB Expert; для- предварительного анализа: проекта и подготовки наборов правил проектирования используетсяімодуль SigXplorer /12/.
Другой продукт компании- Cadence;, пакет OrGAD рекомендуется; как более лёгкое и дешёвое решение для: проектирования печатных.плат. Данный пакет рассматривается фирмой Cadence как приоритетная система- ввода проектов и моделирования: модули Capture CIS и PSpice сейчас поставляются в составе пакета РСВ Design Studio. В самую последнюю версию системы OrCAD вошли новые возможности синтеза и моделирования цифровых логических схем NC Sim. Редактор печатных плат OrCAD Layout имеет три различные конфигурации с разными функциональными возможностями. В проекте платы здесь может присутствовать до 30 слоев, причем из них 16 могут быть сигнальными. Имеются встроенные средства авторазмещения и автотрассировки, а также интерфейс с программой SPECCTRA.
Математические модели гибридной интеллектуальной системы поддержки принятия оптимальных предпроектных технических решений
Так как в ЭП формирования виртуальной модели нового изделия при определении значений его параметров необходимо задавать нечеткое отношение, то целесообразно использовать нечеткую реляционную модель знаний. Нечеткая реляционная модель может быть рассмотрена как расширение лингвистической модели, в которой отображения между входными и выходными нечеткими множествами представляются нечеткими отношениями. Положим, что Xi, Х2, ..., xm_i — входные лингвистические переменные, а у - выходная лингвистическая переменная, определенные соответственно на базовых множествах U; (і = 1, ..., m) 121. При этом каждая из лингвистических переменных представляет собой следующее отношение х = (п.,Т(П1),и.,0.,М.). (2.1) где ПІ - имя переменной; Т(ПІ) — множество лингвистических наименований переменной; U; — базовое множество соответствующей лингвистической переменной; Gj - множество правил генерирования имен; М; - множество семантических правил связывания П; с тем, что оно обозначает, і = 1, ..., m. Формирование нечеткого отношения между входными и выходными лингвистическими переменными модели осуществляется следующим способом. Полагаем, что каждое U; есть конечное множество непересекающихся подмножеств U., например, множество промежутков Степень соответствия k-ro лингвистического наименования 1-ой лингвистической переменной значениям j-го подмножества характеризуется значениями функции принадлежности Значения функции принадлежности і-ой лингвистической переменной задаются экспертом и представляются в виде матрицы В этой матрице верхний индекс - номер лингвистической переменной, первый нижний индекс - номер лингвистического наименования, второй нижний индекс — номер подмножества базового множества. Связь между величинами у и факторами хь х2, ..., xm_i будем описывать набором продукционных правил следующего вида Правило (3) представляет собой импликацию, которая, в свою очередь, порождает нечеткое отношение между элементами множеств U;, і = 1, ..., m. Каждое правило (3) удобно записывать в виде многомерной матрицы Rn (п = 1, ..., N, где N - количество правил), размерность которой равна количеству объясняющих и объясняемых факторов т. Размерность же по каждой из координат матрицы равна количеству диапазонов, определенных на базовом множестве соответствующей лингвистической переменной. Элементами Rf1. данной матрицы будут значения функции принадлежности. Матрицу Rn (п = 1, ..., N) можно представить в виде где і, j, ..., о, p - индексы по каждой из координат; I - оператор импликации; л - оператор свертки входных факторов; и.! - элемент матрицы функций принадлежности (2.2) для і-ой і лингвистической переменной, стоящий в строке с номером к, и столбце с номером t. Номер строки kj в матрице М1 (2.2) выбирается в соответствии с номером наименования Т, . (п.) у і-ой лингвистической переменной в правиле (2.3). Затем в виде матрицы составляется обобщенное отношение R, значения функции принадлежности которой находятся по следующему правилу Для осуществления вывода в систему необходимо ввести многомерную матрицу измеренных значений факторов С. Размерность такой матрицы будет равна числу объясняющих факторов (т - 1). Эта матрица будет содержать единственный ненулевой элемент, равный 1, координаты которого будут равны номерам диапазонов соответствующих факторов. Таким образом, воспользуемся следующим композиционным правилом В случае двух входных переменных и одной выходной каждое правило (3) представляет собой трехмерную матрицу, а матрица измеренных значений С -двумерную. В этом случае при применении правила (2.6) требуется перемножить трехмерную и двумерную матрицы, что достаточно трудоемко в случае большего количества переменных. Поэтому был выбран другой подход к интерпретации правил (2.3). Каждое правило (2.3) представлялось в виде двумерной матрицы Wn (п = 1, ..., N, где N - количество правил). Каждой ее строке соответствовал один из элементов декартова произведения входных множеств U.,i = l,...,m-l, а каждому столбцу - одно из подмножеств IP множества U . На пересечении k-й строки и t-ro столбца будут стоять значения функции принадлежности, полученные с помощью операции импликации. Количество строк каждой такой матрицы равно произведению количества подмножеств каждого из множеств U.,i = l,...,m-1, а количество столбцов - числу подмножеств множества U . Тогда обобщенное отношение R будет также двумерной матрицей вида Измеренные значения С представляются в виде матрицы-строки, элементами которой являются значения функции принадлежности соответствующих подмножеств декартова произведения базовых множеств U.,i = l,...,m-1. При этом только один элемент матрицы С равен 1, остальные - 0. Количество элементов этой матрицы совпадает с количеством строк матрицы R. Тогда результат с помощью композиционного правила представляет собой простое перемножение матрицы строки на двумерную матрицу. Следует отметить, что на практике правила устанавливаются экспертами, которые не в состоянии описать правила для всех входов, поэтому требуется некоторым образом обобщить эти правила, что в данном случае достигается с помощью составления нечетких отношений, а затем обобщенного отношения R. В результате, если вход не соответствует ни одному из правил, то модель все равно даст адекватный выход.
Алгоритм конструкторско-технологической оптимизации выбора электрорадиоэлементов
Алгоритм конструкторско-технологической оптимизации изготовления РМ является основой для функциональной работы всего ПО. Данный алгоритм приведен на рисунке 2. После ввода исходных данных проекта (блоки 1-9) необходимо произвести выбор ЭРЭ или осуществить загрузку из соответствующего файла списка ЭРЭ (блок 9). В блоке 11 возможно оптимизировать выбор ЭРЭ при помощи ПО КТО выбора ЭРЭ изделия. Оптимизация является многокритериальной на основе методов случайного поиска - статистического метода, используемого как в отдельности, так и в сочетании с одним из градиентных методов. После ввода характеристик отобранных ЭРЭ (блоки 12 - 16) в блоках 18 и 19 производится оценка стоимости элементной базы проекта.
Далее в блоках 20 - 24 руководствуясь выбранной элементной базой, допустимыми тепловыми режимами элементов на пайку, с учетом ограничений на габариты печатной платы (ПП) осуществляется выбор базового конструктивного исполнения РМ. Каждому конструктивному исполнению РМ соответствует своя схема технологического процесса (ТП) изготовления РМ, состоящего из множества последовательно выполняемых операций. В блоке 25 производится расчет площади ПП, где в случае не удовлетворительных габаритов ПП (блок 26) предусмотрена повторная оптимизация списка ЭРЭ с привлечением соответствующего ПО.
Алгоритм предусматривает расчет требуемого числа сигнальных и логических слоев, выбор класса точности и коэффициента плотности печатного монтажа ПП, выбор материала диэлектрического основания ПП и соответственно марку ПП (блоки 27 - 33). В блоках 34, 35 возможна оптимизация изготовления данной ПП. ПО КТО изготовления ПП предназначено для оптимизации полного цикла изготовления современных ПП, включающего оптимизацию выбора ТП изготовления ПП, оптимальный выбор оборудования на каждой операции ТП, выбор соответствующих материалов и инструмента. Оптимизация включает такие критерии как себестоимость изготовления 1111, временя изготовления ПП и надежность ПП. Ограничениями выступают класс точности и размеры 1111, уровень требуемой экологичности технологии изготовления 1111, диапазон рабочих частот и условия эксплуатации изделия и др. Помимо методов случайного поиска в данном ПО для решения оптимизационных задач использованы генетические алгоритмы, что в результате значительно повышает быстродействие. В блоке 36 производится расчет себестоимости ПП, при этом алгоритм предусматривает повторную оптимизацию изготовления ПП в случае не выполнения условия блока 37.
В блоке 38 осуществляется выбор ТП изготовления РМ, после чего требуется определить оптимальное оборудование для каждой операции данного ТП (блоки 40 - 51). Затем в блоках 52 - 55 производится расчет количества оборудования и коэффициентов его загрузки, амортизационные затраты и полная себестоимость. Аналогично выбирается инструмент и вспомогательное оборудование (блоки 56 - 58).
В блоках 47, 48 алгоритма предусмотрена оптимизация процесса влагозащиты РМ. Оптимизация основана на расчете необходимой и достаточной толщины влагозащитного покрытия, в зависимости от заданных значений предельных величин поверхностного и объемного сопротивлений диэлектрического основания 1111, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь Ш1 и др. При этом в качестве эксплуатационного критерия выступает время безотказной работы РМ.
Выбор антистатического оснащения является одной из задач многокритериальной оптимизации подготовки производства РМ. В блоках 59 - 62 алгоритма решаются поставленные выше задачи.
В блоках 63 — 69 реализован выбор оптимальных материалов для изготовления РМ. Далее в блоках 70 - 72 рассчитывается расход материалов и их себестоимость. Производятся расчеты необходимого количества рабочих и операторов, затраты на заработную плату и себестоимость РМ, блоки 73, 74, 75 соответственно. Строится график зависимости стоимости РМ проекта от программы выпуска. При этом возможно нахождение приемлемой стоимости РМ и повторная оптимизация с учетом коррекции исходных данных проекта.
Следует отметить, что оптимизация выбора оборудования, материалов и инструмента каждого из этапов алгоритма является многокритериальной, учитывающая множество конструкторско-технологических ограничений. Так, например, при выборе оборудования пайки РМ учитывается его стоимость, производительность, массогабаритные параметры, программы выпуска РМ, ограничения по максимальной температуре пайки.ЭРЭ, по типу используемых корпусов ЭРЭ, требования действующих международных и государственных стандартов и др.
Эффективность программного обеспечения по результатам внедрения
Разработанные программные средства применялись при генерации новых технологических процессов создания изделий на ЗАО «Воронежский конденсаторный завод» и ОСП ЗАО «ИРКОС», что позволило на отдельных операциях указанных производств оптимизировать выбор оборудования и материалов, понизив при этом себестоимость выпускаемой продукции при требуемом уровне качества, и как следствие, повысить конкурентоспособность (Приложения 1,2). В результате выполнения четвертой главы данной диссертационной работы были решены следующие задачи: 1. Разработаны структура, конфигурация и соответствующие процедуры информационного обеспечения автоматизированного комплекса, включающего характеристики элементной базы, оборудования, материалов, инструмента и схем технологических процессов изготовления радиоэлектронных модулей. 2. На основе предложенных методов, моделей и алгоритмов разработано программное обеспечение методического комплекса конструкторско-технологической оптимизации радиоэлектронных модулей. Результаты работы внедрены в проектные работы на предприятиях и в учебный процесс, их применение позволяет осуществлять конструкторско технологический анализ элементной базы, повышает эффективность процессов изготовления печатных плат и радиоэлектронных модулей, а также процесса влагозащиты и операций контроля.
В результате чего повышается конкурентоспособность изделий, при снижении их себестоимости и сокращении сроков выхода изделий на рынок. В заключении представлены основные результаты диссертационной работы. 1. Проведен анализ этапов создания радиоэлектронных модулей, выявлены взаимосвязи и особенности работы каждого из этапов, разработаны соответствующие процедуры. 2. Проведен анализ систем автоматизированного конструкторско-технологического проектирования и подготовки производства радиоэлектронных модулей, при этом выявлены их достоинства и недостатки, тенденции их совершенствования. 3. Разработана структура маршрута оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей, состав соответствующих проектных процедур и математического обеспечения, отличающиеся комплексным подходом к решению задач конструкторско-технологической оптимизации на различных этапах создания радиоэлектронных модулей. 4. Разработаны структура и алгоритмы работы интеллектуальной системы оптимизации принятия предпроектных технических решений, основанная на сочетании экспертной подсистемы, использующей нечеткие логические модели знаний, экспертной подсистемы на основе искусственных нейронных сетей и экспертной подсистемы, в которой заложены продукционные модели знаний. 5. Разработан комплекс математических моделей оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей, обеспечивающий многокритериальную оптимизацию элементной базы с учетом конструкторско-технологических, критериев- и ограничений, конструкторско-технологическую оптимизацию изготовления печатных плат и радиоэлектронных модулей, а также процесса нанесения влагозащитного покрытия и операций контроля. 6. Разработаны методики и алгоритмы оптимального проектирования конкурентоспособных радиоэлектронных модулей, отличающиеся использованием статистического метода в сочетании с градиентными методами и использованием метода исследования пространства параметров на этапе оптимизации элементной базы, отличающиеся использованием генетических алгоритмов при решении оптимизационных задач на этапах конструкторско-технологическои оптимизации изготовления печатных плат и радиоэлектронных модулей. 7. Разработаны структура, конфигурация и соответствующие процедуры информационного обеспечения автоматизированного комплекса, включающего характеристики элементной базы, оборудования, материалов, инструмента и схем технологических процессов изготовления радиоэлектронных модулей. 8. На основе предложенных методов, моделей и алгоритмов разработано программное обеспечение методического комплекса конструкторско-технологическои оптимизации радиоэлектронных модулей. Результаты работы внедрены в проектные работы на предприятиях и в учебный процесс, их применение позволяет осуществлять конструкторско-технологический анализ элементной базы, повышает эффективность процессов изготовления печатных плат и радиоэлектронных модулей, а также процесса влагозащиты и операций контроля. В результате чего повышается конкурентоспособность изделий, при снижении их себестоимости и сокращении сроков выхода изделий на рынок.
