Введение к работе
Актуальность
радноэпекгронныч бочьшинство
воиействий продеты. \сгановтснные
документацией харакіеристик ускорений, переметений.
напряжений. устойчивости
того. накопление
выводах электрорадиоизделий (ЭРИ) и и\ разрушение.
Отказы. мсханігческой
этапах разработки и приводят к возможно длительной оптимизации конструкции, что в конечном итоге сказывается на сроках и стоимости выполнения проектных работ Проектирование современных радиоэлектронных средств в заданные сроки и в соответствии с требованиями НТД по механическим характеристикам, в общем С.тччае. невозможно без использования информационных технологий Применение компьютерного моделирования механических процессов позволит сократить количество промежуточных вариантов конструкции РЭС, сроки и затраты на проектирование.
Актуальность моделирования на механические воздействия возрастает с каждым днем, так как. с одной стороны, повышаются требования к надежности разрабатываемых РЭС, а с другой стороны, повышается интенсивность механических воздействий, сокращается время, отводимое разработчику на проектирование
Моделирование РЭС на механические воздействия, в общем случае, заключается в следующе\г
моделирование несущей конструкции с целью получить напряжения в конструкций, а также ускорения в местах крепления печатных узлов (ПУ), тк механические воздействия на опоры ПУ передаются именно через несущие конструкции.
моделирование ПУ РЭС с целью определить перемещения и напряжения в конструкции ПУ. ускорения на электрорадиоизделиях, время до усталостного разрушения выводов ЭРИ.
Компьютерное моделирование механических процессов в РЭС требует взаимного учета
цечого факторов-
тысяч ЭРИ. механические характеристики которых надо определить; многообразия видов механических воздействий, одновременного приложения к аппаратуре двух и более видов механических воздействий, комплексного характера приложения тепловых и механических воздействий, приводящего к влиянию тепловых процессов на механические нелинейности физических характеристик материаюв конструкций
Существующие специализированные программы моделирования механических процессов в РЭС не учитывают всех вышеизложенных факторов, не достаточно развиты применительно к моделированию несущих конструкциях РЭС. не позволяют построить всю иерархию конструкций РЭС от шкафа до отдельного ЭРИ для передачи воздействий и реЗ} льтатов моделирования между отдельными уровнями иерархии РЭС. например, от блока к ПУ.
Для моделирования механических процессов в несуших конструкциях РЭС применяются следующие универсальные САЕ-системы. NASTRAN. COSMOS-M. MARC, ANSYS и т д
Как показывает практика, на предприятиях, где это имеет место, моделированием занимаются специалисты в области прочности, не разбирающиеся в особенностях объекта проектирования. Поэтому прочнисту требуется значительное время на построение модели конструкции и ее анализ. В это время разработчик простаивает. Затем возникает множество итераций по согласованию результатов моделирования между расчетчиком и разработчиком За это время разработчик при наличии удобного инструмента мог уже перебрать множество вариантов, работая в интерактивном режиме Следовательно, необходимо отказаться от подобной практики и передать вопросы моделирования разработчику Однако для этого конструктор РЭС помимо пользовательских навыков работы с универсальной САЕ-системой должен обладать глубокими теоретическими знаниями в области математики метода конечных элементов и физики протекания механических процессов в конструкциях РЭС Подготовка разработчика РЭС, сочетающего в себе знания конструктора, анатитика-расчетчика и почьзователя САЕ-системой. требует значительных временных и финансовых затрат, что, учитывая динамику темпов
производства и нестабильность кадров в современных условиях неэффективно Однако даже
напічне рачрабогчнка
механических процессов в конструкциях РЭС. Использование кочпьюіерного моделирования
фебует от разработчика РЭС построить расчетн\ ю модель нес\ щей констр\ кции. провести сбор
входных данных, осуществить ввод этих данных, подготовить данные для передачи в решатеть
CAF.-снстечы, расчет.
результатам. В результате время, потраченное на моделирование изделия, может превышать
время. отметить. времени.
потраченного на моделирование, занимает ввод конструкции РЭС в САЕ-систему и анализ
резуїьтатов
Выход из сложившегося положения заключается в разработке специализированных средств компьютерной графики, позволяющих разработчику РЭС в минимальные сроки собирать сложную конструкцию РЭС из типовых элементов и работать с математическим ядром универсальной САЕ-системы посредством понятных ему графических интерфейсов ввода-вывода
Решением задачи моделирования механических процессов в конструкциях РЭС занимались такие специалисты как Крищук В Н.. Шалумов А.С, Фадеев О.А и другие Но в данных работах детально не рассматривались вопросы повышения эффективности моделирования конструкций РЭС средствами инструментария, сочетающего в себе преимущества универсальных и специализированных программ, обладающего минимальными требованиями по времени и сложности к освоению его теоретической и пользовательской базы
Таким образом, актуальным является применение средств компьютерной графики для синтеза и анализа проектных решений РЭС при комплексных тепловых и механических воздействиях.
Целью работы является повышение показателей надежности разрабатываемых радиоэлектронных средств, отвечающих требованиям нормативно-технической документации по тепловым и механическим характеристикам, сокращение сроков и стоимости их создания за счет применения средств компьютерной графики для синтеза и анализа проектных решений.
Задачи работы. Для реализации цели данной работы согласно вышеизложенным предчожениям
Исследование особенностей несущих конструкций РЭС с точки зрения моделирования механических процессов.
Разработка информационных моделей типовых несущих конструкций
Разработка методики визуализации исходных данных и результатов моделирования конструкций РЭС при комплексных тепловых и механических воздействиях.
Разработка алгоритмов графических интерфейсов для синтеза моделей типовых и нетиповых конструкций блоков и шкафов РЭС.
Практическая реализация алгоритмов в виде автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений РЭС при комплексных тепловых и механических воздействиях.
Разработка справочной базы данных (БД) по параметрам ЭРИ и параметрам материалов конструкций РЭС.
Разработка методики синтеза и анализа проектных решений радиоэлектронных средств при комплексных воздействиях на основе средств компьютерной графики
8 Внедрение созданной методики синтеза и анализа проектных решений радиоэлектронных средств при комплексных воздействиях в практику проектирования на промышленных предприятиях и в учебный процесс вузов.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в разработке-
методики визуализации исходных данных и результатов моделирования РЭС при комплексных тепловых и механических воздействиях, отличающейся от известных наличием комплексных информационных, топологических и математических моделей механических процессов:
алгоритмов графических интерфейсов для синтеза типовых и нетиповых конструкций блоков и шкафов РЭС, позволяющих конструктору в минимальные сроки собирать сложную модель несущей конструкции РЭС из типовых элементов;
структуры автоматилірованной подсистемы синтеза и анализа проектных решений РОС при комплексных тепловых и механических воздействиях, отличающейся от существующих наличием препроцессора и постпроцессора дія моделирования механических процессов в несущих конструкциях РОС в универсальной САЕ-системе. обеспечивающих удобный проектировщику ЮС язык взаимодействия на базе графических интерфейсов ввода-вывода, возможостыо построить всю иерархию конструкций РЭС от шкафа до отдельного ЭРИ для передачи воздействий и результатов моделирования между отдельными уровнями иерархии:
структуры справочной базы данных по параметрам ЭРИ и параметрам материалов конструкций РЭС. отличающейся от существующих начичием полных условных записей ЭРИ. наличием
геометрических, физико-механических.
новых моделей вариантов установки ЭРИ. наличием необходимых графических параметров.
позволяющих придавать реалистичность изображению ЭРИ в пространстве, возможностью
создания дополнительных таблиц параметров ЭРИ. содержащих числовые, строковые.
ф)"нкітиональньіе.
- методики синтеза и анализа проектных решений РЭС при комплексных воздействиях на основе средств компьютерной графики, отличающейся от существующих наличием доступного разработчику языка взаимодействия на базе графических интерфейсов автоматизированного синтеза типовых и нетиповых конструкций РЭС и универсального графического интерфейса вывода результатов моделирования, позволяющей в минимальные сроки и с минимальными затратами принимать решение об обеспечении стойкости РЭС к комплексным тепловым и механическим воздействиям и о повышении показателей надежности разрабатываемых РЭС.
Практическая полезность работы состоит в том, что использование созданных методических и программных средств позволяет повысить эффективность моделирования РЭС, обеспечить более высокие показатели надежности разрабатываемой аппаратуры, сократить сроки и стоимость проектных работ РЭС с соблюдением требований НТД по тепловым и механическим характеристикам. Для освоения разработанного программного и методического обеспечения требуется не более 8 рабочих дней, в то время как освоение универсальных САЕ-систем требует несколько месяцев и более. Достоинством разработанных методик следует отметить то. что. прежде всего, они позволяет избежать ошибок, вызванных человеческим фактором при моделировании, вывода результатов моделирования.
Методы исследования основываются на теории системного анализа, прикладной механики, методах вычислительной математики и компьютерной графики.
Реализация и внедрение результатов работы. Исследования автора выполнялись на кафедре «Прикладная математика и системы автоматизированного проектирования» Ковровской государственной технологической академии.
Результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в практику проектирования
Российских предприятий: Ракетно-космическая корпорация «Энергия» (г. Королев), Раменское
проектное конструкторское бюро (г. Раменское Московской обл.). КБ ИГАС «Волна» (г. Москва),
ГНИЙ Москва),
В.С.Семенихина (г.
подсистема АСОНИКА-ТМ используется в рамках Министерства обороны РФ для проведения контроля за правильностью применения изделий электронной техники в аппаратуре специального назначения, рекомендуется комплексом стандартов "МОРОЗ-6" для применения в процессе проектирования и замены испытаний на ранних этапах проектирования согласно РДВ 319.01.05-94, ред.2-2000.
Автором. учеными,
военный РД В 319.02.49 -2003 (Расчетные методы оценки стойкости РЭА к воздействию механических факторов и порядок их применения), введенный в действие с 1 января 2004 года.
Кроме того, результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Ковровской государственной технологической академии и Московского государственного института электроники и математики.
Внедрение результатов подтверждено соответствующими актами.
6 Апробация работы. Основные рс*>лътаты .іиесертжшонноп расїотьі бы. і и доложены на Me ікд\ паролю ч фпр>че по проблемам науки, техшікл 11 образования «НІ імсччє.ієінє новый міф» (г. Москва. 2004) на Международной на) чпо~тс\ ни ческой конференции «Системні:'Є проблемы качесіьа, мгиемаїцчеокшо моделирования и информационна іечнодоїш!» (і Сочи. 2001 2002. 2003 гт.1 на на\чно-чстоднчєской конференции Шовыс ГОСы - новые техно югии оґілчєкияп (г Ковров 2002 г), на Российской наччно-гечннческой конференции «Информационные технология в проектировании, прошводсіве и образовании» (г Ковров. 2002 г), на Международной молодежной научной конференции «XXIX Гагарішекие чієніія» (і. Москва, 2003 і 1. на Vf конференции молоды\ учены* «Навигации и управление лишением» (г Санкт-Петерб}рг. 2004 г)
Практическая реализация результатов диссертационной работы в виде автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений РЭС при комплексных тепловых и механических воздействиях была представлена на
V Московском Международном салоне инноваций и инвестиций (г. Москва 2005 г )
ГХ Международной выставке молодежных научно-технических проектов ЭКСПО-НАУКА 2003, проводившейся под эгидой ЮНЕСКО (г. Москва):
Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи Н~П М-2004 (г. Москва).
— Городской выставке научно-технического творчества молодежи Творец-2004 (г Ковров)
На выставке НТТМ-2004 работа была названа лучшим проектом в обіасіи математики и
информатики.
результаты диссертационной работы были удостоены дипломами победителя Всероссийского конкурса КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНЖИНИРИНГ в номинации «Дидактические системы, программные продукты и учебно-методическое обеспечение учебного процесса» и в номинации «Использование отечественных CAD/CAM/СЛЕ-систем» в 2003 и 2004 гг.
В 2003 г диссертационная работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства образования РФ по программе «Студенты, аспиранты и молодые ученые в ф\"Ндаментальной науке и образовании для развития регионов - Столетовские гранты»
Публикации по работе. По материалам диссертационных исследований опубликовано 17 научных работ, в том числе 7 статей, 1 руководящий документ военный.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех Глав, заключения.
