Содержание к диссертации
Введение
1. Общесистемные задачи анализа и синтеза многоуровневого электромонтажа РЭС АСУ 12
1.1. Методологические аспекты решения задач анализа и синтеза 12
1.2. Классификация современных видов и методов Электромонтажа 32
1.3. Сравнительная характеристика перспективных видов и методов электромонтажа 37
2. Формализация задач синтеза многоуровневого электромонтажа РЭС АСУ
2.1. Выбор концепции синтеза электромонтажа 44
2.2. Унифицированная система перспективных технико-экономических показателей качества электромонтажа 49
2.3. Анализ структуры затрат на производство электромонтажа 54
2.4. Математическая постановка задач синтеза многоуровневого электромонтажа 59
3. Математические модели синтеза многоуровневого электромонтажа РЭС АСУ 67
3.1. Аналитические оценки трудоемкостей проектирования и подготовки производства многоуровневого электромонтажа 67
3.2. Аналитическая оценка трудоемкости производства многоуровневого электромонтажа 72
3.3. Аналитические оценки трудоемкостей производства коммутационных плат 76
3.4. Аналитическая оценка трудоемкости производства внутриблочного электромонтажа 81
3.5. Аналитические оценки трудоемкостей производства межблочного электромонтажа 84
3.6. Аналитические оценки конструктивных параметров электромонтажа методом накрутки 95
3.7. Аналитические оценки конструктивных параметров комбинированного многоуровневого электромонтажа 104
4. Методики, алгоритмы и программы синтеза многоуровневого электромонтажа РЭС АСУ 113
4.1. Методики расчета стоимостей производства электромонтажа 113
4.2. Общесистемный алгоритм анализа механико-прочностных показателей качества электромонтажа 117
4.3. Общесистемный алгоритм анализа теплофизических показателей качества электромонтажа 125
4.4. Общесистемный алгоритм анализа показателей качества электромагнитной совместимости электромонтажа 131
4.5. Обобщенный алгоритм синтеза электромонтажа 137
4.6. Программное обеспечение для синтеза многоуровневого электромонтажа 149
4.7. Исследование многоуровневого электромонтажа по критериям производства 153
Основные результаты диссериационной работы 155
Список литературы 157
- Методологические аспекты решения задач анализа и синтеза
- Выбор концепции синтеза электромонтажа
- Аналитические оценки трудоемкостей проектирования и подготовки производства многоуровневого электромонтажа
- Методики расчета стоимостей производства электромонтажа
Введение к работе
Важнейшим направлением решения системных задач развития
экономики и повышения обороноспособности страны является разработка
больших автоматизированных систем управления (АСУ) во всех сферах
деятельности Федерального агентства по промышленности и Министерства
обороны РФ. При этом главной задачей становится создание
математических средств и методов проектирования этого
перспективного класса АСУ.
Практика совершенствования АСУ показывает, что эффективность их внедрения в значительной степени зависит от конструкторской реализации радиоэлектронных средств (РЭС), которые занимают центральное место среди различных классов технических средств АСУ, как по наиболее широкому диапазону выполняемых функций, так и по объему производства. Общеизвестно, что существенные возможности повышения эффективности конструирования РЭС АСУ закладываются на этапе синтеза многоуровневого электромонтажа как сложных систем, который занимает 20-30% объема электронных модулей (ЭМ) и РЭС в целом и составляет до 30% трудоемкости их производства.
В своем развитии многоуровневый электромонтаж претерпевал множество изменений и совершенствовался вместе со схемотехнической, конструктивной и технологической базами создания новых поколений РЭС, а также с расширением области внедрения больших АСУ различного назначения в соответствии с ГОСТ РВ 20.39.304 - 98.
Заниматься решением задач совершенствования многоуровневого электромонтажа, а именно выбором оптимального варианта (вида, метода, структуры, параметров) необходимо уже на ранних этапах создания базовых несущих конструкций (БНК), разработка которых существенно опережает разработку конкретных ЭМ РЭС, а также на
ранних стадиях проектирования РЭС АСУ как сложных иерархических систем. На первый план выдвигается необходимость обеспечения требований высокой скорости и защищенности передаваемой информации, электромагнитной совместимости, нормального теплового режима, механической прочности, технологичности и, особенно, снижения сроков и стоимости разработки и производства.
Ретроспективный анализ вариантов многоуровневого электромонтажа и перспектив его развития показал, что комплексное решение задач проектирования и производства электромонтажа возможно только на основе разработки и внедрения средств и методов математического синтеза в отличие от используемого в настоящее время инженерного синтеза, реализуемого, как правило, на базе государственных и отраслевых стандартов, разработанных более 30 лет назад (см., например, ГОСТ 23586— 79 и ОСТ4 ГО.010.016-72). Однако системному исследованию и разработке этой актуальной проблемы не уделялось достаточного внимания.
Необходимость решения этой проблемы непосредственно связана с реализацией государственных и межотраслевых программ: «Целевая программа регулирования и развития оборонно-промышленного комплекса РФ» Минобороны РФ; «Разработка концепции комплексной унификации типоразмеров и компоновочных схем БНК для перспективных изделий РЭС» Минобороны РФ; «Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж стандартных электронных модулей» Госстандарта РФ и других.
Целью диссертации является совершенствование средств и методов структурного и параметрического синтеза многоуровневого электромонтажа на основе разработки математического, алгоритмического и программного обеспечения для построения АСУ. В соответствии с этим в диссертационной работе ставились и решались следующие основные
задачи:
.- разработка унифицированной системы перспективных количественных технико-экономических показателей качества многоуровневого электромонтажа РЭС АСУ;
разработка целевой функции оптимизации и математической постановки задач структурного и параметрического синтеза многоуровневого электромонтажа РЭС АСУ;
разработка математических моделей, учитывающих зависимости между производственно-технологическимии и структурно-геометрическими параметрами и показателями качества вариантов электромонтажа ЭМ различного уровня иерархии РЭС АСУ;
разработка методик и общесистемных алгоритмов структурно-параметрического синтеза электромонтажа по совокупности практически значимых показателей качества;
разработка специального программного обеспечения синтеза электромонтажа с учетом обеспечения требований проектирования, производства, эксплуатации и модернизации АСУ.
Теоретические исследования диссертационной работы строятся на основе методов анализа сложных систем, исследования операций, математического программирования и современных методов вычислительной математики. В работе используются элементы теории множеств, теории алгоритмов, а также общие вопросы теории и методов конструирования и технологии производства РЭС.
В диссертационной работе предложен, разработан и исследован новый класс методов и средств анализа и синтеза электромонтажа, а также оптимизации его структуры и параметров с комплексным учетом реальных условий проектирования, подготовки производства, непосредственно производства и эксплуатации перспективных РЭС при создании больших АСУ различного назначения.
Принципиальный вклад в развитие исследований в области формализации задач проектирования и производства электромонтажа РЭС АСУ как сложных систем составляют следующие новые научные результаты, полученные лично автором:
- унифицированная система количественных технико-экономических
показателей качества многоуровневого электромонтажа ЭМ любого
уровня иерархии РЭС АСУ различного схемотехнического назначения и
широкого диапазона условий эксплуатации;
-структура, методики расчета и анализа затрат на проектирование, подготовку производства и производство вариантов электромонтажа многофункциональных систем РЭС;
критерии, состав ограничений и переменных векторной оптимизации электромонтажа; общая математическая постановка задач структурного и параметрического синтеза многоуровневого электромонтажа РЭС АСУ;
комплекс статистических математических моделей для анализа и синтеза вариантов электромонтажа ЭМ всех уровней структурной иерархии РЭС АСУ различного схемотехнического и эксплуатационного назначения;
методики и общесистемные алгоритмы для структурного и параметрического автоматизированного синтеза электромонтажа РЭС АСУ с учетом обоснованно выбранных критериев, ограничений и переменных оптимизации.
На защиту выносятся следующие научные положения: 1. Унифицированная система показателей качества электромонтажа, позволяющая определять технико-экономический уровень разработки электромонтажа по показателям стоимости и технологичности его производства, надежности, электромагнитной совместимости и другим, а также прогнозировать динамику развития вариантов электромонтажа и формировать перспективные требования к нему при создании новых
поколений РЭС.
2. Методы, модели и алгоритмы векторной оптимизации
структуры и параметров электромонтажа, позволяющие синтезировать
компромиссные конструктивно-технологические решения в интересах
всего процесса проектирования многоуровневых и многофункциональных
РЭС за счет системного согласования экономического критерия
оптимальности и технических показателей качества, комплексно
учитывающих практически необходимые условия разработки,
производства и эксплуатации РЭС и АСУ в целом.
3. Математическая постановка задач структурной и
параметрической оптимизации вариантов многоуровневого
электромонтажа, целевой функцией которой является минимизация
материальных и технологических затрат на его производство,
позволяющая проектировать высокоэффективные многоуровневые РЭС
при построении перспективных распределенных АСУ различного
назначения.
Комплекс разработанных и обоснованно выбранных экономико-математических и физико-математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации стоимостных и конструктивных параметров и показателей качества перспективных вариантов электромонтажа, позволяющих построить эффективные алгоритмы решения задач синтеза, отличающихся высокой размерностью и недостаточностью априорной информации.
Программно-реализованные общесистемные алгоритмы синтеза вариантов электромонтажа, основанные на применении метода дискретного программирования - метода многократного отсечения по множеству разнородных и противоречивых критериев, ранжирования определяющих фиксируемых и управляемых параметров, эвристических приемов направленного перебора возможных вариантов и
автоинтерактивного режима обработки информации, обеспечивающие решение задач структурной и параметрической векторной оптимизации электромонтажа за практически приемлемое время на современных ЭВМ.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании программного обеспечения (ПО) многокритериального синтеза оптимальных вариантов электромонтажа для перспективных РЭС АСУ различного назначения, позволяющих существенно повысить их технико-экономическую эффективность и увеличить диапазон решаемых задач. Результаты внедрения ПО широко использовались в НИОКР при создании АСУ для бортовых накопителей полетной информации (ЗБН-1-3 сер. 3, РЗБН-1, БУР-СЛ сер. 9).
Реализация в промышленности. Результаты диссертационной работы были использованы при создании предприятиями Федерального агентства по промышленности унифицированной системы БНК для различных классов РЭС АСУ, которые соответствуют стандартам МЭК, что подтверждается соответствующими актами.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 9-й международной НІЖ «Системы и средства передачи и обработки информации» (г. Черкассы, 2005 г.); на 6-й и 7-й международных НІЖ «Современные информационные и электронные технологии» (г. Одесса, 2005г. и 2006 г.).
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 монография.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных результатов диссертационной работы. Основной текст изложен на 148 страницах. Работа содержит 7 таблиц и 12 рисунков. Список литературы включает 71 наименований отечественных и зарубежных публикаций.
В первой главе на основе системных исследований
классифицированы и охарактеризованы современные способы многоуровневого электромонтажа РЭС АСУ; проведен сравнительный анализ перспективных способов многоуровневого электромонтажа, а также известных методов и средств его структурного и параметрического синтеза.
Во второй главе установлено, что главным действующим фактором, определяющим специфику проблемы синтеза всего многообразия перспективных вариантов электромонтажа ЭМ многоуровневых РЭС, выступает необходимость снижения стоимости (трудоемкости) производства электромонтажа, а существенным из совокупности разнохарактерных и противоречивых требований, предъявляемых к электромонтажу, является реализация высокого уровня миниатюризации и, следовательно, увеличения плотности компоновки РЭС при одновременном обеспечении надежности в условиях внутренних и внешних воздействий.
Третья глава посвящена математической реализации общесистемной концепции оптимизации перспективных вариантов электромонтажа, каждый из которых является технической системой и в различных сочетаниях вариантов входит в создаваемые РЭС как сложные иерархические системы. В связи с этим разработан комплекс математических моделей для расчета, анализа, оптимизации и прогнозирования стоимостных показателей и конструктивных параметров перспективных вариантов электромонтажа РЭС различного схемотехнического и эксплуатационного назначения.
В четвертой главе разработан комплекс методик и алгоритмов расчета, анализа и синтеза структуры и параметров различных перспективных вариантов электромонтажа РЭС как сложных иерархических систем, пригодных для решения задач оптимального
проектирования и производства электромонтажа РЭС при построении, в частности, больших АСУ.
В основных результатах работы перечисляются теоретические и практические задачи, решенные лично автором диссертации.
Методологические аспекты решения задач анализа и синтеза
Важнейшую часть инструментария формализации задач проектирования РЭС АСУ составляют математические модели. При этом общеизвестно (см., например, [1-6]), что при решении задач проектирования почти всегда рассматривается проблема адекватности. Эта проблема носит настолько широкий характер, что можно говорить о неразрывности понятий моделирования и адекватности. Вместе с тем, понимание адекватности существенно зависит от класса используемых моделей, а сами модели - от объекта моделирования. В этом плане, так же как и другие системные задачи исследовательского (математического) проектирования электромонтажа РЭС АСУ принципиально отличаются от большинства прикладных естественнонаучных задач, с которыми обычно приходится иметь дело в инженерной практике [1 - 55].
Особенности моделей проектирования. Как и всякая естественн онаучная задача, математическое проектирование электромонтажа РЭС АСУ содержит постановочную часть и часть, в которой осуществляется применение общего математического аппарата теории проектирования АСУ [1, 3, 4, 6]. С математической точки зрения постановочная часть представляет собой некоторую неформ ал изуемую субъективную процедуру, обеспечивающую применение формального аппарата. При этом если считать, что все формальные преобразования производятся строго доказательно, то адекватность получаемого решения полностью зависит от успеха в постановке задачи. Учитывая это обстоятельство, при постановке задачи стремятся вводить как можно меньше допущений и предположений, а те, без которых задача все же не может быть решена, стараются привести к интуитивно ясному виду или сопроводить соответствующим обоснованием (см., [4,21,26,27]).
Между этапом постановки задачи и формализованной частью существует диалектическая связь. Недостаточная развитость аппаратных средств ведет к необходимости расширения системы условий при постановке задачи, что в свою очередь негативно сказывается на адекватности получаемых решений. С другой стороны, чем больше проявлений внешнего мира должны быть учтены при создании технической системы, тем сложнее подобрать аппарат, достаточно эффективно обеспечивающий решение поставленных задач [58,59].
В настоящее время существует актуальная задача математического проектирования многоуровневого межблочного электромонтажа РЭС больших АСУ для различных отраслей промышленности. Однако качественное изменение претерпевает постановка задачи при проектировании таких сложных многофункциональных систем, какими являются современные РЭС. Причины, обусловливающие новое состояние постановки задач структурно-параметрического синтеза многоуровневого электромонтажа, порождаются двумя основными особенностями. Первой из них является то, что задача проектирования в значительно меньшей степени формализована, чем какая-либо другая, известная нам из курса высшей школы, инженерная задача (см., например, [1, 2, 6, 26]). Это связано как со сложностью самого процесса проектирования многоуровневого электромонтажа, так и с наличием множества различных факторов, влияющих на решение задач синтеза электромонтажа, которые не в полной мере поддаются формализованному описанию. Таким образом, в задаче структурно-параметрического синтеза многоуровневого электромонтажа БНК РЭС АСУ как сложных систем постоянно присутствует существенный неформальный аспект. Вторая особенность проектной задачи заключается в неопределенности поведения внешней среды. Причем эта неопределенность состоит не только в отсутствии знания о тех или иных входных данных задачи, но и в неоднозначном влиянии неформализуем ых факторов на решение задачи [51,56 -59].
Рассмотрим отмеченные особенности подробнее. Создание новых методов и средств многоуровневого электромонтажа перспективных РЭС АСУ требует значительного напряжения технических и экономических возможностей коллектива разработчиков предприятий и организаций. Высказанную мысль подтверждают и те значительные финансовые средства, которые вкладывают экономически развитые страны в создание новых перспективных образцов [6, 32].
Тесная зависимость создания математических средств и методов многоуровневого электромонтажа новых образцов РЭС АСУ от уровня технического развития производственной базы и экономики государства делает необходимым учитывать при разработке перспективных моделей электромонтажа большое число факторов, характеризующих условия производства [4-6], Для того чтобы результаты математического моделирования имели практическое значение, обычно факторы, порождаемые системами более высокого иерархического уровня, выводят за рамки модели и рассматривают как данность задачи. В этом случае проблема учета этих факторов должна разрешаться на этапе постановки задачи (см., например, [2 -4]).
Помимо факторов, о которых было сказано выше, и которые принципиально могли бы быть формализованы в математической модели, в задаче проектирования действуют также факторы, неформализуемые по своей природе. Они представлены различными политическими, конъюнктурными, социальными, моральными и психологическими аспектами, имеющими место в любой достаточно большой системе, заметно зависящей от участия в ее функционировании человеческого фактора. Трудно говорить, насколько эти факторы бесперспективны в смысле формализации вообще, но в настоящее время они существенно влияют на решение задачи проектирования и реализуются только при постановке задачи.
Особую роль в задаче математического проектирования многоуровневого электромонтажа РЭС больших АСУ играет неопределенность, имеющая место в целом ряде вопросов. Причин, вызывающих неопределенность, несколько. Назовем основные из них. Оценить удачность проекта можно только путем проверки того, как многоуровневый электромонтаж решает возложенные на него задачи. Такая проверка осуществляется на этапе прохождения различных испытаний при его эксплуатации в различных условиях разработанных БНК и конкретных РЭС АСУ. В процессе исследовательского проектирования БНК их эффективность оценивается с помощью математических моделей. При этом, если даже предположить, что нам известны все варианты и возможности размещения многоуровневого электромонтажа РЭС, описанная ситуация все равно будет содержать большую долю неопределенности. Неопределенность заключается, прежде всего, в том, что принятие решения на создание варианта многоуровневого электромонтажа РЭС не может опираться только на какой-то один фактор (например, влияние внешней среды).
Выбор концепции синтеза электромонтажа
Существует большое число практически возможных вариантов конструктивно-технологического исполнения многоуровневого электромонтажа РЭС, в том числе непаяных, основными из которых и наиболее часто применяемыми являются: электромонтаж накруткой, посредством соединительных КП (кроссплат), жгутовой и комбинированный, который может объединять перечисленные выше виды (см., например, [3, 5, 42, 43]. От правильного выбора варианта электромонтажа зависит технологичность, возможность автоматизации процессов, а значит и стоимость изготовления разрабатываемых РЭС. Следует также учитывать влияние электромонтажа на качество, стоимость, сроки проектирования, подготовки производства и производства РЭС АСУ, так как для обеспечения конкурентоспособности изделий новой техники в настоящее время эти факторы приобрели особое значение. Выбор варианта электромонтажа для конкретной аппаратуры не решает всех проблем по созданию оптимальной конструкции РЭС АСУ в связи с тем, что на этом этапе невозможно что-либо сделать для улучшения условий применения электромонтажа. Объясняется это тем, что использование какого-либо определенного варианта (вида, метода, структуры и параметров) электромонтажа происходит в настоящее время для ранее созданных БНК, на основе которых компонуются разрабатываемые РЭС. Поэтому заниматься вопросами синтеза оптимальных вариантов электромонтажа необходимо на этапе создания БНК и на ранних стадиях создания РЭС АСУ.
Синтез оптимального варианта электромонтажа является основой для разработчиков конкретного ЭМ РЭС. Так как эта задача достаточно сложна и расчеты требуют больших затрат времени, следует воспользоваться методами с применением средств вычислительной техники. Для решения задач структурного и параметрического синтеза электромонтажа с использованием математических методов и теории оптимизации необходимо реализовать следующие основные этапы.
1. Установить границы оптимизации. Это, во-первых, межблочный электромонтаж РЭС и, во-вторых, монтаж накруткой, кроссплатами, жгутовой, комбинированный.
2. Определить количественный критерий для оптимизации вариантов электромонтажа. В данном случае желательно было бы найти оптимальное решение с точки зрения минимизации стоимости и продолжительности изготовления электромонтажа с учетом затрат на проектирование, подготовку производства и производства.
3. Осуществить выбор количества внутрисистемных переменных: числа соединяемых контактов и, соответственно, электрических цепей; параметров электросоединителей и других элементов, имеющих контакты для электромонтажа (шины, лепестки); вариантов структуры и параметров кроссплат, жгутов, соединительных кабелей.
4. Разработать математические модели, алгоритмы и программные средства для анализа и оптимизации вариантов электромонтажа.
Двухуровневая конструкция (а) с видами многоуровневого электромонтажа: накруткой (б), жгутовой (в), комбинированный посредством кроссплат и накрутки (г), а также кроссплат и жгутов (д) На рис. 2.1 изображена трехуровневая (блок - кассета -стойка) конструкция с наиболее часто применяемыми видами многоуровневого электромонтажа: накруткой (б), жгутовой (в), комбинированный кроссплатами и накруткой (г), комбинированный кроссплатами и жгутами (д).
Рассмотренные в главе 1 и данном параграфе разнообразные и наиболее существенные аспекты эффективного проектирования БНК, РЭС и АСУ в целом позволяют утверждать, что перспективной концепцией синтеза многоуровневого электромонтажа РЭС больших АСУ является оптимизация вариантов (видов, методов, структуры и параметров) электромонтажа как системных объектов.
Аналитические оценки трудоемкостей проектирования и подготовки производства многоуровневого электромонтажа
На основе системного анализа результатов работ [1-7,31-33] и других, а также опыта авторов монографии по созданию РЭС различного назначения можно сделать вывод о том, что затраты на проектирование и подготовку производства электромонтажа ЭМ зависят от большого числа факторов: достигнутого уровня автоматизации проектирования, эффективности организации подготовки производства на предприятии, особенностей БНК и компонуемых в них ЭМ РЭС в целом, возможностей конкретных видов производства.
Необходимость комплексного анализа влияния множества существующих и перспективных факторов на значения трудоемкостеи проектирования и подготовки производства электромонтажа системы ЭМ различного уровня иерархии РЭС при построении больших АСУ потребовала проведения целого ряда статистических исследований.
Основной исходный материал при определении статистически обоснованных аналитических зависимостей для расчета трудоемкостеи проектирования и подготовки производства электромонтажа системы ЭМ представлял собой выборки значений соответствующих трудоемкостеи в зависимости от определяющих геометрических характеристик модулей.
При этом статистическому анализу было подвергнуто около 3000 ЭМ РЭС различного назначения, компонуемых, в основном, в блоках БНК (структурных модулях первого уровня), трудоемкость создания и внедрения которых, включая КП и размещаемых на них ЭМ, составляет 60 - 80% от общей трудоемкости системы структурных модулей БНК и РЭС АСУ.
Сравнение фактических значений трудоемкостей проектирования и подготовки производства электромонтажа системы ЭМ, определенных по уравнениям (3.5) и (3.6), показывает, что максимальные отклонения не превышают 15%. В работе [61] погрешность определения трудоемкостей проектирования и подготовки серийного производства электромонтажа ЭМ составляет не менее 25%. Таким образом, достигнутая точность расчета трудоемкостей проектирования и подготовки производства электромонтажа системы ЭМ является практически достаточной.
Приведенные в настоящем параграфе аналитические выражения (3.5) и (3.6) для расчета трудоемкостей проектирования и подготовки производства используются в разработанных и программно реализованных алгоритмах синтеза электромонтажа (см. главу 4). Следует подчеркнуть, что аналитические выражения (3.5) и (3.6) получены на основании анализа статистических данных по ведущим предприятиям Федерального агентства по промышленности (в частности ОАО «Авангард», ОАО «НПО «Прибор», ОАО «Такт», ОАО «ЭлектроРадиоАвтоматика», ОАО «НПП «Дальняя связь»). Поэтому для других предприятий, возможно, потребуется получить свои аналитические зависимости, либо подтвердить адекватность приведенных. многоуровневого электромонтажа
Решение задач структурного и параметрического синтеза электромонтажа (2.21) и (2.22) непосредственно связано с решением задачи разработки простой аналитической методики для оценки трудоемкости производства ЭМ любого уровня иерархии РЭС при создании АСУ различного назначения.
С целью решения этой актуальной задачи были проанализированы схемотехнические, конструктивные и производственно-технологические параметры и показатели качества около 3000 цифровых ЭМ РЭС, компонуемых в трехуровневых БНК, получивших наиболее широкое распространение во многих отраслях промышленности при создании РЭС (см. рис. 1.2).
Методики расчета стоимостей производства электромонтажа
Здесь предложена методика выбора вариантов наиболее сложного межблочного электромонтажа многоуровневых РЭС по критерию стоимости (трудоемкости) его производства. Из-за невозможности рассмотрения всего многообразия межблочного электромонтажа ограничимся основными его видами, наиболее часто используемыми при создании РЭС трехуровневого построения: монтаж накруткой, жгутовой, комбинированный. Последний имеет две разновидности: объединительные платы (кроссплаты), соединяемые накруткой, и кроссплаты, соединяемые жгутами. Следует отметить, что принятые ограничения не препятствуют распространению методики на другие виды электромонтажа и варианты его конструктивно-технологического исполнения.
При другом конструктивном построении РЭС и других вариантах применяемого электромонтажа формулы (4.1) — (4.8) могут быть несколько изменены за счет исключения или введения отдельных составляющих. Однако принцип решения задачи выбора оптимального варианта электромонтажа не изменяется. Так, применительно к РЭС двухуровневого построения исключаются составляющие стоимости соединительных кабелей модулей второго уровня.
В приведенных формулах расчета не учитывается стоимость электросоединителей, так как для всех вариантов электромонтажа предполагается применение практически одних и тех же электросоединителей, и они не оказывают влияния на соотношение стоимостей. Однако в разных вариантах электромонтажа возможно применение разных электросоединителей. Тогда необходимо учитывать стоимость электросоединителей для правильной оценки принимаемых конструктивно-технологических решений.
Внешние механические воздействия на РЭС определяются их объектами-носителями (стационарными, возимыми и многими другими), которые подразделяются на различные классы и группы в соответствии с ГОСТ РВ 20.39.304-98 и ГОСТ 11478-88, характеризующими область применения и условия эксплуатации РЭС специального и бытового назначения. При этом за последние два десятилетия параметры механических воздействий существенно повысились практически для всех классов и групп эксплуатации РЭС, что нашло свое отражение в переиздании и коррекции вышеперечисленных государственных стандартов.
Механические воздействия, наиболее опасными из которых являются линейные перегрузки, вибрации и удары, ухудшают надежность и стабильность работы РЭС, которые в настоящее время, как правило, компонуются на основе БНК. Однако, для многих отраслей промышленности была и остается актуальной научно техническая проблема создания унифицированной системы БНК, которая бы позволяла на основе единого комплекса базовых несущих элементов и модулей проектировать и внедрять качественные и надежные конструкции РЭС различного схемотехнического, технологического и эксплуатационного назначения. При этом не только многоуровневая БНК, но и каждый ее структурный модуль должны обеспечивать применение перспективных вариантов конструктивно-технологического исполнения электромонтажа и предусматривать эффективные способы их защиты от механических воздействий при создании конкретных ЭМ и РЭС в целом.
Следует отметить, что практически эффективной единой унифицированной системы многоуровневых БНК, обладающих оптимальными параметрами и структурой, а также пригодных для создания перспективных РЭС различного назначения, пока не создано. При этом в работах известных отечественных и зарубежных специалистов в области механико-прочностного проектирования подчеркиваются следующие характерные для рассматриваемой проблемы факты (см., например, [7,15,16, 23, 29,30]): алгоритмы и машинные программы структурного и параметрического синтеза несущих конструкций (в основном, строительных) по показателям качества, характеризующим площадь сечения элементов конструкции, и при ограничениях по прочности и устойчивости появились в начале 80-х годов; первые публикации результатов общих исследований системных вопросов расчета и анализа электромонтажных изделий по динамическим нагрузкам появились только в середине 90-х годов; - решение задач механико-прочностного расчета и анализа показателей качества электромонтажных изделий на этапах создания БНК, ЭМ и РЭС как системных объектов обладает большой сложностью в связи с множеством вариантов электромонтажа и способов его защиты от механических воздействий.
Актуальность и необходимость комплексного решения задач механико-прочностного расчета и анализа показателей качества электромонтажа для модуля любого уровня структурной иерархии РЭС и совокупности этих модулей при возможных способах их защиты от механических воздействий, а также проведенные исследования по обеспечению механической прочности и устойчивости БНК и РЭС послужили основанием для разработки общесистемного алгоритма механико-прочностного проектирования электромонтажа (см. рис, 4.1 и табл. 4.1).
Здесь следует подчеркнуть, что предлагаемый общесистемный алгоритм непосредственно связан с практической реализацией математической постановки задач структурного и параметрического синтеза электромонтажа (2.26) и (2.27).
В блоке 1 осуществляется формирование исходной информации, которая содержит следующие основные данные; - типы ИЭТ, электросоединителей и кабельных изделий, а также их массогабаритные, структурные и прочностные параметры, которые, как правило, определяются техническими условиями; - геометрические размеры, прочностные параметры механических соединений, материалов и массы несущих элементов и структурных модулей БНК, которые устанавливаются отечественными и международными стандартами, синтезированной конструктивной структурной схемой построения БНК, а также рассчитываются на этапе структурно-параметрического синтеза конструктивных элементов и модулей перспективных БНК как сложных систем;
