Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Развитие стратегических, с точки зрения обеспечения государственной безопасности, коммуникационных и навигационных систем, также как и систем вооружений непосредственно зависит от уровня развития электронной промышленности.
В настоящее время использование компьютерных технологий подготовки производства электронной аппаратуры (ЭА) организовано разобщённо. Это приводит к ряду затруднений при работе с данными проекта различных подразделений предприятия и требует наличия специального программного обеспечения для решения рядовых задач, не связанных с проектированием ПП. Отсутствует информационная интеграция между отдельными системами, что обуславливает недостаточно высокую эффективность их применения и повышает вероятность ошибок.
На сегодня проектирование и технологическая подготовка производства электронных и механических частей приборов, выполняемых не на основе стандартизированных несущих конструкций, осуществляется раздельно. В разрабатываемых изделиях велик процент доработок, низка гибкость процесса разработки ЭА. В случае, если объединить проектирование электронных и механических частей приборов, а также проводить технологическую подготовку для совместного производства электронных и механических частей приборов, это приведёт к уменьшению временных и финансовых затрат, уменьшению вероятности появления ошибок в документации, упрощению работы подразделений предприятия в целом.
Применяемые в настоящий момент системы автоматизированного проектирования (САПР) ЭА, как правило, позволяют спроектировать изделия, рассчитанные на применение определённой технологии. Особенно становится важным вопрос выбора САПР ЭА для различных задач проектирования ЭА. Быстрая смена технологий и постоянное расширение функциональных возможностей САПР ЭА обуславливают сложности, как при конструировании изделий, так и при подготовке производства. При этом отсутствует методика выбора САПР ЭА, обладающая адаптивностью и гибкостью. Для решения вопроса ав-томатизации проектирования ЭА в части выбора САПР ЭА для определённых задач проектирования следует разработать методику анализа и оценки совре-менных САПР ЭА применительно к конкретным производственным задачам.
Решения значительного количества вопросов автоматизации проектирования ТПП принадлежат В.Д. Цветкову, В.В. Павлову, A.M. Гильману, Г.К. Горанскому, СП. Митрофанову.
Развитием проектирования и технологии производства ЭА занимались и продолжают заниматься Е.В. Пирогова, В.П. Крылов, A.M. Медведев и другие.
Так, В.П. Крыловым обозначены проблемы выбора материалов для изготовления печатных плат (ПП) с учётом различных технологий изготовления, однако остаётся нерассмотренным вопрос автоматизации проектирования самой технологии изготовления ПП.
Е.В. Пироговой рассмотрено изготовление электронных устройств в целом, но вопрос автоматизации проектирования ЭА в части выбора САПР ЭА для определённых задач проектирования остался нераскрытым.
A.M. Медведевым рассмотрены вопросы, касающиеся непосредственно методов изготовления, сборки и монтажа ПП и ЭА. В данной области важным является вопрос совместного проектирования электронной и механической частей ЭА. Решение данного вопроса должно быть направлено на уменьшение стоимости изготовления ЭА. В настоящее время это направление слабо исследовано.
Одной из сложностей, затрудняющих работу, является различие форматов описаний данных проекта. При этом описание предметной области, позволяющее встраивать данные проекта в многоагентную систему, не реализовано. Кроме того, возможности САПР ЭА позволяют проводить достаточно сложные расчёты и получать точные данные, касающиеся конструкции ПП, а также данные, необходимые для её производства, но, несмотря на то, что различные САПР ЭА поддерживают различные виды технологии, интеграция процессов конструирования и технологической подготовки производства представлена слабо.
Таким образом, выполнение исследований по разработке методики интегрированной подготовки производства ЭА является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности ТПП электронной аппаратуры за счёт применения новой методики проектирования технологии электромонтажа, основанной на совместном проектировании электронных и механических частей электронной аппаратуры с использованием баз данных и баз знаний технологий изготовления ПП, учитывающих появление новых технологических процессов и оборудования для их выполнения и обеспечивающих учёт экономических факторов предприятия и снижение затрат.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
-
Выполнить анализ современного состояния производства ЭА.
-
Выполнить анализ современных методов и средств автоматизации проектирования ЭА.
-
Разработать методику и исследовать способ совместного проектирования ТПП электронных и механических частей электронной аппаратуры.
-
Разработать методику проектирования технологии производства ЭА, ориентированную на типизацию принимаемых решений и основанную на применении базы данных и базы знаний с последующим синтезом новых решений.
-
Разработать методику оценки существующих САПР ЭА и оптимизации технологий, поддерживаемых этими системами.
-
Спроектировать базу знаний и разработать методику её использования при проектировании технологии производства ЭА.
Предметом исследования является технология электромонтажа.
Объектом исследования являются методы и средства автоматизации технологической подготовки производства электронных приборов.
Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались основные научные положения теории графов, технологии приборостроения, задач оптимизации, теории множеств, линейного программирования, основы теории информационных систем, объектно-ориентированного подхода при реализации модулей базы данных и базы знаний, метод продукционного подхода к представлению базы знаний.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке методики проектирования технологии электромонтажа, основанной на использовании способа совместного проектирования электронных и механических частей электронной аппаратуры (ЭА). Предложенный способ направлен на сокращение времени и стоимости проектирования ЭА и разработки технологии. Предложенная система моделирования технологии электромонтажа основана на использовании виртуального строкового пространства табличных данных (ВСПТД), что позволяет с одной стороны, организовать базу знаний, а с другой — встроить в многоагентную систему модули, сопровождающие базу знаний и принимающие необходимые технологические решения.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Методика проектирования технологии производства ЭА, основанная на способе совместного проектирования электронных и механических частей электронной аппаратуры.
-
Методика оценки технологических возможностей САПР ЭА, основанная на комплексе критериев, учитывающих автоматизацию решения технологических задач, приоритетность технологических задач, а также оценку эксперта.
-
Методика структурного проектирования технологии, основанная на использовании базы знаний и данных по технологиям, используемых при проектировании технологических процессов производства электронных приборов.
-
Способ совместного проектирования электронной и механической частей блоков приборов ЭА.
Практическая значимость работы
Результаты работы использованы для создания программных модулей базы данных и базы знаний для проектирования технологии изготовления ЭА. Данные, полученные в ходе работы, используются в учебном процессе на кафедре ТПС НИУ ИТМО. Был спроектирован и создан опытный образец электронного устройства с использованием единой информационной среды (ЕИС) электромонтажа. Отработана схема совместной работы КБ и предприятия-субподрядчика в ЕИС электромонтажа. По результатам работы был получен патент на способ изготовления электронного блока.
Апробация работы
Основные результаты работы представлены в докладах на XXXVIII Научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (2009), VI Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (2009), XXXIX Научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (2010), VII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (2010), XL Научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (2011), VIII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (2011), XLI Научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (2012), I Всероссийском конгрессе молодых ученых (2012).
Публикации
Основные результаты работы отражены в 9 публикациях, в том числе 4 работы в журналах из перечня ВАК. Список работ приводится в конце автореферата.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 98 наименований и приложений. Основной текст работы изложен на 143 страницах, включает в себя 18 таблиц и 36 рисунков.
