автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процессов проектирования необслуживаемых ретрансляционных пунктов линий связи систем управления

ВВЕДЕНИЕ.

Е ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕТРАНСЛЯТОРОВ

ЛИНИЙ СВЯЗИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ. II

ЕЕ Перспективные направления разработки ретрансляторов как иерархических систем.ц

Е2. Характеристика современных методов и средств проектирования ретрансляторов . .^

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧ

ПРОЕК ТИРОВАНИЯ РЕТРАНСЛЯТОРОВ ЛИНИЙ СВЯЗИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ . 25 2. Е Методика выбора вариантов компоновки структурных модулей ретрансляторов.

2.2. Методика расчета числа изделий электронной техники, размещаемых на коммутационных платах

2.3. Статистическая оценка коэффициентов заполнения электромонтажных каналов ретрансляторов

2.4. Вывод аналитической оценки числа контактов электросоединителей кабельных вводов ретрансляторов.

2.5. Статистические зависимости для расчета параметров электромагнитной совместимости структурных модулей ретрансляторов. ^

2.6. Методика выбора критериев оценки нормального теплового режима ретрансляторов. ££

2.7. Статистическая оценка числа контактов электросоединителей коммутационных плат.

3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕТРАНСЛЯТОРОВ ЛИНИЙ СВЯЗИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

3.1. Особенности основных этапов алгоритма автоматизированного проектирования ретрансляторов как сложных систем

3.2. Алгоритм параметрического синтеза комплекта блоков ретрансляторов.

3.3. Общесистемный алгоритм расчета нормального теплового режима ретрансляторов. дX

3.4. Алгоритм расчета деформаций коммутационных плат при воздействии вибраций.

3.5. Алгоритм расчета параметров электромонтажа с учетом требований электромагнитной совместимости.

4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕТРАНСЛЯТОРОВ ЛИНИЙ СВЯЗИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ . Ю

4.1. Основные программы автоматизированного расчета, анализа и синтеза параметров ретрансляторов.

4.2. Результаты внедрения автоматизированного проектирования ретрансляторов . Ш

Проектирование и производство высокоэффективных линий связи, обеспечивающих быстродействие, надежность, защищенность и другие прогрессивные требования к передаче информации, являются важнейшими проблемами развития больших автоматизированных систем управления (АСУ) специального назначения. Этим актуальным требованиям, а также длительному сроку и жестким условиям эксплуатации должны соответствовать необслуживаемые ретрансляционные пункты (в дальнейшем - ретрансляторы) линий связи, которые в настоящее время обеспечивают около 80% передаваемой информации. Поэтому ретрансляторы отличаются значительной длительностью и высокой стоимостью процессов проектирования и производства.

Отечественный и зарубежный опыт создания линий связи показывает, что радикальное повышение эффективности и качества ретрансляторов возможно только на основе разработки и внедрения методов и средств автоматизированного проектирования. Решение этой актуальной задачи непосредственно связано с программой Госстандарта РФ "Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж стандартных электронных модулей" и с "Межотраслевой программой комплексной унификации и стандартизации базовых несущих конструкций и разработки стандартных электронных модулей радиоэлектронных средств" Российского Агентства по системам управления.

Целью диссертации является разработка математических моделей, методик и алгоритмов для автоматизации процессов проектирования ретрансляторов линий связи перспективных АСУ. В соответствии с этим в диссертационной работе ставились и решались следующие основные задачи: системный анализ специфических требований, предъявляемых к ретрансляторам, и выработка перспективных направлений их проектирования с учетом тенденций развития отечественных и зарубежных разработок; разработка математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации определяющих параметров и показателей качества подземных и подводных ретрансляторов как сложных иерархических систем; разработка экономичных алгоритмов для автоматизированного проектирования структурных модулей и ретрансляторов в целом с учетом схемотехнических, конструктивных, технологических и эксплуатационных требований; разработка пакета прикладных программ и его внедрение при создании новых отечественных ретрансляторов.

В диссертационной работе впервые предложены, разработаны и внедрены специализированные математические модели, методики, алгоритмы и программы для автоматизации процессов проектирования ретрансляторов как сложных систем.

Научная новизна работы заключается в следующих основных результатах, полученных лично автором.

1. Впервые разработана система перспективных направлений проектирования ретрансляторов линий связи АСУ с учетом схемотехнических, конструктивно-технологических и эксплуатационных характеристик их развития.

2. Впервые разработан комплекс математических моделей и методик, позволяющих реализовать процессы автоматизации расчета, анализа и синтеза структурных и метрических параметров ретрансляторов различного эксплуатационного назначения.

3. Впервые разработаны общесистемные и частные алгоритмы для автоматизированного проектирования структурных модулей ретрансляторов в целом по метрическим критериям оптимальности с учетом требований качественного и надежного функционирования перспективных линий связи.

На защиту выносятся следующие новые научные положения.

1. Перспективные направления проектирования ретрансляторов различного назначения, для которых определены количественные оценки схемотехнических, конструктивно-технологических и эксплуатационных характеристик, создают предпосылки для разработки линий связи с высокими технико-экономическими показателями.

2. Комплекс математических моделей и методик, позволяющих взаимоувязать параметры и показатели качества всех структурных модулей ретрансляторов с учетом требований проектирования и производства, обеспечивает возможность автоматизированного проектирования высокоэффективных ретрансляторов линий связи АСУ.

3. Общесистемные и частные алгоритмы расчета, анализа и оптимизации параметров структурных модулей и ретрансляторов в целом, разработанные с применением формализованных и эвристических методов программирования, обеспечивают решение задач автоматизированного проектирования на современных ЭВМ.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании методов и средств (машинных программ) автоматизированного проектирования ретрансляторов линий связи для перспективных АСУ. Практические результаты работы использовались при создании нового государственного стандарта «Стандартные электронные модули первого и второго уровней РЭС». Результаты работы используются в учебном процессе Северо-Западного государственного заочного технического университета и Одесского государственного политехнического университета.

Результаты диссертационной работы используются при создании перспективных РЭС на ряде предприятий различных отраслей промышленности, что подтверждается актами внедрения. При непосредственном участии автора диссертации ОАО «1ЩИИРЭС» и ОАО «Авангард» Российского агентства по системам управления разработаны 5 проектов новых государственных стандартов (ГОСТ Р 50765.1-, ., ГОСТ Р 50765.5-), в которых использовались результаты диссертационной работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 17-ой научно-технической конференции (НТК) "Конструирование РЭА с учетом электромагнитной совместимости" (г. Москва, 26-28 ноября 1993 г.); на межотраслевой НТК "Научно-технический прогресс систем передачи информации" (г. Пермь, 6-11 сентября 1996 г.); на 2-ой международной НПК "Системы и средства передачи и обработки информации" (г. Одесса, 7 -10 сентября 1998 г.); на 3-ей международной выставке-конгрессе "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции" (г. С.Петербург, 17-19 июля 1998г); на 1-ой и 2-ой международной НПК "Современные информационные и электронные технологии" (г. Одесса, 23 -26 мая 2000 г., 28-31 мая 2001 г.); на НТК профессорско-преподавательского состава СПб. ВУЗов (1991 - 2000 г.г.).

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 книга [83-88].

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложения. Основной текст изложен на 95 страницах. Работа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тема диссертации находится в русле актуального направления, отвечающего запросам многих отраслей промышленности (в том числе предприятий Российских агентств оборонных отраслей промышленности) и имеющего своей целью создание эффективных методов и средств автоматизированного проектирования аппаратуры линий связи АСУ.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы, полученные лично автором, заключаются в следующем.

1. На основе системного анализа отечественных и зарубежных ретрансляторов линий связи сформулированы перспективные направления их развития и определены количественные оценки прогрессивных схемотехнических, конструкторско-технологических и эксплуатационных характеристик подземных и подводных ретрансляторов.

2. Впервые разработан комплекс математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации структурных и метрических параметров и показателей качества ретрансляторов как сложных иерархических систем, обеспечивающий построение единой общесистемной математической модели для разработки эффективного алгоритмического и программного обеспечения автоматизированного проектирования ретрансляторов.

119

3. Впервые разработаны общесистемные и частные алгоритмы автоматизации процессов проектирования структурных модулей различного уровня иерархии и ретрансляторов в целом по метрическим критериям оптимальности с комплексным учетом перспективных требований разработки и производства, которые пригодны для решения задач большой размерности в условиях недостаточности априорной информации за практически приемлемое время на современных ЭВМ.

4. Разработан и внедрен пакет прикладных программ для расчета, анализа и оптимизации параметров ретрансляторов различного эксплуатационного назначения, обеспечивающий повышение плотности компоновки структурных модулей на 20-30%, а также уменьшение сроков и стоимости их проектирования и производства на 20-40%.

Теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях различных отраслей промышленности и в учебном процессе ВУЗов.

1. Трапезников В.А. Управление и научно-технический прогресс. М.: Наука, 1983.-248 с.

2. Мамиконов А.Г. Основы проектирования АСУ. М.: Высшая школа, 1981.-276 с.

3. Мамиконов А.Г., Цвиркун А.Д., Кульба В.В. Автоматизация проектирования АСУ. М.: Энергоиздат, 1981. - 212 с.

4. Ericsson Review. 1975. - N4. - 48 p.

5. Philips Telecommunication Review. 1975. - Vol. 33.

6. Yearbook 78/79.Telecommunication System and Cables. AEG -Telefunken. 242 p.

7. CIT Alcatel SPST8. -1979. 16 p.

8. GEC Telecommunication Limited Тер 1(E) Equipment Practice. -1979.-Юр.

9. Siemens. Einbautechnik und Stromversorgung fur Industrie electronik. Katalog ETI. -1979.-276 s.

10. MX270/480 and MX270/120 Line System for symmetrical pair Cable, part 3, Marconi Italiana. -1979. -56 p.

11. Standart Telephones and Cables Limited a British Company of ITT 4kHz FDM Channel Translating Equipment Catalogue. -1979. 40 p.

12. The Bell System technical Journal. 1979. - Vol.58, N10. -183 p.

13. Of Nokia AB Electronics. Telecommunications Division. -1980. -10 p.

14. NEC. Carrier Multiplex System m N5000S series. Nippon Electric Co, Ltd Tokyo, Japan. 1981. -222p.

15. NEC. Research and Development. 1982. -N67. -136 p.

16. Jahrbuch 81/82. Weitverkehr und Kabeltechnik. AEG Telefunken.303 s.

17. Philips Telecommunication Review. 1982. -Vol. 40, N3, - 252 p.

18. Electronic Engeneering. 1985. -N705. - 185p.

19. The Technical Journal of ITT. 1982. -Vol. 57, N3, - 356 p.

20. Fujitsu Optical Fiber Cable Transmission System. -1983. 44 p.

21. New Electronics. 1986.-Vol.19, N14. - 30 p.22. EDN. 1988. -N3. -264 p.

22. Rafaelli L. ARCOM Inc. MMW digital radio front ends: market, applications and technology // Microvave Journal. 1997. - N10, - P. 56-61.

23. Красюк Б.А., Корнеев Г.И. Оитические системы связи и световодиые датчики. -М.: Радио и связь, 1985,- 192 с.

24. Мударян А.Г. Система связи по подводным световодным кабелям // Зарубежная электроника. 1985. - № 6. - С.48-51.

25. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов,- М.: Радио и связь, 1987.- 238с.

26. Мударян А.Г., Гольдфорб И.О., Иноземцев В.П. Оптические кабели связи многоканальных линий связи. -М.: Радио и связь, 1987. -200 с.

27. Хабибулина Г.И. Оценка надежности монтажа оптических волокон и кабелей // Электросвязь. -1990,- №1. -С.43 -49.

28. Яковлев A.B. Волоконно-оптическая система передачи конфиденциальной информации//Электросвязь. 1994. -№10. - С. 11-13.

29. Черненко В.Д. Оптомеханика волоконных световодов и кабелей связи.-СПб.: ГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича, 1994. 100 с.

30. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры // Г1.И. Овсищер, А.И. Пименов, Ю.В. Голованов и др.; Под ред. П.И. Овсищера. М.: Радио и связь, 1988. -232 с.

31. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств. -М: Высшая школа, 1990,- 356с.

32. Лутченков Л.С. Оптимальное проектирование несущих конструкций как сложных систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1990. -112 с.

33. Лузин С.Ю. Об одном подходе к задаче компоновки узлов РЭА // Техника средств связи. Сер ТПС. -1990. Вып.З. - С45-51.

34. Фролов В.Н., Львович Я.Е., Меткин H.H. Автоматизированное проектирование и производство РЭС. -ML: Высшая школа, 1991. 286 с.

35. Лутченков JI.С. Автоматизированное проектирование несущих конструкции радиоэлектронных средств. -М. Радио и связь, 1991. 204 с.

36. Сигунова В.А. Основные направления в разработке несущих конструкций РЭА//Радиоэлектроника за рубежом. -1980. -№25. С. 14-30.

37. Рощин Г.И. Несущие конструкции и механизмы РЭА. М.: Высш. школа, 1983. -344 с.

38. ГОСТ 26765. 20-91. Конструкции базовые несущие радиоэлектронных средств. Система построения и координационные размеры.

39. ГОСТ 23586-79. Монтаж электрической радиоэлектронной аппаратуры и приборов.

40. Гуськов Г.Я., Блинов Г.А., Газаров A.A. Монтаж микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1986. - 168 с.

41. Коненков Ю.К., Ушаков H.A. Вопросы надежности радиоэлектронной аппаратуры при механических нагрузках. М.: Сов. радио, 1975. - 144 с.

42. Маквецов E.H. Цифровое моделирование вибраций в радиоконструкциях. М.: Сов. радио, 1976. - 120 с.

43. Карпушин В.Б. Виброшумы радиоаппаратуры. М.: Сов. радио, 1977. -320 с.

44. Талицкий E.H. К расчету демпфирующих средствэлектромонтажных плат РЭА с внешним вибропоглощающим слоем // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. -1979. Вып. 2 - С. 66 - 72.

45. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры // М.Ф. Токарев, E.H. Талицкий, В.А. Фролов; Под. ред. В.А. Фролова. М.: Радио и связь, 1984. - 224 с.

46. Черных К.Ф. Нелинейная теория упругости в машиностроительных расчетах. Л.: Машиностроение, 1986. -336 с.

47. Дульнев Ю.Г. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984. - 247 с.

48. Л айне В. А., Володин Ю.Г. Моделирование теплового режима радиоэлектронных устройств с высокой плотностью компоновки // Техника средств связи. Сер. ТПС. 1987. - С. 15-24.

49. Л айне В. А., Володин Ю.Г. Математическое моделирование теплового режима радиоэлектронных устройств с дискретными источниками теплоты // Техника средств связи. Сер. ТПС. 1988. - Вып. 5. - С. 78-85.

50. Лутченков Л.С., Лайне В.А. Моделирование и анализ тепловых режимов аппаратуры многоканальной связи. СПб.: ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 1995. - 186 с.

51. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании) // А.И. Половинкин, Н.И. Бобков, Г.Я. Буш и др.; Под ред. А.И. Половинкина. -М.: Радио и связь, 1981. 344 с.

52. Хог Э., Apopa Я. Прикладное оптимальное проектирование. Механические системы и конструкции. М.: Мир, 1983. - 478 с.

53. Хог Э., Чой К., Комков В. Анализ чувствительности при проектировании конструкций. -М.: Мир, 1988. 428 с.

54. Ott Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах.- М.: Мир, 1979. -317 с.

55. Волин M.JI. Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре.- М.: Радио и связь, 1981. 296 с.

56. Петровский В.И., Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1986. - 216 с.

57. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем // В.И. Владимиров, A.JL Докторов, Ф.В. Елизаров и др.; Под ред. Н.М. Царькова. М.: Радио и связь, 1985. - 272 с.

58. Теория и методы оценки электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств // Ю.А. Феоктистов, В.В. Матасов, Л.И. Батурин и др.; Под ред. Ю.А. Феоктистова. М.: Радио и связь, 1988. - 216 с.

59. Гут Я.П., Садовой И.Г., Банас В.И. Аналитические методы определения основных конструктивных параметров печатных узлов РЭА // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1977. - Вып. 2. - С. 80-90.

60. Лившиц И.И., Овсшцер П.И., Орчинский А.К. Прогнозирование конструктивных параметров ячеек проектируемой аппаратуры // Вопросырадиоэлектроники. Сер. ЭВТ. 1979. - Вып. 1. - С. 3-9.

61. Асликян Э.С., Барсегян П.Л., Карапетян A.M. Синтез конструктивных параметров ТЭЗ по вероятностной модели монтажной связности //Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. 1981. - Вып. 6. - С. 5762.

62. Ломаков Г.И., Муравьев А.Г. К вопросу размещения микросхем на печатной плате логического модуля // Электронная техника. Сер. 10. Микроэлектронные устройства. -1983. Вып. 4(40). - С. 27-28.

63. Лившиц И.И., Овсищер П.П., Орчинский А.К. Определение конструктивных параметров блоков микроэлектронной аппаратуры // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО.-1979. Вып. 9. - С. 49-54.

64. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры // А.Г. Алексеенко, С.С. Бадулин, Л.Г. Барулин и др.; Под ред. Б.Ф. Высоцкого. М.: Сов. Радио, 1977. -352 с.

65. Верхопятницкий П. Д., Латинский B.C. Справочник по моделированию радиоэлектронной аппаратуры. Л.: Судостроение, 1983. - 232 с.

66. Лузин С.Ю., Лутченков Л.С. Анализ и разработка алгоритмов логического синтеза. СПб.: ГУТ им. проф.М.А. Бонч-Бруевича, 1996. -105 с.

67. Автоматизация проектирования и производства микросборок и электронных модулей // Н.П. Меткин, М.С., Лапин, Б.Н. Деньдобренко, И.А. Домарацкий; Под ред. Н.П. Меткина. ML: Радио и связь, 1986. - 280 с.

68. Гитлиц М.В., Лев А.Ю. Теоретические основы многоканальной связи. М.: Радио и связь, 1985. - 248 с.

69. ГОСТ 26632-85. Уровни разукрупнения радиоэлектронных средств по функционально-конструктивной сложности. Термины и определения.

70. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики). М.: Высш. школа, 1985. -489с.

71. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука. - 1978. - 400 с.

72. Брайер М. Теория и методы автоматизации проектирования вычислительных машин: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. - 284 с.

73. Агафонов А.К. Выбор базового изделия на основе унифицированного ряда РЭА // Средства связи. 1984. - №2. - С. 60-63.

74. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981. - 208 с.

75. Левин В.И. Структурно- логические методы исследования сложныхсистем с применением ЭВМ. М.: Наука, 1987, - 304 с.

76. Хохлюк В.И. Параллельные алгоритмы численной оптимизации. -M.: Радио и связь, 1987. 224 с.

77. Агафонов А.К. Алгоритм выделения многомерного параметрического ряда на множестве объектов унификации // Средства связи. -1986. -№4 с. 44-47.

78. ГОСТ 23517- 79. Соединители низкочастотные на напряжение до 1500 В и прямоугольные комбинированные. Основные параметры и размеры.

79. Елизаров Б. А., Воротилов C.B. Методика разработки промежуточного оборудования подводных линий связи // Техника средств связи. Сер. ТПС. 1987. -Вып.9. - С. 78-81.

80. Голубев A.B. Параметрический синтез многоуровневых конструкций радиоэлектронных средств. СПб.: ГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича, 1998. - 115 с.

81. Максимов A.B. Автоматизация процессов проектирования необслуживаемых ретрансляторов линий связи систем управления. СПб.: ГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича, 1999. - 114 с.

82. Максимов A.B., Методика расчета параметров электромонтажа с учетом требований электромагнитной совместимости // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. СПб., 2001. - Вып. 23. —i ' h1. A-O o1. C. 44-49.

83. Максимов A.B. Статистическая оценка числа контактов электросоединителей кабельных вводов подводных ретрансляторов линий связи автоматизированных систем управления // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. СПб., 2001. - Вып. 23. -С. 50-52.

84. Максимов A.B., Кондратов A.C., Анкудинов Г.И. Статистическая оценка конструктивных параметров жгутового электромонтажа ретрансляторов линий связи // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. СПб., 2001. - Вып. 23. - С. 53-57.