автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процессов выбора видов, методов и параметров электромонтажа радиоэлектронных средств по критериям стоимости

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМОНТАЖА

1.1. Классификация современных видов и методов электромонтажа.

1.2. Сравнительная характеристика перспективных видов и методов межблочного электромонтажа.

1.3. Конструкторско-технологическая реализация межблочного электромонтажа.

2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ ВЫБОРА СПОСОБА И РАСЧЕТА КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМОНТАЖА РЭС.

2.1. Выбор объектов и параметров оптимизации.

2.2. Общесистемная классификация параметров и показателей качества электромонтажа.

2.3. Анализ структуры затрат на реализацию электромонтажа различного вида.:.

2.4. Математическая постановка задачи автоматизированного проектирования межблочного электромонтажа по критерию минимизации трудозатрат.

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА СТОИМОСТНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМОНТАЖА РЭС.

3.1. Статистическая оценка величины трудозатрат на выполнение комбинированного межблочного электромонтажа.

3.2. Определение статистических зависимостей конструктивных параметров электромонтажа методом накрутки и жгутами.

3.3. Определение статистических зависимостей конструктивных параметров комбинированного межблочного электромонтажа.

4. МЕТОДИКИ И АЛЕОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЕО ВЫБОРА

ВИДОВ И МЕТОДОВ ЭЛЕКТРОМОНТАЖА РЭС.

4.1. Методика расчета показателей эффективности электромонтажа по критериям стоимости.

Производство радиоэлектронных средств (РЭС) относится к числу важнейших областей человеческой деятельности, обеспечивающих научно-технический прогресс. Эффективность создания РЭС во многом зависит от конструкторско-технологической реализации электрического монтажа (в дальнейшем - электромонтажа), который занимает 25-30% объема электронных модулей и РЭС в целом и составляет до 30% трудоемкости их изготовления. При этом электромонтаж играет значительную роль в обеспечении ключевых требований качественного и надежного функционирования РЭС. Например, требований высокой скорости и защищенности передаваемой информации, микроминиатюризации, электромагнитной совместимости, нормального теплового режима, механической прочности, технологичности, сокращения сроков и стоимости разработки и производства.

Анализ современных видов, методов и конструктивно-технологических характеристик электромонтажа и перспектив его развития показал, что комплексное решение задач проектирования и производства электромонтажа возможно только на основе разработки и внедрения методов и средств автоматизированного проектирования.

Однако системному исследованию и разработке этой актуальной проблемы не уделялось достаточное внимание, что подтверждается малым количеством публикаций.

Необходимость создания методов и средств автоматизированного проектирования электромонтажа нашла отражение в программе Госстандарта РФ "Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж стандартных электронных модулей" и программе Российского агентства по системам управления "Межотраслевая программа комплексной унификации и стандартизации базовых несущих конструкций общей техники и разработки стандартных электронных модулей радиоэлектронных средств".

Целью диссертации является разработка математических моделей, методик и алгоритмов для автоматизированного выбора оптимальных видов, методов и параметров электромонтажа РЭС по критериям стоимости его производства. В соответствии с этим в диссертационной работе ставились и решались следующие основные задачи: определение и системные исследования перспективных видов и методов электромонтажа и общесистемная классификация его параметров и показателей качества с учетом тенденций развития РЭС; формирование и системный анализ структуры затрат на производство различных видов и методов электромонтажа и математическая постановка задачи выбора его оптимального варианта; разработка математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации стоимостных и конструктивных параметров и показателей качества различных вариантов электромонтажа; разработка эффективных общесистемных и частных алгоритмов и прикладных программ для автоматизированного выбора оптимальных видов, методов и параметров электромонтажа по критериям стоимости его производства; экспериментальные исследования перспективных видов и методов электромонтажа и методик их выбора на основе разработанных прикладных программ.

В диссертационной работе впервые предложен, разработан и внедрен комплекс математических моделей, методик, алгоритмов и программ автоматизированного выбора оптимального варианта электромонтажа для перспективных РЭС как сложных иерархических систем.

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

1. Впервые разработана общесистемная классификация параметров и показателей качества перспективных видов и методов электромонтажа с учетом схемотехнических, конструктивных и технологических тенденций развития РЭС.

2. Впервые разработана математическая постановка задачи выбора оптимального вида, метода и параметров электромонтажа, обеспечивающая минимизацию стоимости его производства.

3. Впервые разработан комплекс математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации стоимостных и конструктивных параметров и показателей качества перспективных видов и методов электромонтажа.

4. Впервые разработаны формализованные общесистемные и частные алгоритмы, обеспечивающие автоматизацию процессов выбора видов, методов и параметров электромонтажа многоуровневых РЭС по критериям стоимости.

На защиту выносятся следующие новые научные положения.

1. Общесистемно я классификация параметров и показателей качества перспективных видов и методов электромонтажа, учитывающая направления развития РЭС, дает реальную возможность комплексно и эффективно осуществить автоматизацию процессов выбора оптимального варианта электромонтажа.

2. Математическая постановка задачи выбора оптимального вида, метода и параметров электромонтажа, целевой функцией которой является минимизация стоимости его производства, создает предпосылки для создания РЭС с высокими технико-экономическими характеристиками.

3. Комплекс математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации стоимостных и конструктивных параметров и показателей качества перспективных видов и методов электромонтажа позволяет построить эффективные алгоритмы автоматизированного решения сформулированных задач, характеризуемых высокой размерностью и недостаточностью априорной информации.

4. Формализованные общесистемные и частные алгоритмы автоматизации процессов выбора видов, методов и параметров электромонтажа иерархической системы РЭС по критериям стоимости пригодны для разработки прикладных программ, решающих поставленные задачи за практически приемлемое время на современных ЭВМ.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании новых методов и средств (машинных программ) для автоматизации процессов выбора оптимальных вариантов электромонтажа перспективных электронных модулей различного уровня иерархии и системы РЭС по критериям стоимости его производства. 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 "ЦНИИРЭС" и ОАО "Авангард" Российского агентства по системам управления разработаны 7 проектов государственных стандартов (ГОСТ 26765.20-; ГОСТ 26765.21-, и другие), в которых использовались результаты диссертационной работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 15-ой межотраслевой научно-технической конференции (НТК) "Теоретические и прикладные вопросы разработки, внедрения и эксплуатации РЭА" (г.Уфа, 16-17 марта 1993 г.); на межотраслевой НТК "Научно-технический прогресс систем передачи информации" (г.Пермь, 6-11 сентября 1996 г.); на 2-ой международной НТК "Системы и средства передачи и обработки информации" (г.Одесса , 7-10 сентября 1998 г.); на межотраслевой НТК "Разработка и внедрение стандартных электронных модулей РЭС" (г.Москва, 18-20 октября 1999 г.); на 2-ой международной НПК "Современные информационные и электронные технологии" (г. Одесса 28-31 мая 2001 г.); на НТК профессорско-преподавательского состава СПб. ВУЗов

1995-2000г.г.).

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 книги [57-64].

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложения. Основной текст работы изложен на 115 страницах. Работа содержит 5 таблиц и 23 рисунка. Список литературы включает 64 наименования отечественных и зарубежных публикаций.

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 для автоматизации процессов проектирования РЭС по критериям стоимости их производства.

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

1. На основе системных исследований современных видов и методов электромонтажа и тенденций развития РЭС как сложных иерархических систем определены перспективные виды и методы электромонтажа и разработана конструкторско-технологическая реализация наиболее эффективных вариантов широко применяемого межблочного электромонтажа.

2. Впервые разработаны общесистемная классификация параметров и показателей качества различных видов и методов электромонтажа и математическая постановка задачи выбора его оптимального варианта с учетом перспективных требований проектирования, производства и эксплуатации РЭС.

3. Впервые разработан комплекс математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации стоимостных и конструктивных параметров и показателей качества перспективных видов и методов электромонтажа, позволяющий реализовать процесс автоматизации в условиях высокой размерности задач и недостаточности априорной информации.

4. Впервые разработаны формализованные общесистемные и частные алгоритмы для автоматизации процессов выбора оптимального вида, метода и параметров электромонтажа на различных стадиях создания перспективных многоуровневых БНК, электронных модулей и РЭС в целом, проектируемых на их основе.

5. На основе разработанных и внедренных прикладных программ проведены экспериментальные исследования перспективных видов, методов и параметров электромонтажа и методик их выбора, которые подтвердили эффективность теоретических и практических результатов диссертационной работы.

Результаты диссертационной работы достаточно широко используются на предприятиях различных отраслей промышленности и в учебном процессе ВУЗов.

1. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры / П.И.Овсищер, Ю.В.Голованов, В.П.Ковешников и др.; Под ред. П.И.Овсшцера. М: Радио и связь, 1988. - 232 с.

2. Лутченков Л.С. Автоматизированное проектирование несущих конструкций радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1991.-204 с.

3. Ефименко A.A., Голов A.B. Система показателей качества конструкций межблочных электрических соединений // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 1998. -№3-4.-С. 16-18.

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

5. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры / П.И.Овсищер, И.И.Лившиц, А.К.Орчинский и др.; Под. ред. Б.Ф.Высоцкого, В.Б.Пестрякова, О.А.Пятлина. -ML: Радио и связь, 1982.-206 с.

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

7. The Bell System technical Journal. 1979. -Vol.58, №10.-183 p.

8. The Technical Journal of ITT. 1982/ -Vol. 57, № 3. - 356 p.

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

10. New Electronics. 1986. - Vol. 19, № 14. - 30 p.

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

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

13. Базовый принцип конструирования РЭА / Е.М.Парфенов, В.Ф.Афанасенко, В.И.Владимиров, Е.В.Саушкин; Под ред. Е.М.Парфенова. -М.: Радио и связь, 1981. 120 с.

14. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования / Под ред. Р.Г.Варламова. М.: Сов. радио, 1980. - 480 с.

15. 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.

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

17. Автоматизация проектирования цифровых узлов / С.С.Бадулин, В.А.Бердышев и др.; Под ред. С.С.Бадулина. М.: Радио и связь, 1981.-240 с.

18. Конструирование и расчет больших интегральных схем, микросборок и аппаратуры на их основе / Г.В.Алексеев, Б.Ф.Высоцкий, Т.Л.Воробьева и др.; Под ред. Б.Ф.Высоцкого. -М.: Радио и связь, 1981. 295 с.

19. Барсегян П.Л., Кочерян Л.А. Математическая модель для исследования монтажных характеристик микроэлектронных конструкций // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. 1985. -Вып. 9.-С. 62-65.

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

21. A.C. №1226682. Кассета для блоков радиоэлектронной аппаратуры / Я.В.Эмпелис, Р.Ю.Бандерс. Опубл. в Б.И., 1986, №15.

22. A.C. №1280709. Кассета для блоков радиоэлектронной аппаратуры / В.М.Ерофеев, А.А.Шулепова, Р.Ю.Бандерс, Я.В.Эмпелис. -Опубл. в Б.И., 1986, №48.

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

24. Лярский В.Ф., Мурадян O.B. Электрические соединители: Справочник. М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

25. Ефименко A.A., Грачев Б.А. Некоторые вопросы выбора видов и методов электромонтажа АПОИ // Техника средств связи. Сер. О. 1990.-Вып. З.-С. 37-48.

26. Гавродин H.H. Методы изготовления гибких печатных плат и кабелей // Зарубежная радиоэлектроника. — 1985. №5. - С. 51-63.

27. Toyama J., Iwai S. Flexible printed circuits // Techno Japan. - 1986. -Vol. 19. -№1.-P. 44-53.

28. Gilleo K. Usine SM devices on flexible circuitry // Electri Onics. -1986.-March.-P. 20-23.

29. Лаймен Д. Новые методы создания плотноупакованных соединительных гнезд для быстродействующих схем // Электроника. 1989, - №10. - С. 31-35.

30. A.C. №1234903. Электрический разъем / А.И.Каверин, А.Ю.Мясников, В.С.Палт и др. Опубл. в Б.И., 1986, №20.

31. A.C. №790368. Разъем / П.И.Болтаев, П.Х.Сулик, Н.П.Ершов и Л.В.Рылов. Опубл. в Б.И., 1980, №47.

32. Hans Brevet. Der Entwicklungsprozess von Steckverbindern für Oberflachenmontage // Der Elektroniker. 1986. - №3. - S. 64, 66-69.

33. Кондрашин Н.М. Переходные контакты в устройствах заземления и экранирования РЭА. М.: Советское радио, 1973. - 136 с.

34. Фролих Я. Непаянные соединения в электронике. М.: Энергия, 1978.-191 с.

35. Размахнин М.К. Соединение накруткой // Зарубежная радиоэлектроника, 1976. № 9. - С. 102-117.

36. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры // И.П.Бушминский, О.Ш.Даутов, А.П.Достанко и др.; Под ред. А.П.Достанко, Ш.М.Чабдарова. -М.: Радио и связь, 1989. 624 с.

37. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике. -М.: Мир, 1986.-349 с.

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

39. Левин В.И. Структурно-логические методы исследования сложных систем с применением ЭВМ. М.: Наука, 1987. - 304 с.

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

41. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании) / А.И.Половинкин,

42. Н.И.Бобков, Г.Я.Буш и др.; Под ред. А.И.Половинкина. М.: Радио и связь, 1981. - 344 с.

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

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

45. Баничук Н.Б. Введение в оптимизацию конструкций. М.: Наука, 1986.-302 с.

46. Кондратов A.C. Алгоритм синтеза оптимального типоразмерного ряда блоков для стоечной аппаратуры связи // Синтез, анализ и моделирование сигналов и систем связи: Сб. науч. тр. учеб. завед. связи / СПб. ГУТ. СПб, 1995. - № 160. - С. 98-102.

47. Методика отработки конструкций на технологичность и оценка уровня технологичности изделий машиностроения и приборостроения. II Из-во стандартов. 1975. - 55 с.

48. Афанасьев В.П., Полуянов В.Т., Кнава В.Д., Киселева Е.Е. Оценка трудоемкости изделий средств связи на стадии проектирования // Средства связи. 1980. - № 1. - С. 34-37.

49. ГОСТ 14.202-73. Правила выбора показателей технологичности конструкций изделий.

50. Справочник по нормированию труда / Под общ. ред. А.А.Пригарина, В.С.Серова. М.: Машиностроение, 1993. - 356 с.

51. Методические указания по расчету основных показателей технологичности конструкции изделия. 4.1. Трудоемкость изготовления. 1-я ред. М.: Госстандарт /ВНИИНМАШ/, 1978. -107 с.

52. Черпанова Н И., Несговоров Б.А. Некоторые вопросы технико-экономического обоснования разработки радиоаппаратуры // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1975. - Вып. 2. - С. 8287.

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

54. Кондрашов A.C. Головной модуль алгоритма синтеза оптимальных несущих конструкций для аппаратуры связи // Синтез, анализ и моделирование сигналов и систем связи: Сб. науч. тр. учеб. завед. связи / ЭИС. СПб, 1993. - № 157. - С. 94-99.

55. Goto S.A. Two-Dimensional Placement Algorithm for Master Slice LSI Layout Problem // Proc. Of the 16th DAC. 1979. P. 11-17.

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

57. Голубев A.B., Кондратов A.C. Математическое моделирование процессов выбора видов и методов электромонтажа радиоэлектронных средств. СПб.: ГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича, 2000. - 184 с.

58. Голубев A.B., Анкудинов Г.И., Кондратов A.C. Проектирование межблочного электрического монтажа стоечной аппаратуры связи на основе стоимостного анализа И Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. СПб., 2001. - Вып. 23. - С. 26-30.

59. Голубев A.B., Г.И., Кондрашов A.C. Математическая постановка задач синтеза базовых несущих конструкций радиоэлектронных средств по критериям стоимости // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Одесса, 2001. - №2. - С. 34-40.

60. Голубев A.B., Г.И., Кондрашов A.C. Статистическая оценка трудозатрат изготовления коммутационных плат радиоэлектронных средств // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Одесса, 2001. - №2. - С. 41-48.

61. Голубев A.B., Максимов A.B. Математическое обеспечение интегрированной системы автоматизированного проектирования базовых несущих конструкций радиоэлектронных средств //