автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов

004615497

На правах рукописи

ВОЛОВИКОВ Валерий Валерьевич

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ РАЗНОРОДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (микроэлектроника) (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

" 2 ЛЕН 2010

Москва-2010

004615497

Работа выполнена на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» Московского государственного института электроники и .чатемагпш (технического университета)

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Ю.Н. Кофанов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Н.С. Данилин

доктор технических наук, доцент СЛ. Никольский

доктор технических наук, профессор Я. А. Хетагуров

Ведущая организация:

ОАО «Авиационная электроника и коммуникационные системы»

Защита состойся «21 » декабря 2010 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.133.03 при Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете) по адресу: ) 09028, Москва, Б. Трехсвятительский пер., д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электроники и математики (технического университета).

Автореферат диссертации разослан «

2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.133.03 кандидат технических наук, доцент

Леохин Ю.Л.

J

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Значительная часть современных радиоэлектронных устройств (РЭУ) по степени интеграции и применяемой элементной базе может быть отнесена к микроэлектронной аппаратуре. Её развитие связано с постоянным ростом требований по миниатюризации, увеличению функциональности, улучшению показателей надёжности, снижению удельных массогабаритных характеристик и т.д. Следствием этого является непрерывное усложнение схемно-конструктивных решений и алгоритмов функционирования. Очевидно, что рост сложности РЭУ, как объекта проектирования, приводит к необходимости увеличения количества и качества исследований, связанных с оценкой соответствия принимаемых схемно-конструктивных решений требованиям технического задания.

Решить задачу интенсификации соответствующих исследовательских работ можно за счёт широкого внедрения в процесс проектирования новых проблемно-ориентированных информационных технологий, позволяющих заменять экспериментальные исследования и экспертные оценки математическим моделированием. В известных системах автоматизированного проектирования достаточно эффективно решаются отдельные задачи компоновки, размещения, трассировки, обеспечения электрических, тепловых, механических характеристик, а гак же задачи электромагнитной совместимости РЭУ. Однако, применение современных CAD/CAE-систем, таких как: Altium Designer, Analog Workbench, ANSYS, Betasoft, COSMOS, COLDPLATE, Mentor Graphics, Microwave Office, MSC.Nastran, PCAD, PRAC, Protei и др. не позволяет учесть взаимодействие физических полей (электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических) в РЭУ подверженных одновременному воздействию нескольких факторов. Указанное взаимодействие встречается в бортовых РЭУ, входящих в состав транспортных, авиационных и космических систем новых поколений ракетно-космической, авиационной и морской техники. Обусловленное физикой протекающих процессов взаимодействие полей имеет паразитный характер, вызывая рабочие нагрузки в РЭУ превышающие суммарную нагрузку под воздействием отдельных факторов, что при эксплуатации приводит к возникновению отказов.

Основная сложность теоретического исследования взаимодействующих физических полей обусловлена высокой степенью их неоднородности, так как РЭУ представляет собой систему многих тел с источниками и стоками энергии, сложным образом распределённых во времени и пространстве. В значительной мере эффекты комплексного взаимодействия характерны для изделий микроэлектронной аппаратуры, что связано с высокой плотностью её компоновки.

Цель работы состоит в повышении показателей технического уровня РЭУ за счёт применения методологии проектирования, основанной на математическом моделировании разнородных физических процессов, протекающих в схемах и конструкциях РЭУ. Методология объединяет в себе модели, методы, методики и программные средства комплексного математического моделирования взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов. Её применение в процессе проектирования РЭУ позволяет предлагать научно обоснованные технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение её обороноспособности.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- выполнен анализ применения моделей, методов и средств математического

моделирования физических процессов при проектировании РЭУ;

- разработан модельный ряд компонентов топологических моделей РЭУ ориентированных на комплексный расчёт в рамках поиска схемно-конструктивных решений защищенных от возникновения системных отказов;

- разработан метод параметризации комплексных топологических моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в схемно-конструктивных решениях РЭУ;

- разработан метод автоматизированного иерархического комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, в основу которого положен совместный итерационный анализ моделей верхнего и нижнего уровней иерархии;

- разработан метод автоматизированного поиска ошибок в комплексных моделях физических процессов РЭУ;

- разработана методика создания многоуровневых комплексных моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ;

- разработана методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при их проектировании;

- разработана архитектура и выполнена программная реализация системы комплексного моделирования физических процессов в РЭУ;

~ разработана методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов.

Основные методы исследования. При решении поставленных в диссертационной работе задач использовались: теория математического моделирования; системный подход; теории теплообмена, гидромеханики и упругости; принципы объектно-ориентированного проектирования; теория систем автоматизированного проектирования.

Научная новизна результатов работы состоит в развитии теории математического моделирования взаимодействия разнородных физических процессов в РЭУ, использование которой позволяет создать базу для новых методов проектирования РЭУ практически не подверженных системным отказам. Отличительной особенностью методологии является возможность своевременного выявления и принятия мер для существенного снижения вероятности возникновения системных отказов РЭУ, вызванных негативным взаимодействием нескольких взаимосвязанных физических процессов, которые другими способами моделирования не выявляются.

В диссертационной работе были получены следующие новые научные результаты:

1. Модельный ряд компонентов топологических моделей РЭУ, позволяющих с повышенной точностью отражать взаимосвязанный характер протекания физических процессов в устройстве, что дает возможность выявлять системные эффекты на самых ранних стадиях проектирования РЭУ.

2. Метод параметризации комплексных моделей физических процессов в схемно-конструктивных решениях РЭУ, позволяющий повысить степень универсальности моделей верхнего уровня, что позволяет при проектировании исследовать более широкий класс РЭУ.

3. Метод автоматизированного иерархического комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ,

обеспечивающий повышенную точность моделирования за счёт итерационного поиска значений зависимых параметров моделей верхнего уровня, при которых устанавливается однозначное соответствие между характеристиками и граничными условиями моделей смежных уровней иерархии.

4. Метод автоматизированного поиска ошибок в моделях взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, обеспечивающий выявление ошибок в моделях и результатах их анализа без проведения натурных испытаний.

5. Методика создания многоуровневых комплексных моделей взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроазродинамических и механических процессов в РЭУ, в отличие от известных предоставляющая возможность создавать модели, поддерживающие итерационный иерархический анализ характеристик РЭУ и верификацию математических моделей.

6. Методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при их проектировании, отличающаяся от известных использованием адаптивной математической модели взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ.

7. Архитектура системы комплексного моделирования физических процессов в РЭУ, позволяющая программно реализовать предложенные в диссертации модели и метода математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов.

8. Методология проектирования РЭУ на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов, объединяющая новые и ранее известные модели, методы и методики, служащая для выявления системных отказов при проектировании РЭУ за счет рассмотрения более широких классов РЭУ и их углубленного исследования.

Практическая ценность работы состоит в:

- создании математического, программного, методического и информационного обеспечения процесса проектирования РЭУ повышенной надёжности;

- повышении эффективности и качества процесса проектирования РЭУ;

- внедрении системы комплексного моделирования в процесс разработки РЭУ в проектирующих организациях и учебный процесс вузов.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы были внедрены в процесс проектирования РЭУ в ряде организаций и научно-исследовательских институтов, а так же в учебный процесс вузов, что подтверждено соответствующими актами внедрения.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надёжности, математического моделирования и информационных технологий» (г. Сочи, 1997-2000 г.г.), Международной научно-технической конференции и Российской научной школе «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий» (г. Сочи, 2001, 2002 г.г.), Международной научно-технической конференции и Российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (г. Сочи, 2003 г.), 53-й, 57-й и 64-ой научных сессиях, посвященных дню радио (г. Москва, 1998 г., 2002 г., 2009 г.), III

Международной выставке-конференции «Информационные технологии и телекоммуникации в образовании» (г. Москва, 2001 г.), научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии» (г. Москва, 1998 г.), научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (г. Москва, 1998 г., 1999 г., 2001-2003 г.), Российской научно-технической конференции «Информационные технологии в проектировании, производстве и образовании» (г. Ковров, 2002 г.), Международная научно-техническая конференции и российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» (г. Сочи, 2005-2010 г.г.).

Отдельные результаты диссертации вошли в состав ряда научно-исследовательских работ (№100378, №100005, №101006, №100026, №100045, №100072), проводившихся на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» Московского государственного института электроники и математики с 2004 по 2009 г.г. Решение изложенной в диссертации научной проблемы осуществлялось при содействии Совета по грантам президента РФ по поддержке молодых российских ученых - кандидатов наук и их руководителей МК-3278.2008.8.

Публикации ио работе. По материалам диссертационных исследований опубликовано 41 печатная работа, в том числе 8 статей в журналах из списка ВАК и 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений.

Автор выражает благодарность специалистам предприятий, в частности Андрееву А.И, (ОАО «Газпром космические системы»), Малютину Н.В. (ОАО «НИЦЭВТ») и Мшценко В.А. (ОАО «АВЭКС») за консультации по вопросам практического использования комплексного моделирования при решении задач проектирования аппаратуры различного назначения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности решенной в работе научной проблемы, сформулированы цель и задачи диссертации, её научная новизна и практическая ценность. Приведены структура диссертации и краткое содержание её глав.

Глава 1. Анализ проблемы комплексного моделирования взаимосвязанных физических процессов РЭУ и постановка задач исследования

В главе проведён анализ современных методов и автоматизированных систем комплексного моделирования физических процессов, применяемых при проектировании микроэлектронной аппаратуры. Отмечено, что к настоящему моменту в мире создано множество различных программных средств для моделирования электрических, тепловых, гидроаэроданамических и механических процессов в технических объектах. Если рассматривать данные программы применительно к расчётам РЭУ, то всё множество программ можно условно разделить на две 1руппы; универсальные и проблемно ориентированные. К универсальным относятся программные средства, предназначенные для анализа разнообразных технических объектов, теоретически позволяющие при наличии

определённого опыта и знаний провести расчёт РЭУ, но не специализированные в этой области. К проблемно-ориентированным относятся программные средства, разработанные для анализа РЭУ. Их пользовательский интерфейс и математическое обеспечение специализировано на особенностях конструктивного исполнения и протекания физических процессов в РЭУ с высокой плотностью компоновки ЭРИ. За счёт этого решение расчётных задач происходит более быстро и с высокой точностью, по сравнению с универсальными программными средствами. Кроме этого проблемно-ориентированные программы позволяют: автоматически определять наиболее уязвимые места схемы и конструкции, обеспечивают автоматический расчёт специальных характеристик, таких как коэффициенты тепловой и электрической нагрузки, автоматизировать процесс составления отчёта, поддерживать обмен данными с другими программными комплексами.

Для решения математических моделей РЭУ в современных программных комплексах (ПК), как проблемно-ориентированных, так и универсальных, используются одинаковые численные методы, такие как: метод узловых потенциалов, Ш-разложения, Ньютона-Рафсона, простых итераций, ВОР, преобразование Фурье и др. При построении моделей используют методы разбиения твердых тел и пространства на конечные элементы, методы расчёта коэффициентов облученности (например, метод иолукуба), а так же алгоритмы локального усреднения теплофизических параметров (расчёт среднего значения коэффициента теплопроводности многослойной печатной платы). Данные методы широко известны и рассмотрены во многих работах.

Проведённый в главе анализ показал, что универсальные ПК, несмотря на широкие возможности и наличие современного математического аппарата моделирования физических процессов, плохо подходят для использования при проектировании сложной РЭУ. В качестве причин этого можно указать:

- универсальные ПК в качестве исходных данных используют геометрическую модель объекта. При попытке точного повторения геометрии и параметров реального РЭУ наличие в её составе большого количества микроэлектронных изделий (до нескольких тысяч в блоках и шкафах) приводит к чрезмерно высокой размерности модели (при определённых сочетаниях параметров программы автоматы оказываются не в состоянии построить конечпоэлементную модель). Из-за большой размерности расчёт модели оказывается настолько длительным, что теряется практический смысл проведения моделирования. По информации, предоставленной специалистами компании ВЕТЛзоИ, расчёт конструктивных узлов, содержащих более пяти ЭРИ, при указанном подходе практически нецелесообразен;

- «ручное» упрощение моделей физических процессов РЭУ связано с принятием ряда допущений и, как правило, выражается в эквивалентном (с точки зрения моделируемого физического процесса) изменении геометрических моделей ЭРИ и граничных условий. Однако, из-за низкого уровня автоматизации и наличия большого количества ЭРИ различных типов в конструкциях РЭУ, качественное «ручное» описание упрощённых моделей является слишком трудоёмким. В результате уровень допущений оказывается высоким, что приводит к большим щнрешностям расчёта. Даже для моделей объектов с относительно небольшим количеством компонентов «ручной» ввод опасен появлением ошибок задания параметров, что приводит неверным результатам расчёта. Особенно плохо поддаётся «ручному» упрощению локальное изменение теплофизических параметров, такое как: локальное изменение теплопроводности, теплоёмкости, массы, жесткости и т.д. При

задании параметров граничных условий (коэффициентов облученности и конвективной теплоотдачи, интегральных значений температур и тепловых потоков, и др.) высокая степень неоднородности физических полей и геометрически сложные совокупности элементов РЭУ приводят к необходимости проведения большого объема дополнительных «ручных» вычислений, что так же является недостатком универсальных ПК;

- моделирование физических процессов в РЭУ имеет своей целью получение специальных характеристик, имеющих значение только в данной предметной области. Например, коэффициенты тепловой и механической нагрузки ЭРИ, температуры кристаллов полупроводниковых элементов и т.д. Универсальные ПК не позволяют автоматизировано вычислять указанные характеристики, а ручная обработка большого объёма данных по ЭРИ, количество которых на только одном ПУ можег достигать нескольких сотен, имеет очень низкую эффективность.

О сложностях применения универсальных ПК при проектировании микроэлекгронной аппаратуры говорит и тот факт, что традиционно занимавшиеся их созданием компании в последние годы стали включать в линейку своих продуктов проблемно-ориентированные программы. Здесь в качестве примера можно привести такие компании как: ANSYS (программы IcePack, IceBoard, IceChip), MAYA (программа Electronic System Cooling), K&K Associates (программа PCAnalyze) и др.

Проблемно-ориентированные IIK, при их применении для проектирования РЭУ, лишены перечисленных выше недостатков универсальных ПК. Хотя многие проблемно-ориентированные ПК, также как и универсальные, используют в качестве исходных данных для расчёта геометрическую модель, однако, её ввод в компьютер осуществляется значительно быстрее и проще. Дело в том, что проблемно-ориентированные ПК всегда имеют в своем составе базу данных моделей ЭРИ и других конструктивных элементов РЭУ, что позволяет быстро собрать из них модель конкретной конструкции (шкафа, блока) или её фрагмента (печатного узла, микросборки и т.д.). При этом модели ЭРИ и компонентов содержат не только геометрическую информацию, но и информацию о параметрах (массе, теплоёмкости, коэффициенте черноты, варианте крепления и т.п.). Их встраивание в математическую модель конструкции происходит автоматически и не требует контроля со стороны пользователя.

Одной из наиболее длительных и рутинных процедур моделирования физических процессов в РЭУ является ввод моделей печатных узлов, которые могут содержать до нескольких сотен ЭРИ в микроэлектронном исполнении. Для устранения этой операции в проблемно-ориентированных ПК используется импорт информации о геометрических моделях из ПК сквозного проектирования печатных плат, таких как: ACCEL, Allegro, Altium, Cadence, PCAD, Mentor, Tango, ZUKEN и др. При этом ЭРИ и компоненты конструкций РЭУ представляются в проблемно-ориентированных ПК математическими моделями, подготовленными специалистами разработчика программы таким образом, чтобы при их невысокой размерности обеспечивалась наибольшая точность расчёта. За счёт этого и размерность математических моделей всей конструкции РЭУ оказывается относительно небольшой, при одновременной высокой точности отражения физических процессов.

Проблемно-ориентированные ПК позволяют получать любые ранее перечисленные специальные характеристики, описывающие физические процессы в РЭУ, что так же является юс преимуществом перед универсальными ПК.

На настоящее время, несмотря на узкую специализацию проблемно-ориентированных ПК, расчёт схемно-конструктивного исполнения РЭУ производится на нескольких .математических моделях. Это связано не только с тем, что отсутствуют программные средства, позволяющие построить и рассчитать модель нескольких физических процессов, но также и с тем, что размерность такой модели оказалась бы слишком высокой. Поэтому при анализе РЭУ повсеместно применяется иерархический подход, заключающийся в том, схемно-конструктивное решение РЭУ представляется в виде моделей нескольких уровней, которые описывают физические поля с различной степенью дискретизации.

В качестве примера указанного иерархического разбиения на уровни можно привести комплекс из трёх программ IcePack, IceBoard и IceChip выпускаемый компанией ANSYS inc. (присутствуют все уровни), ПК ТРиАНА (верхний и средний уровни) и ШС BETAsofi (средний и нижний уровни).

Однако проблемно-ориентированные ПК также имеют недостатки, к которым можно отнести следующее:

- отсутствие возможности полноценного комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамическнх и механических процессов в РЭУ в одном ПК;

- сложность моделирования конструкций РЭУ, содержащих нетиповые конструктивные решения, например, комбинированные системы жидкостно-воздушного охлаждения, внутренние уровни вибро-удароизоляции конструктивных элементов, тепловые шины сложной формы и переменного сечения и т.д.;

- ПК, применяющие иерархический анализ конструкций (комплекс IcePack, IceBoard, IceChip), не позволяют уточнять граничные условия конструктивных элементов нижних уровней иерархии (печатных узлов и ЭРИ) на основе итерационного решения моделей, а обеспечивают только нисходящее моделирование без учёта возможных несоответствий;

- сложность учёта в геометрических моделях конструкций верхних уровней иерархии (блоков, стоек) неявных параметров, таких как: эффективная площадь дополнительных элементов поверхности (является следствием изменения площади теплообмена ПУ за счёт площадей поверхностей ЭРИ), дополнительное аэродинамическое сопротивление монтажа течению теплоносителя, распределение массы и жёсткости по поверхности ПУ и т.д.;

- отсутствие средств верификации параметров модели и граничных условий, что может приводить к неверным результатам моделирования. В этом случае обнаружение ошибок происходит после сопоставления с результатами эксперимента;

- сложность внесения изменений в модель, когда изменение одного конструктивного параметра приводит к необходимости изменения нескольких модельных параметров. В случае с проектированием, при многократном изменение конструктивных параметров (например, при оптимизации) время подстройки модели является неоправданно высоким.

Далее в главе 1 на основе результатов проведенного анализа сформулирована концепция моделирования взаимодействующих физических процессов при проектировании РЭУ, включающая в себя вопросы разработки новых компонентов математических моделей, методов создания, верификации и расчёта комплексных моделей, разработку методического обеспечения, а так же реализацию теоретических результатов в виде программно-методической подсистемы.

Глава 2. Разработка компонентов комплексных топологических моделей взаимосвязанных физических процессов в радиоэлектронных устройствах

В главе описана разработка ряда компонентов топологических моделей РЭУ. При их создании учитывалось, что основная сложность математического моделирования взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов на верхнем уровне заключаются в высокой плотности компоновки конструкций и необходимости усреднения характеристик полей по разным областям пространства, а так же в том, что некоторые эффективные параметры моделей не могут быть выражены только через геометрические и физические параметры конструктивных элементов, а являются зависимыми от потоковых и потенциальных переменных.

Разработанные компоненты топологических моделей удовлетворяют следующим требованиям:

- учитывают комплексный характер протекания электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ с высокой плотностью компоновки;

- пригодны к проведению оптимизации, т.е. автоматически адаптируются под изменение в характере протекания физических процессов (изменение электрических режимов работы, направлений движения энергии и вещества, геометрии, граничных условий и т.д.);

- позволяют организовывать иерархический итерационный анализ моделей верхних и нижних уровней, с целью уточнения значений эффективных параметров, зависимых от потоковых и потенциальных переменных;

- имеют точность, достаточную для проведения инженерных расчётов;

- пригодны для использования в составе топологических моделей, решаемых с помощью численных методов на компьютере.

С учетом этих требований разработаны следующие компоненты топологических моделей: вынужденная конвекция в канале; тепломассоперенос при вынужденной конвекции в канале; плоская горизонтальная воздушная прослойка; естественная конвекция с плоской поверхности; вынужденная конвекция с плоской поверхности; сопротивление трения в канале; сужение/расширение канала; вход/выход в канал через решётку; тройник симметричной формы; тройник приточный; тройник вытяжной; блок, закреплённый на упругих связях.

В табл.1. представлены компоненты моделей, для которых разработаны схемы замещения.

Таблица 1.

№ п.п. Название модели Краткое описание Примечание

1. Тепломассоперенос при вынужденной конвекции в канале 1 в™, 6 э 1 *-•--1 ■> 1-■ «---аз 'г 1 ляО'т!__(Р) -л^Дрм ' 1 1 0 С Повышена точность вычисления температуры и адекватность модели за счёт обеспечения возможности моделирования каналов с разбиением на несколько последовательно соединённых частей.

№ п.п. Название модели Краткое описание Примечание

2. Сопротивление трения в канале, 5-отводе или П-отводе 1 Я« 2 ет-Г-ВШ-'Г—«2 ■Д^ЧА Г схЛо^ их] 02 0 о" Повышена точность вычисления гидравлического сопротивления за счёт учёта изменение объемного расхода_теплоноси-теля и эффекта.самотяги.

3. Тройник симметричной формы Г Тс 1 1з 1 _2 & з Повышена универсальность моделей гидроаэродинамических процессов, за счёт обеспечения возможности моделирования систем охлаждения, содержащих тройники симметричной формы.

4. Тройник приточный 1з Повышена универсальность моделей гидроаэродинамических процессов, за счёт обеспечения возможности моделирования систем охлаждения, содержащих приточные тройники.

5. Тройник вытяжной 1 ' сэ » * * * 3 +г 4з Повышена универсальность моделей гидроаэродинамических процессов, за счёт обеспечения возможности моделирования систем охлаждения, содержащих вытяжные тройники.

6. Блок, закреплённый на упругих связях ■++У < Й У?» и—и Г. ЛЛ Г,.. ' 1 _ г.- Ч-п ~ г1- п, ) \ " М*- Л ' '* ; -> / ! . г С"-Т I Повышена адекватность моделей механических процессов за счёт учета динамических связей в многоуровневых системах виброизоляции.

Таким образом, в данной главе разработаны компоненты тополотческих моделей тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов, позволяющие снизить погрешности расчёта моделей, представляемых в виде эквивалентных схем.

Глава 3. Разработка методов комплексного математического моделирования

взаимодействующих электрических, тепловых, аэродинамических, гидравлических и механических процессов в радиоэлектронных устройствах

Глава посвящена разработке методов, применяемых при комплексном моделировании электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов. При этом предложено 3 метода:

- метод параметризации комплексных топологических моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в схемно-хонструктивных решениях РЭУ;

- метод автоматизированного иерархического комплексного .моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ;

- метод автоматизированного поиска ошибок в комплексных моделях физических процессов РЭУ.

При моделировании электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ верхних уровней иерархии используются математические модели в виде эквивалентных топологических схем, синтезируемых разработчиком индивидуально для каждого РЭУ. Одной га главных причин применения данных моделей является значительное разнообразие возможных вариантов компоновки конструкций, что в общем случае не позволяет формализовать процесс синтеза соответствующих моделей. Комплексные модели в виде эквивалентных схем имеют в своем составе сотни ветвей, каждая из которых описывается несколькими первичными параметрами. Это свойство моделей затрудняет их изменение, которое необходимо, например, при проведении оптимизации или улучшения схемно-конструктивных решений РЭУ.

Задача параметризации комплексной топологической модели состоит е снижении трудоёмкости её изменения при подстройке под изменяемые параметры конкретною схемно-конструктивно1 о решения РЭУ в процессе проектирования. Параметризация не связана с модификацией структуры, но позволяет значительно экономить время на изменение параметров и исключать ошибки, которые может внести в модель человек.

В общем случае комплексная математическая модель в виде эквивалентной цепи может быть представлена кортежем в виде упорядоченной четвёрки:

М = (X, У, (?, Я), (1)

где X - вектор входных воздействий; У - вектор выходных характеристик; (} -множество внутренних модельных параметров; 5 - неориентированный граф, описывающий структуру модели.

При проведении параметризации комплексной модели с помощью предложенного метода определяются множества: Ри - множество функций определяющих первичные параметры ветвей; ¿V; - множество потенциальных переменных узлов модели, использующихся при вычислении первичных параметров ветвей; '^ц - множество потоков ветвей модели, использующихся при вычислении первичных параметров ветвей; (?п - множество геометрических и физических параметров моделируемого объекта.

Элементы множеств Ра, ^ Ч'-л, Оп в свою очередь разделяются на подмножества по признаку принадлежности первичных параметров ветвей к

подмоделям, составляющим комплексную модель. При этом образуются подмножества:

Ч'п ,<?п • 1-1ндексы имеют следующие значения: «Общ» означает, что элементы подмножества используются при описании первичных параметров ветвей не менее чем двух подмоделей физических процессов; «Э», «Т», «А», «М», - элементы подмножества используются при описании первичных параметров ветвей моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов соответственно.

Таким образом, предложенный метод, позволяет представить исходную модель в параметризованном виде, т.е. как кортеж:

Щ = {X, 7, <2МП, Рп, 4>п, <2П, С, (1,г], «06щ, иэ, ит, иА, им), (2)

где и06щ: «Рп, (¿п) Уп0б!Ч. <Й6щ);

vэ■. (Рп, 1Р„, <?п) ->№?. 4 VI <2«Г, Ут- (Ра. Ч'п, <?п) 4 ^

ид-- ч>п. дп) & К <2й); и* <3п) «Г/?, <$)•

Данное представление позволяет разбить сложную задачу изменения комплексной модели на ряд простых и легко управляемых частей.

Анализ методов моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов РЭУ с высокой плотностью компоновки показал, что при применении иерархического подхода имеет место различие между расчётными характеристиками и граничными условиями моделей смежных иерархических уровней. Это несоответствие приводит к снижению точности вычисления выходных характеристик РЭУ.

Для устранения указанного недостатка в диссертации предложен метод автоматизированного иерархического комплексного моделирования физических процессов РЭУ, основанный на применении комплексных топологических моделей верхних уровней составленных из компонентов, предложенных в главе 2. В методе проводится итерационный поиск значений зависимых параметров компонентов моделей верхнего иерархического уровня, что позволяет установить равенство между характеристиками и граничными условиями.

Схема разработанного метода автоматизированного иерархического моделирования представлена на рис. 1.

Метод основан на следующих положениях:

1. Точность моделей нижнего уровня, описывающих процессы в отдельных фрагментах РЭУ, выше, чем точность описания этих фрагментов в модели верхнего уровня.

2. Точность модели верхнего уровня может быть повышена, путем подбора значений эффективных параметров элементов.

3. Погрешности моделирования на нижнем уровне снижаются при увеличении точности задания граничных условий, которые определяются по результатам расчёта модели верхнего уровня.

В соответствии с представленной схемой, на первом этапе проводится расчёт модели верхнего иерархического уровня. Здесь вектор хВУ содержит входные воздействия и граничные условия модели верхнего уровня. Веетор дву — (¡'¡¡вН II ¿/эф содержит первичные параметры компонентов модели верхнего уровня, которые

можно разделить на явные - однозначно определяемые, как значения

геометрических или физических параметров объекта моделирования соответствующие его идеализированному представлению в модели, и эффективные с/эф - характеризующие влияние на интегральные характеристики поля существующих в реальном объекте неравномерностей этого поля и непостоянства геометрических и физических свойств.

Математическая модель верхнего уровня х^.У.Ц'*

Уточнение параметров

КУ = Найти Ч*

V

Математические модели нижнего уровня

хну ,гу ,гу

пи

V.

Г\ГУ,ФВУ

Сравнение характеристик модели ВУ с интегральными характеристиками моделей НУ .„ну _ ,„ву <Р и,к <Р к

<1

ВУ

*Р и,к

< £,/

< £ф

I —НУ

У

такой, что „ну

Ч>», к - <Р¥

Ф и,к

Фи,к

ву

< гф

^ \{фв\ГУ)*УВУ

\{ГУ ,ФНУ)*У1

Рис. 1. Схема метода автоматизированного иерархического комплексного моделирования физических процессов в РЭУ

На втором шаге проводится расчёт моделей нижнего иерархического уровня (МНИУ). При этом вектор хИУ — и х^7 содержит входные воздействия и граничные условия. В х^ входят значения потенциальных <рву и потоковых фву характеристик, полученных при последнем решении модели верхнего иерархического уровня (МВИУ).

На третьем шаге, полученные в результате расчета N011-17 интегральные характеристики сравниваются с соответствующими им характеристиками МВИУ.

При сравнении потенциальных характеристик, интегральные характеристики МНИУ вычисляются, как средние по площади:

= ^ О)

где (Рнх - интегральная потенциальная характеристика ¿-го объекта, полученная в результате расчёта МНИУ; <р]1У- потенциальная характеристика /-го диифета МНИУ; 5; - площадь /-го дискрета.

Интегральные потоковые характеристики МНИУ вычисляются, как суммарное значение потоковой величины, между объектом (или его фрагментом), исследуемым на МНИУ, и соседними объектами, характеристики которых заданы граничными условиями. При этом:

= (4)

где фнх - интегральная потоковая характеристика к-го объекта, полученная в результате расчёта МНИУ; фР~ потоковая характеристика от г-го дискрета МНИУ.

При сравнении характеристик МВИУ с интегральными характеристиками МНИУ используются условия;

<РнХ1>к

< , < £ф,

(5)

(6)

где £<р, Еф - погрешности расчёта потенциальных и потоковых характеристик соответственно.

Если оба условия выполняются для всех сравниваемых характеристик моделей верхнего и нижнего уровней, то расчёт заканчивается, если нет, то переходят к следующему шагу.

На четвёртом этапе, для всех компонентов МВИУ, для которых не выполняются условия (5) и (6) проводится вычисление эффективных параметров по приведённому в диссертации алгоритму.

Далее происходит возврат к первому этапу, где проводится повторный расчёт МВИУ при новых значениях вектора эффективных параметров. Таким образом, итерационное решении МВИУ и МНИУ продолжается до тех пор, пока при сравнении их характеристик не выполнятся условия (5) и (6).

Высокая сложность комплексных моделей верхнего уровня иерархии, описывающих электрические, тепловые, гидроаэродинамичеекке и механические процессы в микроэлектронной аппаратуре, может приводить к ошибкам в описании модели. Основными ошибками являются неверное задание параметров компонентов и их взаимосвязей в модели, а так же неправильно выполненная идеализация протекающих физических процессов. Результатом . указанных ошибок являются высокая погрешность моделирования или отсутствие сходимости метода решения.

В процессе проектирования постоянная экспериментальная проверка результатов моделирования экономически и практически нецелесообразна. Поэтому задачей метода автоматизированного поиска ошибок в комплексных моделях является снижение риска получения неверных результатов расчёта путем применения ряда формализованных процедур, позволяющих проводить верификацию моделей без проведения натурных или макетных испытаний.

Предложенный метод поиска ошибок основан на анализе структуры модели и параметров её компонентов. Объектом исследования метода является комплексная модель электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, представляемая в виде эквивалентной схемы, структура и параметры которой задаются человеком. Результатом применения метода является список ошибок в анализируемой комплексной модели.

Структура предлагаемого метода поиска ошибок представлена на рис. 2.

Кичп/яжоая тсямадгичискм

ФМИЧКККЯ

прсцешш в РЭУ

Общие пдаиля посгровшя

Проверить общие:: правила построения -

'¿С

¡.'■■Г.,'- ■ .¿А-Х--А; —- ■ ^ ■ ----

П(здв«пв «»ЯНМвМКЯ

компонентов и

Прдввршб «одень ив . ннруштий *"*-дс«о смысла протекания'

- . ГРО^ССОЙ

ПрйвИПИ

комлсме^ак,

Связями

■V. Проварить;:'V, ■ упрзэ^ййяв ''Г,

КОМГОИвНТОВ МОПвЯИ

Верифицирован мяв модель

ДЛГЗДМТМи ПрОВВрКИ

модели

Рис. 2. Структура метода автоматизированного поиска ошибок в комплексных моделях физических процессов

Правила, которым должны удовлетворять комплексные модели, не содержащие ошибок, можно условно разделить на следующие группы:

1. Общие правила построения комплексной модели в виде эквивалентной схемы.

2. Правила соединения компонентов эквивалентной цепи, при нарушении которых теряется физический смысл математической модели.

3. Правила проверки взаимосвязей управляемых компонентов комплексной топологической модели.

Общие правила построения комплексной модели определяются видом её представления. В данной работе унифицированной формой представления комплексных .моделей физических процессов являются эквивалентные цепи.

При проверке структуры эквивалентной цепи, можно абстрагироваться от значений потоковых и потенциальных характеристик ветвей и узлов, а гак же параметров вегвей. В этом случае эквивалентная цепь может быть представлена в виде графа, С=(и, Е, у), где и - множество вершин графа; Е - множество ребер

графа; у/ отображение, относящее каждому ребру неупорядоченную пару различных вершин (концов ребра е).

Далее для выполнения проверки используется ненаправленный граф О, соответствующий эквивалентной цепи, который должен иметь структуру, удовлетворяющую определёнными правшами, при нарушении которых расчёт модели становится невозможным. Данные правила подробно изложены в п. 3.3.1 диссертации.

В предлагаемом методе проверка правильности физического смысла математической модели определяется её соответствием правилам соединения элементов эквивалентной цепи. Проверка на ошибки данного типа проводится для моделей тепловых и гидроаэродинамических процессов.

Поясним суть процесса верификации на примере моделей тепловых процессов (МШ). В данной работе узлы МТП определяют температуру твёрдых тел, воздушных объемов или потоков теплоносителя. Очевидно, что один и тот же узел не может быть одновременно поставлен в соответствие температуре твёрдого тела, потока теплоносителя или воздушного объема. Принадлежность узла твердому может быть определена в соответствии с тем, какими концами ветви модели к нему подключены. Например, ветвь тепломассопереноса, моделирующая изменение температуры потока теплоносителя по длине канала подключается к узлам, соответствующим потокам жидкости или газа, а ветви кондукгивного теплообмена - к узлам, соответствующим твёрдым телам. Очевидно, что ветви данного типа не могут иметь общих узлов. Если такие узлы существуют, то это свидетельствует о наличии ошибки в модели, которую допустил разработчик при её построении или вводе в программу моделирования.

Для проверки моделей на наличие ошибок нарушения физического смысла был выполнен анализ ветвей и их параметров с целью установления общих правил подключения к узлам. В результате ветви моделей тепловых и гидроаэродинамических процессов были разделены на множества в соответствии с физической сущностью соединяемых ими узлов. Дальнейший поиск ошибок выполняется на основе алгоритма, подробно описанного в п. 3.3.2 полного текста диссертации.

Для проверки взаимосвязей комплексной топологической модели используется алгоритм выявления ошибок, описанные в п. 3.3.3 диссертации, который основан на анализе взаимосвязей первичных параметров ветвей с характеристиками модели.

Данная проверка выполняется после проверки правил подключения ветвей к узлам модели. При этом комплексная модель представляется в виде графа I — (и,Е,<2мх1,11),11,г1,в), где <2МП - множество параметров ветвей модели; ц:Е-> -отображение, ставящее в соответствие каждому ребру ееЕ, подмножество параметров (}Е,т е <ЭМП; г}\ (?мп -» У - отображение, ставящее в соответствие каждому параметру ц £ <?мп вершину и £ У; 0:<2мд Е - отображение, ставящее в соответствие каждому параметру ц е @мп ребро ееЕ.

При поиске возможных ошибок рассматривается три вида связей комплексной модели: подмоделей электрических и тепловых процессов; подмоделей гидроаэродинамических и тепловых процессов; подмоделей тепловых и механических процессов.

Таким образом, в главе предложены методы, позволяющие снизить погрешность расчёта и уменьшить трудоёмкость проектных исследований, основанных на использовании комплексных математических моделей РЭУ.

Глава 4. Разработка программного обеспечения подсистемы комплексного моделирования физических процессов в радиоэлектронных устройствах

В главе рассмотрены вопросы программной реализации моделей и методов математического моделирования взаимодействующих электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в схсмно-конструктивных решениях РЭУ. Программная реализация выполнена в виде проблемно-ориентированной подсистемы АСОНИКА-П, которая входит в состав автоматизированной системы АСОНИКА. Основное внимание в главе уделено разработке архитектуры программного обеспечения, представляющей собой ряд схем, описывающих части созданной подсистемы и способы их взаимодействия между собой, а так же с другими программными средствами, используемыми в процессе проектирования РЭУ. Последнее необходимо, в том числе, для проведения итерационного комплексного иерархического анализа физических процессов. При этом были разработаны такие представления архитектуры подсистемы, как структура подсистемы и схемы классов программ подсистемы.

Разработанная подсистема АСОНИКА-П представляет собой пакет программ для компьютера, функционирующих под управлением операционной системы Windows. Причем подсистема может работать как в составе системы АСОНИКА, гак и в автономном режиме. Подсистема АСОНИКА-П может использоваться как в инженерной практике, при разработке микроэлектронной аппаратуры, так и в процессе подготовки специалистов в области комплексного математического моделирования физических процессов в РЭУ.

Учитывая принципы системного подхода к проектированию РЭУ и аспекты разработки качественного программного обеспечения, к подсистеме АСОНИКА-П предъявляются перечисленные ниже требования. Подсистема должна:

- позволять моделировать взаимодействующие электрические, тепловые, гидроазродинамические и механические процессы в схемно-конструктивных решениях РЭУ с высокой плотностью компоновки, в том числе с использованием новых моделей и методов, предложенных в главах 2 и 3 соответственно. При этом должна иметься возможность моделирования физических процессов, как по отдельности, так и с учетом комплексного характера их протекания;

- иметь возможность функционирования в автономном режиме или в составе системы АСОНИКА, а также совместно с другими программами математического моделирования, что позволяет реализовать итерационный комплексный иерархический анализ физических процессов в схемно-конструктивных решениях РЭУ;

- позволять создавать параметризованные модели разнородных физических процессов, протекающих в схемах и конструкциях РЭУ, реализуя, таким образом, метод параметризации комплексных топологических моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов;

- позволять проводить автоматизированную верификацию комплексных моделей физических процессов в РЭУ, реализованных в виде эквивалентных схем, с использованием описанного в п. 3.3 метода;

- позволять проводить исследование схемно-конструктивных решений РЭУ в режиме тюнера, когда за изменением пользователем любого из параметров модели

физических процессов следует автоматический расчет выходных характеристик и их отображение на экране компьютера;

- позволять пользователям получать знания в области комплексного моделирования физических процессов в РЭУ;

- иметь архитектуру, позволяющую реализовать программное обеспечение, отвечающее таким атрибутам качества, как практичность, отказоустойчивость и надежность.

Разработанная подсистема, структурная схема которой приведена на рис. 3, условно разделена на четыре части: программу комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов; служебные программы разработчика РЭУ; служебные программы разработчика программного обеспечения; базу данных и файлы данных.

Подсистема комплексного моделирования физических процессов в РЭУ АСОНИКА-П

Программа расчёта коэффициентов облученности

Программа расчета интегральных характеристик физически* процессов

Программа комплексного моделирования «л*ктрич*ски*, тепловых, гмдро аэродинамических и механических процессе» в РЭУ

Программа создания векторных изображений компонентов топологических мсделей

Системы анализа электрических процессов а схемах

Системы анализа тепловых процессов в конструкциях нижних уровней иерархии

Ост ем ы анализа шдроазрсдинамических процессов в конструкциях нижних уровней

Системы анализз механических процессов в конструкциях нижних уровней иерархии

Система управления проектами

Система электронного документооборота

Системы расчета показателей надёжности

Рис. 3. Укрупнённая структурная схема подсистемы комплексного моделирования разнородных физических процессов в РЭУ

Главной составляющей подсистемы АСОНИКА-П является программа комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов (далее программа моделирования) в РЭУ. Эта программа является основным инструментом, с помощью которого проводится исследование режимов работы схемы и конструкции РЭУ, как при проектировании, так и в процессе обучения.

В рамках разработанной подсистемы программа моделирования через пользователя взаимодействует со служебными программами разработчика РЭУ.

которые позволяют на основе конструктивных и теплофизических параметров вычислять параметры ветвей эквивалентных схем (программа расчёта коэффициентов облученности и программа расчёта эквивалентной теплопроводности ПУ), а также проверять правильность идеализации модели, путём анализа результатов расчёта конструктивных элементов нижних уровней иерархии (программа расчёта интегральных характеристик физических процессов).

Для демонстрации возможностей применения подсистемы в процессе проектирования РЭУ и реализации функций обучения в составе подсистемы имеются примеры моделирования РЭУ, которые выполнены в виде *.Ыт1 файлов.

При вводе эквивалентных схем электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в компьютер используются векторные графические изображения компонентов (ветвей), что необходимо для обеспечения простоты масштабирования изображения схемы. Изображения хранятся в файлах с расширением "Лпщ, которые создаются с помощью служебной про1раммы создания векторных изображений компонентов топологических моделей.

Для некоторых типовых компонентов моделей в программе предусмотрено применение схем замещения, состоящих только из двухполюсных ветвей. Такие схемы замещения создаются с помощью графического редактора программы моделирования. Назначения входов и выходов схемы замещения, их логическая связь с входами и выходами компонента эквивалентной схемы и описание параметров производится с помощью служебной программы подключения схем замещения компонентов.

В процессе решении проектных задач подсистема АСОНИКА-П взаимодействует с рядом сторонних систем.

Так как предложенный в работе метод расчёта основан на итерационном использовании моделей верхних и нижних уровней, то подсистемой АСОНИКА-П организуется обмен данными с системами анализа конструкций нижних иерархических уровней, В качестве систем нижнего уровня могут использоваться такие системы, как: ОгСАО - для анализа электрических схем; АСОНИКА-Т (ТРиАНА) для расчёта тепловых режимов ПУ и ФЯ; АСОНИКА-ТМ - для анализа механических режимов ПУ и ФЯ; С08М08Р1о\^огкз - для анализа гидроародинамических процессов в нетиповых элементах системы охлаждения.

Полученные результаты используются для расчёта показателей надёжности в специализированных программах, например подсистеме АСОНИКА-К. Данные при этом передаются через РВМ-систему с помощью конверторов, или переносятся пользователем вручную непосредственно из отчета по моделированию.

Для описания архитектуры программ, входящих в состав разработанной подсистемы комплексного моделирования разнородных физических процессов в РЭУ АСОНИКА-П использован универсальный язык моделирования ЦМЬ. Модель классов программы комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, описание классов программы моделирование и модели классов других программ входящих в подсистему приведены в четвертой главе диссертации.

Глава 5. Разработка методического обсспечеаия проектировании РЭУ и экспериментальные исследования

В главе рассмотрены методические аспекты применения разработанных в предыдущих главах диссертации моделей, методов и программ комплексного моделирования взаимодействующих физических процессов в микроэлектронной аппаратуре. В частности предложены:

- методика создания многоуровневых комплексных моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ;

- методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при проектировании;

- методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов.

В этой же главе дано описание экспериментальных исследований проведённых с целью определения погрешностей метода автоматизированного иерархического комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, и приведены результаты внедрения разработанной методологии на промышленных предприятиях и в высших учебных заведениях.

Методика создания многоуровневых комплексных моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ основана на использовании приведённых в главе 2 математических моделях, методе автоматизированного иерархического комплексного моделирования, рассмотренном в главе 3, и программах, описанных в главе 4. Данная методика дополняет существующее методическое обеспечение проектирования микроэлектронной аппаратуры, обеспечивая снижение погрешностей математического моделирования схем и конструкций устройств, подвергающихся одновременному воздействию нескольких факторов.

Методика носит обобщенный характер, поэтому при её применении необходимо выделить в её структуре действующие и нефункционирующие (не использующие в частных случаях) блоки и связи. Данная операция производится в соответствии со следующими тремя характеристиками, определяющими свойства объекта исследования:

- количеством рассматриваемых в математической модели проектируемого РЭУ физических процессов. Например, в комплексных моделях устройств, не оборудованных системами принудительного воздушного или жидкостного охлаждения, не рассматриваются гидроаэродинамические процессы;

- уровнем проработки схемно-конструктивного решения РЭУ, достигнутом на текущем этапе проектирования. В частности, при концептуальном проектировании глубина проработки конструкции может не позволить разработать модели конструктивных элементов нижних уровней иерархии, и, следовательно, такие модели не будут включаться в комплексную многоуровневую модель устройства на этом этапе;

- практической возможности совместного воздействия на объект нескольких факторов. К примеру, механические воздействия на РЭУ, имеющие место при его транспортировке в выключенном состоянии, необходимо моделировать отдельно, без учета связей с другими процессами в схеме и конструкции устройства.

Результатом применения методики является математическая модель, позволяющая оценить характеристики и режимы работы РЭУ, возникающие при одновременном воздействии на него нескольких факторов. При этом в зависимости от глубины проработки технических решений и их отражения в математической модели могут быть получены интегральные характеристики или характеристики отдельных ЭРИ.

В качестве исходных данных используется техническое задание на моделирование РЭУ, составленное сотрудниками подразделения (конструкторского отдела), занимающегося проектированием электрической схемы и конструкции, и оформленное, согласованное и утвержденное в установленном на предприятии порядке. В случае если степень проработки проекта это позволяет, то для моделирования в обязательном порядке должны использоваться описания РЭУ выполненные в соответствии с требованиями ЕСКД.

Выходными данными является выполненная в электронном виде многоуровневая комплексная модель электрических, тепловых, гадроаэродиншических и механических процессов в РЭУ, которая содержит множество взаимосвязанных подмоделей.

В качестве управления выступают ограничения на математические модели, методы их решения и применяемые программы, которые должны учитываться при рассмотрении возможности исследования физических процессов в схемно-конструктивном решении путем математического моделирования.

Создание модели выполняется (поддерживается) сотрудниками подразделения проектирующей РЭУ организации, ответственными за выполнение данного вида работ.

Дочерняя диаграмма, описывающая основные этапы методики приведена на

рис. 4.

В данной методике глубина рассмотрения физических процессов в схемно-конструктивном решении РЭУ зависит от уровня его проработанности, достигнутом на текущей стадии проектирования. По мере проработки схемы и конструкции отдельные подмодели и комплексная модель могут усложняться и дополняться. Данные действия выполняются на основе анализа расчётных характеристик подмоделей физических процессов верхних и нижних уровней (блок А6), когда выявляется недостаточная степень дискретности подмоделей верхнего уровня и, как следствие, необходимость изменения граничных условий. При этом разработчиками повторно выполняются некоторые работы, описанные в данной методике, и обязательно проводится верификация изменённых подмоделей и комплексной модели.

Методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при их проектировании также приведена в главе 5. Здесь под исследованием понимается целенаправленный поиск схемно-конструктивных решений, осуществляемый с использованием единой многоуровневой комплексной модели РЭУ, позволяющий увеличить объем и точность расчётов, на основе результатов которых осуществляется оперативное управление процессом проектирования. Указанный эффект достигается за счёт применения разработанных в предыдущих главах диссертации моделей, методов и программных средств, позволяющих автоматизировать трудоёмкие процессы изменения, проверки и обмена данными между математическими моделями физических процессов в микроэлектронной аппаратуре.

Рис. 4. Дочерняя диаграмма блока АО методики создания многоуровневых комплексных моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ

Из-за обобщенного характера методики в ней для каждого частного случая проектных исследований РЭУ выделяются действующие и неиспользуемые фрагменты. Действующие фрагменты определяются путем предварительного анализа диаграммы дестабилизирующих факторов в сочетании с текущей стадией проектирования, способом его ведения (восходящее, нисходящее) и т.п.

Методика основана на использовании в процессе проектирования многоуровневой математической модели РЭУ, отражающей взаимосвязанный характер протекания электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов. Поэтому основное внимание в ней уделено решению проектных задач, связанных с анализом соответствующих характеристик РЭУ. При использовании методики следует учитывать, что характеристики схемно-конструктивных решений могут быть получены не только путем моделирования, но и на основе физических экспериментов и экспертных оценок. Однако ввиду ориентированности данной методики на математическое моделирование данные виды анализа подробно в ней не рассматриваются. По этой же причине в методике более подробно рассмотрены работа, непосредственно связанные с оценкой схемно-конструктивных решений путём комплексного математического моделирования РЭУ, и относительно кратко рассмотрены вопросы подготовки конструкторской и технологической документации.

Процесс проектирования рассматривается с точки сотрудников подразделений проектирующей РЭУ организации, решающих задачи по созданию схемно-конструктивного решения РЭУ обеспечивающего электрические, тепловые, гидроаэродинамические и механические характеристики разрабатываемого устройства.

Основные этапы методики исследован™ комплексных эффектов в РЭУ при проектировании приведены на рис. 5.

Цель применения методики состоит в предложении схемно-конструктивного решения РЭУ отвечающего требованиям технического задания к показателям назначения, надёжности и качества.

Исходными данными является техническое задание на проектирование РЭУ, составленное заказчиком, оформленное, согласованное и утверждённое в установленном на предприятии порядке.

Выходными данными является схемно-конструкгавное решение РЭУ, описанное в комплекте электронных документов.

Управляющей информацией являются ограничения на характеристики и параметры схемы и конструкции, изложенные в ТЗ, а также конструктивно-технологические ограничения, сформулированные в ГОСТ, НТД, СТП и другой документации, применяющейся на проектирующем предприятии.

В процессе проектирования работы блока А1 проводятся циклически, по мере завершения отдельных этапов. Оценка зтапности и разработка частных ТЗ выполняются сотрудниками подразделений, решающих аналитические задачи, например, сотрудниками отдела главного конструктора (ОГК). При этом результаты моделирования, поставленные в соответствие требованиям ТЗ (основного и частных), служат исходными данными для оценки этапности и формулировки требований новых частных ТЗ, выдаваемых проектировщикам или соисполнителям.

Рис. 5. Дочерняя диаграмма методики исследования комплексных эффектов

На основе сформулированных частных ТЗ разработчиками ОГК и конструкторских отделов (КО) решаются частные вопросы по предложению схемно-конструктивных решений РЭУ (блок А2).

После предварительной разработки электрической схемы и (или) конструкции РЭУ формулируется ТЗ на их моделирование, которое кроме описания схемно-конструктивного решения РЭУ и характеристик воздействующих факторов должно содержать: диаграмму сочетаний воздействующих факторов; ограничения на изменение схемно-конструктивных параметров РЭУ; описание характеристик РЭУ, которые необходимо получить в результате расчёта и ограничения на эти характеристики. При формулировке этого ТЗ принимают во внимание ограничения моделей, методов, методик и ПО моделирования. В некоторых случаях могут возникать ситуации, когда оценка характеристик РЭУ с помощью существующих средств математического моделирования невозможна. Тогда необходимо выбрать другие средства математического моделирования, доработать существующие или выбрать иной способ оценки схемно-конструктивного решения, например, физическое моделирование.

Исходными данными работ блока АЗявляются:

- ТЗ на моделирование (сформулированное или изменённое в процессе проектирования);

- модели РЭУ созданные в процессе разработки данного РЭУ или других изделий, в состав которых входят похожие конструктивные элементы и узлы.

В качестве ограничений выступают ограничения моделей, методов, методик и ПО моделирования.

После выполнения работ блока АЗ результаты расчётов используются для анализа правильности принятых схемно-конструктивных решений, а разработанные модели сохраняются с целью их дальнейшего использования на последующих этапах проектирования.

Далее проводится анализ результатов моделирования и, при необходимости, внесение изменений в схемно-конструкгивное решение РЭУ (блок А4). Этот процесс описывается диаграммой, приведенной на рис. 6.

Если все требования ТЗ в части обеспечения характеристик физических процессов выполнены, и уточнённое геометрическое моделирование не выявляет конфликтов, то переходят к описанию полученных схемно-конструктивных решений. Результатом выполнения данной работы является конструкторская документация, подготовленная в необходимом для текущего этапа проектирования объеме, которая поступает в блок А!.

Если возможности по изменению схемно-конструктивного решения РЭУ исчерпаны, а требования Т'3 к физическим процессам не обеспечены, то переходят к блоку А48. При этом в документах кратко описывается наиболее удачное из полученных схемно-конструктивных решений РЭУ (с указанием его расчётных характеристик). Этот документ возвращается в блок А1 где принимается решение об изменении частного ТЗ или проведении других проектных мероприятий.

Разработанные в диссертация математические модели, методы, программное обеспечение и методики положены в основу предлагаемой методологии проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов, укрупнённая структурная схема которой представлена на рис. 7.

Отличие данной методологии от известных состоит в возможности выявления при проектировании РЭУ с высокой плотностью компоновки недостатков схемно-конструктивных решений, являющихся причинами системных отказов, которые вызваны взаимодействием нескольких взаимосвязанных физических процессов. Это достигается за счет снижения погрешностей моделирования, сокращения времени на верификацию и изменение моделей при проектировании, что в свою очередь позволяет увеличить объем и глубину целенаправленных исследования схемно-конструктивных решений в процессе разработки. Основной областью применения методологии является проектирование микроэлекгронной аппаратуры, работа которой сопряжена с высокими мощностями тепловыделения, и, как следствие, необходимостью тщательной проработки при проектировании электрической схемы, системы охлаждения и виброудароизоляции с учетом взаимодействия электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических полей.

В соответствии с разработанной методологией схемно-конструктивное решение РЭУ представляется в виде многоуровневой комплексной параметризованной модели электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических (Э.Т.ГА.М.) процессов, которая интегрирует модели верхних и нижних уровней иерархии. При этом модели верхних уровней содержат эффективные параметры, управление которыми позволяет снижать погрешность расчёта характеристик РЭУ.

Рис. 6. Дочерняя диаграмма методики исследования комплексных эффектов (блок А4)

Универсальность моделей физических процессов в РЭУ, в том числе комплексных, обеспечивается расширенным модельным рядом элементов эквивалентных схем (используются для построения моделей верхних уровней).

...1.....

г <,

я * II

4

я »-.

К Ь.

Рис. 7. Укрупненная схема методологии проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов

Для работы с многоуровневой моделью в процессе проектирования разработана методика создания многоуровневых комплексных моделей Э.Т.ГА.М. процессов в РЭУ, охватывающая вопросы объединения отдельных моделей на основе комплексных взаимосвязей физических процессов внутри одного уровня и иерархических взаимосвязей смежных уровней. Здесь же рассматриваются вопросы параметризации модели, использование которой позволяет значительно сокращать трудоёмкость изменения модели в процессе проектирования и обеспечивает возможность её применения для решения задач оптимизации.

Высокая сложность многоуровневой комплексной модели является причиной разработки метода её верификации, которая осуществляется без проведения эксперимента. При этом проверка осуществляется с помощью алгоритмов основанных на автоматическом выявлении в структуре моделей типовых фрагментов, внутри которых параметры нескольких различных элементов должны иметь одинаковые значения.

После выполнения проверки производится расчёт характеристик РЭУ с использованием метода автоматизированного иерархического комплексного моделирования физических процессов. Данный метод реализует процесс решения многоуровневой комплексной модели. В его основе лежит итерационный процесс вычисления эффективных параметров верхнего уровня, что позволяет установить равенство между характеристиками и граничными условиями моделей верхних и нижних уровней. Результатом применения метода является снижение погрешности расчёта многоуровневых моделей по сравнению со стандартным иерархическим подходом.

При этом задачи расчёта отдельных моделей верхних и нижних уровней, решаемые при независимом протекании физических процессов в РЭУ, а так же при выполнении отдельных итераций комплексного расчёта, выполняются с помощью методов, разработанных другими авторами.

Вопросы практического применения разработанных моделей, методов и методик при проектировании описаны в методике исследования комплексных эффектов в РЭУ. Методика позволяет осуществлять целенаправленный поиск схемно-конструктивных решений не подверженных системным отказам за счёт повышенной точности моделирования, увеличения объема расчётов и оперативного упраатения процессом проектирования РЭУ на их основе.

Синтез и выбор схемно-конструктивных решений РЭУ может осуществляться на основе известных процедур оптимального проектирования, например: процедуры оптимального проектирования радиоэлектронных средств, подверженных внешним тепловым и механическим воздействиям при обеспечении наилучшего соотношения стоимость-надежность; процедуры оптимального проектирования РЭС с оптимальным расходом хладоносителя и др.

Разработанные модели, методы и программное обеспечение были проверены на наборах тестовых задач с известными решениями и экспериментально, на макетных образцах и реальных изделиях РЭУ, в том числе характеризующихся высокой степенью интеграции.

На тестовых задачах, имеющих аналитическое решение, проверялась погрешность расчёта моделей предложенных в работе компонентов эквивалентных схем. При этом имело место точное совпадение с аналитическими решениями. Это объясняется тем, что реологические параметры компонентов эквивалентных схем вычисляются по формулам, в основе которых лежат данные аналитические

зависимости. Т.е. на данном классе задач преимущественно проверялись точность методов решети и правильность программной реализации моделей компонентов и методов расчёта. Как следствие этого, сравнение результатов расчёта с опубликованными в литературе экспериментальными характеристиками показало, что полученная погрешность определяется только аналитическими зависимостями, положенными в основу вычисления реологических параметров компонентов.

Исследование точности комплексного моделирования на макетных и реальных образцах РЭУ проводилось на предприятии ОАО «Авиационная электроника и коммуникационные системы», разрабатывающем и изготовляющем бортовые РЭУ космических аппаратов, морских корабельных комплексов, а так же аппаратуру для их испытаний. При этом совпадение с результатами испытаний макетных образцов и испытательного оборудования, имитирующего электрическую нагрузку аппаратуры, составило: для электрических характеристик не хуже 2%, для тепловых характеристик не хуже 7% (исследовались наиболее теплонагруженные ЭРИ), для гидроаэродинамических характеристик не хуже 8%, для механических характеристик не хуже 10% по резонансным частотам.

Для реальных конструкций погрешности расчёта составили: для электрических характеристик не хуже 6%, для тепловых характеристик не хуже 15%, для гадроаэродинамических характеристик не хуже 9%, для механических характеристик по резонансным частотам не хуже 12%, Меньшие погрешности моделирования макетных образцов и испытательного оборудования, имитирующего электрическую нагрузку аппаратуры, объясняются их более простыми электрическими схемами и внутренней компоновкой конструкций.

Результаты проведённой экспериментальной проверки подтвердили, что точность разработанных моделей и методов комплексного моделирования выше, чем раздельного, и достаточна для практического применения в задачах проектирования РЭУ.

Таким образом, внедрение в практику проектирования РЭУ разработанной методологии проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов привело к повышению эффективности процесса проектирования за счёт обеспечения возможности своевременного выявления и принятия мер к снижению количества отказов в РЭУ, возникающих при одновременном воздействии на устройство нескольких факторов.

В заключении обобщены основные научные и практические результаты диссертационной работы, а так же описаны возможные направления дальнейшею развития моделей и методов комплексного моделирования физических процессов при проектировании РЭУ.

В приложении приведены копии актов внедрения результатов диссертационной работы и копии Свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Наиболее существенные результаты диссертационного исследования заключаются в том, что:

1. Проведён анализ современного состояния проблемы применения моделей, методов и средств математического моделирования физических процессов при

проектировании РЭУ с высокой плотностью компоновки.

2. Разработан модельный ряд компонентов топологических моделей РЭУ ориентированных на комплексный расчёт в рамках поиска схемио-коиструкгивных решений не подверженных многофакторным отказам.

3. Разработан метод параметризации комплексных топологических моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в схемно-конструктивных решениях РЭУ.

4. Разработан метод автоматизированного иерархического комплексного моделирования электрических, тепловых, гидрсазродинамических и механических процессов в РЭУ, в основу которого положен совместный итерационный анализ моделей верхнего и нижнего уровней иерархии.

5. Разработан метод автоматизированного поиска ошибок в комплексных моделях физических процессов РЭУ основанный на анализе структуры модели, параметров её компонентов и расчётных характеристик, позволяющий выявлять ошибки в моделях без проведения натурных, макетных и других испытаний.

6. Разработана методика создания многоуровневых комплексных моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, основанная на использовании предложенных математических моделей и метода автоматизированного иерархического комплексного моделирования.

7. Разработана методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при их проектировании, описывающая процесс целенаправленного поиска схемно-конструктивных решений, осуществляемого с использованием единой многоуровневой комплексной модели РЭУ, и позволяющая увеличить объем и точность расчётов, на основе результатов которых ведётся оперативное управление процессом проектирования микроэлектронной аппаратры.

8. Разработана архитектура и выполнена программная реализация системы комплексного моделирования физических процессов в РЭУ, в которую заложены предложенные в работе модели и методы комплексного моделирования взаимосвязанных физических процессов.

9. Разработана методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов, базирующаяся на предложенных в диссертации математических моделях, методах, программном и методическом обеспечении.

10. Выполнена экспериментальная проверка разработанных в рамках диссертации моделей, методов, методик и программного обеспечения.

И. Осуществлено внедрение разработанных моделей, методов, методик, программного обеспечения и методологии в целом в процесс проектирования РЭУ на промышленных предприятиях и учебный процесс вузов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кофанов Ю.Н., Воловиков В.В., Ипгатовский А.Н. Автоматизация поддержки профессионального творчества в проектировании радиоэлектронных средств. // Информационные технологии в проектировании и производстве: науч.-техн. журн. М.ГГУП «ВИМИ». 2002. № 3. С. 2 - 8.

2. Воловиков В.В. Разработка учебной программы моделирования разнородных физических процессов: тезисы докладов / Научно-техническая

конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ. М.: МГИЭМ, 1998. С. 133-134.

3. Воловиков В.В. Проектный вариант программы моделирования разнородных физических процессов: тезисы докладов / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ. М.: МГИЭМ, 1998. С. 240.

4. Кофанов Ю.Н., Воловиков В.В. Программа расчета разнородных физических процессов, протекающих в радиоэлектронной аппаратуре: тезисы докладов / L1II научная сессия, посвященная дню радио. М.: РНТО РЭС им. A.C. Попова, 1998. С. 50-51.

5. Воловиков В.В., Желтов Р.Л., Кофанов Ю.Н. Обучающая программа моделирования разнородных физических процессов, протекающих в радиоэлектронной аппаратуре: материалы / Сборник научных трудов Всероссийской с международным участием научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 103-й годовщине дня Радио. Красноярск, 1998. С. 231.

6. Воловиков В.В. Расчёт функций чувствительности во временной области для задач диагностики: материалы / Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий. Международная научно-техническая конференция и Российская школа молодых ученых и специалистов. М.: НИИ «Автоэлектроника», 1998. Ч. 3. С. 37-38.

7. Воловиков В.В., Желтов Р.Л. Учебно-исследовательская подсистема моделирования разнородных физических процессов в БРЭУ: материалы / Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Международная научно-техническая конференция и Российская школа молодых ученых и специалистов. М.: НИИ «Автоэлеетроника», 1999. Ч. 5. С. 142.

8. Воловиков В.В. Принципы построения программы комплексного моделирования физических процессоз для учебно-исследовательской подсистемы: материалы / Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий. Международная научно-техническая конференция и Российская школа молодых ученых и специалистов. М.: НИИ «Автоэлектроника», 2000.

9. Воловиков В.В. Применение ЭВМ для поддержки профессионального творчества в технических областях: материалы / Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Международная конференция и Российская научная школа. М.: 2001. Часть 1. С. 152.

10. Кофанов Ю.Н., Воловиков В.В. Межотраслевая система компьютерной поддержки профессионального творчества в технических областях: материалы / III Международная выставка-конференция «Информационные технологии и телекоммуникации в образовании». М.: 2001. С. 61-62.

11. Воловиков В.В. Система автоматизированной поддержки профессионального творчества в радиоэлектронике: материалы / Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Международная конференция и Российская научная школа. М.: Радио и связь, 2002. Ч. 1. Кн. 1. С. 50-52.

12. Манохин А.И., Каменев В.Б., Воловиков В.В. Автоматизированное моделирование тепловых режимов прибора стоечной конструкции: материалы / Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных,

электронных и лазерных технологий. Международная конференция и Российская научная школа. М.: Радио и связь, 2002. Ч. 1. Кн 2. С. 26-32.

13. Воловиков В.В. Поддержка поискового проектирования и развитие навыков профессионального творчества: материалы / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов, посвященная 40-летию МИЭМ. М.: МИЭМ, 2002. С. 176-177.

14. Воловиков В.В. Использование математического моделирования при профессиональном творчестве в радиоэлектронике: Сборник трудов / Информационные технологии в проектировании, производстве и образовании. Российская научно-техническая конференция. Ковров: КГТА, 2002. С.12-13.

15. Воловиков В.В. Автоматизированный контроль знаний обучаемых в подсистеме АСОНИКА-П: труды / LV1I научная сессия, посвященная дшо радио. М.: журн. «Радиотехника», 2002. Т. 1. С. 101-102.

16. Воловиков В.В. Топологическая модель амортизированного объекта для анализа многоуровневых систем виброизоляции: тезисы докладов / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. М.: МИЭМ, 2003. С. 193.

17. Воловиков В.В. Проектирование БЭУ с использованием средств информационной поддержки жизненного цикла: тезисы докладов / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специаиистов МИЭМ. М.: МИЭМ, 2003. С. 194 - 195.

18. Кофанов ЮЛ., Сарафанов A.B., Воловиков В.В. Метод информационной поддержки ранних стадий проектирования радиоэлектронной аппаратуры // Информационные технологии в проектировании и производстве: науч.-техн. журн. М.: ГУЛ «ВИМИ», 2003. № 3. С. 51-56.

19. Кофанов Ю.Н., Малютин Н.В., Воловиков В.В. Коломейцев С.С. Комплексное концептуальное и техническое моделирование при проектировании высоконадёжных радиоэлектронных устройств морской навигации // Надёжность : науч.-техн. журн. М.: ООО «Издательский дом «Технологии», 2005. № 3(14). С. 3-11.

20. Воловиков В.В., Журавский В. Г., Кофанов Ю. Н., Малютин Н. В.Обеспечение качества радиоэлектронной аппаратуры при концептуальном проектировании на основе CALS-технологии // Качество и ИЛИ (С AI.5)-те лнологик: ежеквартальный науч.-техн. и производственный журн. М.: Фонд «Европейский центр по качеству», 2005. №4 (8). С. 2-6.

21. Воловиков В.В. Увеличение достоверности моделей в подсистеме комплексного моделирования АСОНИКА-П: материалы / Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий. Международная конференция и Российская научная школа. М.: Радио и связь, 2005. Ч. 1. С. 66-67.

22. Аршннин A.M., Воловиков В.В. Комплексная модель электрических, тепловых и механических процессов: материалы / Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий. Международная конференция и Российская научная школа. М.: Радио и связь, 2005. Ч. 1. С. 67-68.

23. Воловиков В.В., Иджеллиден С. Б., Павлухина Е. В., Увайсов С. У., Имитаотонное диагностическое моделирование радиоэлектронных средств с учётом индивидуальных температурных режимов электрорадиоэлементов: материалы /' Проектирование телекоммуникационных и информационных средств и систем. М..-МИЭМ, 2006. С. 184- 187.

24. Воловиков В.В., Иджеллиден С. Б., Павлухина Е. В., Увайсов С. У., Диагностическое компьютерное моделирование с учетом температур комплектующих элементов (Турция, 19-26 мая 2006 г.): материалы // Международная научная конференция «Информационные технолоши и телекоммуникации в образовании и науке».

25. Манохин А. И., Воловиков В.В. Проектирование надёжных радиоэлектронных устройств с использованием автоматизированного моделирования тепловых процессов: материалы П Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах. Международная конференция и Российская научная школа. М.: Радио и связь, 2006. 4.1. С. 60-62.

26. Инжеллиден С.Б., Павлухина Е.В., Воловиков В.В. Минимизация длины •геста для аналоговых радиоэлектронных устройств: материалы / Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах. Международная конференция и Российская научная школа. М.: Радио и связь, 2006. Ч. 1. С. 104.

27. Павлухина Е.В., Воловиков В.В., Инжеллиден С.Б. Температурная коррекция справочника неисправностей аналоговых схем: материалы / Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах. Международная конференця и Российская научная школя. М.: Радио и связь, 2006. Ч. 1.

28. Воловиков В.В., Бекишев А.Т. Интеграция CALS-технологий и комплексного математического моделирования для решения задач проектирования радиоэлектронных устройств // Качество. Инновации. Образование: ежемесячный науч.-практич. журн. М.: Фонд «Европейский центр по качеству», 2007. №4 (26). С. 69-76.

29. Бекишев А.Т., Воловиков В.В., Кофанов Ю.Н. Роль математического моделирования в создании инновационных разработок телекоммуникационной аппаратуры: материалы / Системные проблемы надёжности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах. Международная науч.-технич. конференция и Российская научная школа. М.: Энергоатомиздат, 2007. Ч. 1.

30. Воловиков В.В., Мищенко Н.И. Сквозное комплексное моделирование бортовых радиоэлектронных устройств ответственного назначения с применением подсистемы АСОНИКА-П: материалы / Системные проблемы надёжности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах. Международная науч.-технич. конференция и Российская научная школа. М.: Энергоатомиздат, 2007. Ч. 1.

31. Воловиков В.В. Разработка методов повышения надёжности радиоэлектронной аппаратуры, основанных на непрерывном комплексном моделировании физических процессов // Надёжность : науч.-техн. журн. М.: ООО «Издательский дом «Технологии», 2008. № 1(24).

32. Воловиков В.В., Мищенко В.А., Мищенко Н.И. Практическое применение сквозного комплексного моделирования в решении задач проектирования высоконадёжных РЭУ космических аппаратов и корабельных технических комплексов: материалы / Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении

инновационными проектами. Международная конференция и Российская научная школа. М.: Энергоатомиздат, 2008. Ч. 2. С. 76-79.

33. Воловиков В.В. Разработка модельного ряда компонентов топологических моделей взаимодействующих физических полей РЭУ: материалы / Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий. Научно-практическая конференция. М.: МИЭМ, 2008. С. 89-90.

34. Кофанов Ю.Н., Воловиков В.В. Моделирование аэродинамических процессов в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры (АСОНИКА-А) / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008612541. М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. 2008 г. 1 с.

35. Кофанов Ю.Н., Воловиков В.В. Моделирование физических процессов в радиоэлектронной аппаратуре (АСОНИКА-П) / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008612540. М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственное™, патентам и товарным знакам. 2008 г. 1 с.

36. Воловиков В.В., Увайсов С.У. Итерационное иерархическое моделирование физических полей радиоэлектронных устройств: материалы / Международный форум «Новые информационные технологии и менеджмент качества» (NIT & QM). М.: Фонд «Качество», 2009. С. 190-195.

37. Воловиков В.В. Метод параметризации комплексных топологических моделей электрических, тепловых, аэродинамических, гидравлических и механических процессов Н Качество. Инновации. Образование: ежемесячный науч.-пракгач. журн. М.: Фонд «Европейский центр по качеству», 2009. №1. С. 28-32.

38. Воловиков В .В., Увайсов С.У. Модель тепломассопереноса в конструкциях радиоэлектронных устройств П Информационные технологии: Ежемесячный теоретический и прикладной науч.-техн. журн. М.: Издательство «Новые технологии», 2009. № 8. С. 50-54.

39. Воловиков В.В. Методология комплексного математического моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов при проектировании радиоэлектронных устройств / Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.СЛопова. М.: РНТО РЭС им. А.СЛопова, 2009. С. 94-96.

40. Воловиков В.В. Метод верификации топологических моделей физических процессов в радиоэлектронных устройствах: материалы / Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий. Научно-практическая конференция. М.: МИЭМ, 2009. С. 93-94.

41. Мищенко В.А, Мшценко Н.И., Воловиков В.В., Кожевников A.M. Методология проектирования высоконадёжных РЭС космических аппаратов и корабельных технических комплексов: материалы / Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных технологий в управлении инновационными проектами (Инноватика-2009). Международная конференция и российская научная школа. М.: Энергоатомиздат, 2009. Ч. 1. С. 69-71.

Подписано к печати" _12_" ноября 2010 г. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии МИЭМ.

Москва, ул. М. Пионерская, д. 12. Заказ № 190 . Объем 2,0 п.л. Тираж 140 экз.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ.

1.2. КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ ПРИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ.

1.3. ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.4. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОМПОНЕНТОВ КОМПЛЕКСНЫХ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ.

2.1. ТРЕБОВАНИЯ К КОМПОНЕНТАМ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

2.2. КОМПОНЕНТЫ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЕЙ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

2.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОМПЛЕКСНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ.

3.1. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПАРАМЕТРИЗАЦИИ КОМПЛЕКСНЫХ

ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ,

ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

3.2. МЕТОД АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЕРАРХИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ, ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

3.2.1.ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДУ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЕРАРХИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

3.2.2. СХЕМА МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЕРАРХИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

3.2.3. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ УРАВНЕНИЙ КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ, ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

3.2.4. АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЕТВЕЙ КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ ВЕРХНЕГО ИЕРАРХИЧЕСКОГО УРОВНЯ.

3.3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПОИСКА ОШИБОК В КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЯХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

3.3.1.ПРОВЕРКА ОБЩИХ ПРАВИЛ ПОСТРОЕНИЯ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.

3.3.2.ПРОВЕРКА НАРУШЕНИЙ ФИЗИЧЕСКОГО СМЫСЛА В

ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.

3.3.3. ПРОВЕРКА ВЗАИМОСВЯЗЕЙ КОМПЛЕКСНОЙ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.

3.4. ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ.

4.1. ТРЕБОВАНИЯ К ПОДСИСТЕМЕ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ.

4.2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПОДСИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ АСОНИКА-П.

4.3. МОДЕЛЬ КЛАССОВ ПРОГРАММЫ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ, ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

4.4. МОДЕЛЬ КЛАССОВ ПРОГРАММЫ СОЗДАНИЯ ВЕКТОРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.

4.5. МОДЕЛЬ КЛАССОВ ПРОГРАММЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ.

4.6. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ.

4.7. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭУ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

5.1. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ МНОГОУРОВНЕВЫХ КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ,

ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

5.2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ЭФФЕКТОВ

В РЭУ ПРИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ.

5.3. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ РАЗНОРОДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

5.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МОДЕЛЕЙ, МЕТОДОВ, МЕТОДИК И

МЕТОДОЛОГИИ.

5.4.1.ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

5.5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

5.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Развитие микроэлектронной аппаратуры сопровождается постоянным ростом требований по увеличению их функциональности, улучшению показателей надёжности, снижению удельных массогабаритных характеристик и т.д. В результате происходит усложнение схемно-конструктивных решений и алгоритмов функционирования радиоэлектронных устройств (РЭУ). Данные процессы порождают серьёзные проблемы обусловленные противоречием требований по: увеличению требований к показателям надёжности и одновременном ужесточении условий эксплуатации; увеличению количества выполняемых функций и снижению массогабаритных показателей и энергопотребления; сокращению сроков проектирования и соблюдению качества проектных работ.

Очевидно, что рост сложности РЭУ как объекта проектирования, приводит к необходимости увеличения количества и качества исследований, связанных с оценкой соответствия принимаемых схемно-конструктивных решений требованиям технического задания. Важную роль при этом играет исследование физических полей РЭУ, таких как электрические, тепловые и механические, потому что именно они в наибольшей степени определяют показатели назначения и надёжность работы [117]. Следует так же учитывать, что обусловленное физикой протекания процессов взаимодействие физических полей носит паразитный характер, вызывая рабочие нагрузки в РЭУ превышающие суммарную нагрузку под воздействием отдельных факторов. Это является причиной появления так называемых системных отказов, возникающих в моменты одновременного действия на РЭУ нескольких факторов и не проявляющихся, если те же факторы действуют в различные моменты времени.

В связи с необходимостью снижения материальных и временных затрат остро встаёт вопрос о целенаправленном поиске и правильном выборе проектных решений на этапах схемотехнического и конструкторского проектирования. При этом пассивное выявление недостаточной надежности РЭУ (особенно на поздних стадиях), вызванное электрическими, тепловыми и механическими факторами, приводит к резкому увеличению материальных затрат и сроков проектирования вследствие длительных итераций по отработке схемно-конструктивных решений.

Решить задачу интенсификации исследовательских работ на этапах схемотехнического и конструкторского проектирования можно за счёт широкого внедрения в процесс проектирования новых проблемно-ориентированных информационных технологий, позволяющих заменять экспериментальные исследования и экспертные оценки целенаправленным, основанном на математическом моделировании, поиском схемно-конструктивных решений [50]. В целом, повышение качества проектных работ возможно за счёт нахождения оптимальных проектных решений, обеспечивающих требуемый уровень надежности при минимизации затрат на их проектирование, изготовление, последующее обслуживание и утилизацию.

Анализ известных систем автоматизированного проектирования показал, что в настоящее время достаточно эффективно решаются отдельные задачи компоновки, размещения, трассировки, обеспечения электрических, тепловых, механических характеристик, а так же задачи электромагнитной совместимости РЭУ. Однако, применение современных CAD-систем, таких как: Altium Designer, ANSYS, Analog Workbench, Betasoft, COSMOS, COLDPLATE, Mentor Graphics, Microwave Office, MSC.Nastran, PCAD, PRAC, Protei и др. не позволяет учесть в необходимом объеме взаимодействие физических полей (электрических, тепловых, аэродинамических и механических) сложных РЭУ, входящих в состав транспортных, авиационных и космических систем новых поколений ракетно-космической, авиационной и морской техники. А, следовательно, с их помощью невозможно предсказать появление системных отказов и предложить не подверженные им проектные решения.

К другим недостаткам существующих программных средств относятся: сложность моделирования нетиповых конструктивных решений; ограниченность моделей одним конструктивным уровнем; отсутствие механизма уточнения неявных параметров макромоделей при иерархическом моделировании; отсутствие средств верификации моделей; высокая трудоёмкость внесения изменений в модель, при изменении конструкции или её отдельных параметров.

Проблемы исследования физических процессов при проектировании радиоэлектронных средств, рассматривались в работах: Алексеева В.А. [38 — 41], Вермишева Ю.Х. [56, 57], ГольдинаВ.В. [92, 93, 143], ДульневаГ.Н. [100 - 103], Зольникова В.К. [108], Кечиева Л.Н. [118, 119, 127], Кофанова Ю.Н. [105, 128, 138, 129, 135], Новожилова О.П. [168, 169], Норенкова И.П. [170, 171, 192], Петрова A.C. [175, 191], Разевига В.Д. [180-182], Стрельникова В.П. [194], Тартаковского A.M. [151, 152, 195], Тумковского С.Р. [198-200] и др. Вопросы макромоделирования и оптимизации рассматривались в работах Борисова Н.И. [51, 52], Шрамкова И.Г. [51, 208], Гридина В.Н. [98]. Проблемами моделирования взаимосвязанных физических полей в радиоэлектронных средствах занимались: Кожевников A.M. [122 - 125], Коновальчук A.C. [126], Сарафанов A.B. [92, 135, 187- 189], Увайсов С.У. [105, 129, 139], Шалумов A.C. [97, 140, 142, 143]. Эти и другие авторы внесли значительный вклад в решение указанной проблемы, однако общий уровень теоретических и практических исследования пока не позволяет обеспечить существующие потребности в создании схемно-конструктивных решений РЭУ не подверженных системным отказам.

В данной работе предлагаются и исследуются возможности улучшения качества проектирования РЭУ, в основе которых лежит математическое моделирование взаимосвязанных физических полей направленное на выявления и предотвращения системных отказов в сложных РЭУ, возникающих из-за неудачного совпадении нескольких видов внешних воздействии и электрического режима работы.

При проектировании РЭУ возможности раннего обнаружения недостатков схемно-конструктивных решений, приводящих к возникновению многофакторных отказов, значительно ограничены. Причина этого состоит в том, что при создании новых образцов РЭУ к моменту окончания этапа схемотехнического проектирования обычно неизвестны варианты конструктивного построения устройства, что не позволяет провести математического моделирования гидроаэродинамических, тепловых и механических процессов. Без учета соответствующих режимов работы ЭРИ практически невозможно исследовать схемно-конструктивное решение РЭУ на предмет возможности возникновения многофакторных отказов, а, следовательно, и обеспечить надёжность работы по внезапным и постепенным отказам, указанную в техническом задании.

Для комплексных исследований необходимо создать единую математическую модель взаимосвязанных физических процессов, протекающих в РЭУ, варьируемыми параметрами которой являются параметры ЭРИ и конструкции. Использование такой модели должно начинаться с этапов схемотехнического и конструкторского проектирования, что позволит уже на этих этапах ориентировочно определять не только электрические, но и тепловые и механические режимы работы и выдвигать обоснованные варианты схемно-конструктивных решений, способных обеспечить надежное функционирование РЭУ. Для данных этапов проектирования характерна наибольшая неопределённость исходных данных относительно конструктивных параметров РЭУ, поэтому построение полных моделей физических процессов в РЭУ или его составных частей здесь невозможно. Вместо этого следует использовать относительно простые макромодели, обеспечивающие уровень точности, достаточный для выбора схемно-конструктивных решений с наиболее эффективной функциональной структурой и физическими принципами действия. Комплексная модель РЭУ при этом достаточно проста и управление ей не представляет большой сложности.

По мере развития проекта и увеличения степени проработки схемно-конструктивных решений появляется потенциальная возможность учета в моделях всё большего числа параметров ЭРИ и конструкции РЭУ. На этих этапах математические модели используются для определения наиболее эффективного сочетания конструктивных элементов и таких их признаков, как: основные конструктивные элементы РЭУ и их взаимное расположение в пространстве; способы соединения и связи между элементами; особенности конструктивного исполнения (геометрическая форма, материал и т.д.); принципиально важные соотношения параметров схемно-конструктивных решений РЭУ и др. Необходимость более подробного отражения характеристик объекта приводит к усложнению единой математической модели взаимосвязанных электрических, гидроаэродинамических, тепловых и механических процессов, что в свою очередь ухудшает её управляемость. Поэтому на данных этапах возникает необходимость применения методов, обеспечивающих автоматическую верификацию модели, и позволяющих проводить её быстрое, безошибочное изменение при варьировании основными параметрами схемы и конструкции.

На этапе технического проектирования задачей разработчика является определение оптимальных значений параметров схемно-конструктивного решения РЭУ. Степень определённости схемных и конструктивных параметров при этом максимальна, и поэтому единая математическая модель взаимосвязанных физических процессов должна позволять определять характеристики отдельных ЭРИ и варьировать соответствующими схемно-конструктивными параметрами. На данном этапе находят широкое применение методы и программные средства, обеспечивающие автоматическое построение математических моделей различных физических процессов в конструктивных элементах типа печатный узел, функциональная ячейка и т.д. Точность таких моделей достаточно высока, а наибольшую сложность представляют задачи определения граничных условий таких моделей и их изменение в процессе улучшения схемно-конструктивных решений. Поэтому наряду с методами верификации единой комплексной модели на данном этапе необходимо применять методы, обеспечивающие вычисление точных значений граничных условий. Именно от этого зависит точность расчёта характеристик ЭРИ, расположенных в определённом месте конструкции в окружении других конструктивных элементов.

Из вышеизложенного следует, что учет в процессе проектирования РЭУ взаимосвязанности электрических, гидроаэродинамических, тепловых и механических полей и их влияния на режимы работы и надежность возможны только на основе моделей, методов, методик и программных и технических средств, объединенных в единую систему, обеспечивающую решение соответствующих проектных задач.

Цель работы состоит в повышении показателей технического уровня РЭУ за счёт применения методологии проектирования, основанной на математическом моделировании разнородных физических процессов, протекающих в схемах и конструкциях РЭУ. Методология объединяет в себе ' модели, методы, методики и программные средства комплексного математического моделирования взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов. Её применение в процессе проектирования РЭУ позволяет предлагать научно обоснованные технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение её обороноспособности.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Проводится анализ применения моделей, методов и средств математического моделирования физических процессов при проектировании РЭУ. Определяются их недостатки и предлагаются основные направления повышения эффективности математического моделирования.

2. Формулируются положения концепции моделирования взаимодействующих физических (электрических, тепловых, аэродинамических и механических) процессов РЭУ при их проектировании и приводится их обоснование.

3. Разрабатывается модельный ряд компонентов топологических моделей РЭУ ориентированных на комплексный расчёт в рамках поиска схемно-конструктивных решений защищённых от возникновения системных отказов.

4. Разрабатывается метод автоматизированного иерархического комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроазродинамических и механических процессов в РЭУ.

5. Разрабатывается метод параметризации комплексных моделей физических процессов в схемно-конструктивных решениях РЭУ.

6. Разрабатывается метод автоматизированного поиска ошибок в моделях взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ.

7. Разрабатывается методика создания многоуровневых комплексных моделей взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ

8. Разрабатывается методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при их проектировании.

9. Разрабатывается архитектура и выполняется программная реализация системы комплексного моделирования физических процессов в РЭУ.

Г' 12

I1

10. Разрабатывается методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов.

11. Выполняется экспериментальная проверка разработанных в рамках методологии моделей, методов, методик и программного обеспечения и проводится их внедрение в практику проектирования РЭУ на предприятиях и учебный процесс вузов.

При решении поставленных задач использовались методы теории системного анализа, математического моделирования, оптимизации, теплообмена, гидромеханики и прикладной механики, методы теории вероятности и математической статистики, принципы объектно-ориентированного проектирования.

Научная новизна результатов работы состоит в развитии теории взаимодействия неоднородных физических полей в сложных РЭУ, использование которой позволяет создать базу для новых методов проектирования РЭУ повышенной надёжности. Отличительной особенностью методологии является возможность выявления многофакторных отказов РЭУ, вызванных паразитным взаимодействием нескольких взаимосвязанных физических полей, которые другими способами моделирования не выявляются.

В диссертационной работе были получены следующие новые научные результаты:

1. Модельный ряд компонентов топологических моделей РЭУ, позволяющих с повышенной точностью отражать взаимосвязанный характер протекания физических процессов в устройстве, что дает возможность выявлять системные эффекты на самых ранних стадиях проектирования РЭУ.

2. Метод параметризации комплексных моделей физических процессов в схемно-конструктивных решениях РЭУ, позволяющий повысить степень универсальности моделей верхнего уровня, что позволяющий при проектировании исследовать более широкий класс РЭУ.

3. Метод автоматизированного иерархического комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, обеспечивающий повышенную точность моделирования за счёт итерационного поиска значений зависимых параметров моделей верхнего уровня, при которых устанавливается однозначное соответствие между характеристиками и граничными условиями моделей смежных уровней иерархии.

4. Метод автоматизированного поиска ошибок в моделях взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, обеспечивающий выявление ошибок в моделях и результатах их анализа без проведения натурных испытаний.

5. Методика создания многоуровневых комплексных моделей взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, в отличие от известных предоставляющая возможность создавать модели, поддерживающие итерационный иерархический анализ характеристик РЭУ и верификацию математических моделей.

6. Методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при их проектировании, отличающаяся от известных использованием адаптивной математической модели взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ.

7. Архитектура системы комплексного моделирования физических процессов в РЭУ, позволяющая программно реализовать предложенные в диссертации модели и методы математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов.

8. Методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов, объединяющая новые и ранее известные модели, методы и методики, служащая для выявления системных отказов при проектировании РЭУ за счет рассмотрения более широких классов РЭУ и их углубленного исследования.

Практическая ценность работы состоит в:

- создании математического, программного, методического и информационного обеспечения процесса проектирования РЭУ на основе математического моделирования взаимосвязанных электрических, аэродинамических, гидравлических, тепловых и механических полей;

- повышении эффективности и качества процесса проектирования

РЭУ;

- предложении порядка внедрения системы комплексного моделирования в процесс разработки РЭУ в проектирующих организациях и учебный процесс вузов.

Результаты диссертации вошли в состав ряда научно-исследовательских работ (№ 100378, № 100005, № 101006, № 100026, №100045, № 100072), проводившихся на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» Московского государственного института электроники и математики с 2004 по 2009 г.г. Решение изложенной в диссертации научной проблемы осуществлялось при содействии Совета по грантам президента РФ по поддержке молодых российских ученых - кандидатов наук и их руководителей МК-3278.2008.8.

Основные результаты работы внедрены в практику проектирования предприятий: ОАО «Авиационная электроника и телекоммуникационные системы» (г. Москва), ОАО «Газпром космические системы» (Московская область, г. Королев), ОАО «НИЦЭВТ» (г. Москва), а так же в учебный процесс Московского государственного института электроники и математики, что подтверждено соответствующими актами внедрения.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надёжности, математического моделирования и информационных технологий» (г. Сочи, 1997-2000 г.г.), Международной научно-технической конференции и Российской научной школе «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий» (г. Сочи, 2001, 2002 г.г.), Международной научно-технической конференции и Российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (г. Сочи, 2003 г.), 53-й, 57-й и 64-ой научных сессиях, посвященных дню радио (г. Москва, 1998 г., 2002 г., 2009 г.), III Международной выставке-конференции «Информационные технологии и телекоммуникации в образовании» (г. Москва, 2001 г.), научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии» (г. Москва, 1998 г.), научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (г. Москва, 1998 г., 1999 г., 2001-2003 г.), Российской научно-технической конференции «Информационные технологии в, проектировании, производстве и образовании» (г. Ковров, 2002 г.), Международная научно-техническая конференции и российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» (г. Сочи, 2005-2009 гг.).

По материалам диссертационных исследований опубликовано 41 научная работа, в том числе 8 статей в изданиях из Перечня ВАК.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения.

5.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

1. Разработана методика создания многоуровневых комплексных моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ. В основе методики лежит совместное использование предложенных математических моделей и метода автоматизированного иерархического комплексного моделирования в задачах проектирования РЭУ.

2. Разработана методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при их проектировании. Предложенная методика описывает процесс целенаправленного поиска- схемно-конструктивных решений с наилучшими показателями технического уровня. В процессе поиска используются единая многоуровневая комплексная модель РЭУ, на основе результатов анализа которой осуществляется управление процессом проектирования. Методика позволяет увеличить объем и точность расчётов за счёт применения разработанных в предыдущих главах диссертации моделей, методов и программных средств, автоматизирующих трудоёмкие процессы изменения, проверки моделей, а также обмена данными между математическими моделями физических процессов в конструкциях микроэлектронной аппаратуры.

3. Разработана методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов. Методология основана на существующих и предложенных в диссертации математических моделях, методах, программном и методическом обеспечении, совместно функционирующем и дополняющем друг друга. Внедрение методологии в процесс проектирования РЭУ с высокой плотностью компоновки позволит повысить показатели технического уровня изделий за счёт улучшения точности и повышения интенсивности комплексного математического моделирования.

4. Проведена экспериментальная проверка предложенных моделей и методов на реальной конструкции РЭУ. Выполнен сравнительный анализ результатов расчета и экспериментального определения характеристик тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов. Полученные результаты подтверждают допустимость и эффективность их применения в практике проектирования схем и конструкций микроэлектронной аппаратуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты:

1. Исследованы особенности решения проектных задач, связанных с проведением математического моделирования физических процессов в РЭУ. Показано, что функционирование ряда высоконадёжных РЭУ характеризуется совместным протеканием электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов, которые в значительной степени определяет технический уровень этих изделий. На основе этого показано, что для РЭУ, подвергающихся одновременному воздействию нескольких факторов, выявление критических недостатков схемно-конструктивных решений невозможно без проведения комплексных исследований электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в схеме и конструкции.

2. Проведён анализ современного состояния проблемы применения моделей, методов и программных средств математического моделирования физических процессов при автоматизированном проектировании РЭУ. Показано, что в настоящее время отсутствуют методы и программы, позволяющие эффективно интегрировать модели электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в рамках единой комплексной модели.

3. На основе проведённого анализа изложена концепция комплексного моделирования взаимодействующих физических процессов в РЭУ, содержащая предложения для повышения его эффективности при применении в задачах проектирования сложных изделий.

4. Сформулирована цель работы, состоящая в повышении показателей технического уровня РЭУ за счёт применения методологии проектирования, основанной на математическом моделировании разнородных физических процессов, протекающих в схемах и конструкциях РЭУ. Методология объединяет в себе модели, методы, методики и программные средства комплексного математического моделирования взаимосвязанных электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов. Её применение в процессе проектирования РЭУ позволяет предлагать научно обоснованные технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение её обороноспособности. Также сформулированы задачи исследования, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.

5. Разработан модельный ряд компонентов топологических моделей РЭУ ориентированных на комплексный расчёт в рамках поиска схемно-конструктивных решений не подверженных многофакторным отказам. Предложенные компоненты ориентированы на автоматический итерационный иерархический анализ, позволяют отражать взаимосвязанный характер протекания физических процессов в РЭУ с повышенной точностью и синтезировать модели верхнего уровня иерархии, автоматически адаптирующиеся под изменение в характере протекания физических процессов (изменение электрических режимов работы, направлений движения энергии и вещества, геометрии, граничных условий и т.д.) при проведении комплексных исследований.

6. Разработан метод параметризации комплексных топологических моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в схемно-конструктивных решениях РЭУ. Предложенный метод позволяет снизить трудоёмкость и избежать ошибок при изменении модели при подстройке её под параметры схемно-конструктивного решения РЭУ в процессе проектирования изделия.

7. Разработан метод автоматизированного иерархического комплексного моделирования электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, в основе которого лежит совместный итерационный анализ моделей верхнего и нижнего уровней иерархии. Данный метод обеспечивает повышенную точность решения иерархии моделей за счёт итерационного поиска значений зависимых параметров моделей верхних уровней, при которых устанавливается однозначное соответствие между характеристиками и граничными условиями всех моделей.

8. Разработан метод автоматизированного поиска ошибок в комплексных моделях физических процессов РЭУ представляемых в виде эквивалентных схем. Метод основан на анализе структуры модели, параметров её компонентов и расчётных характеристик и позволяет выявлять ошибки в моделях без проведения натурных, макетных и других испытаний.

Разработана методика создания многоуровневых комплексных моделей электрических, тепловых, гидроаэродинамических и механических процессов в РЭУ, основанная на использовании предложенных математических моделей и метода автоматизированного иерархического комплексного моделирования.

9. Разработана методика исследования комплексных эффектов в РЭУ при их проектировании, описывающая процесс целенаправленного поиска схемно-конструктивных решений, осуществляемого с использованием единой многоуровневой комплексной модели РЭУ, и позволяющая увеличить объем и точность расчётов, на основе результатов которых осуществляется оперативное управление процессом проектирования.

10. Разработана архитектура подсистемы комплексного моделирования физических процессов в РЭУ, реализующей предложенные в диссертации модели и методы комплексного моделирования взаимосвязанных физических процессов. Архитектура включает в себя:

- структурную схему подсистемы, отражающую её состав, внутренние взаимосвязи, а так же взаимосвязи с другими программными комплексами, использующимися при автоматизированном проектировании РЭУ;

- модели классов программы комплексного моделирования и служебных программ, входящих в состав предложенной подсистемы.

11. Разработана методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов, в основе которой лежат предложенные в диссертации математические модели, методы, программное обеспечение и методики.

12. Выполнена экспериментальная проверка разработанных в рамках диссертации моделей, методов, методик, программного обеспечения и методологии в целом.

13. Осуществлено внедрение разработанных моделей, методов, методик, программного обеспечения и методологии в целом в процесс проектирования образцов микроэлектронной аппаратуры на промышленных предприятиях и учебный процесс вузов.

1. Adrian Bejan, Allan D. Kraus. Heat transfer handbook. New Jersey: John Wiley & Sons Inc., 2003. 1480 p.

2. Altium Limited: сайт 2009. URL: http://www.altium.com/ (дата обращения 15.03.2010)

3. Ansoft Electronic Design Products: сайт 2010. URL: http://www.ansoft.com/ (дата обращения 20.04.2010)

4. ANSYS Products Portfolio: сайт 2010. URL: http://www.ansys.com/products/default.asp (дата обращения 20.04.2010)

5. C&R Technologies: Thermal Analysis and Fluid Flow Design: сайт 2010. URL: http://www.crtech.com/ (дата обращения 20.04.2010)

6. Cadence OrCAD Solutions: сайт. URL: http://www.cadence.com/products/orcad/index.aspx (дата обращения 15.03.2010)

7. CFD Mechanical Analysis Solutions/ Flomerics/EFD Mentor Graphics: сайт 2010. URL: http://www.mentor.com/products/ mechanical/flomerics (дата обращения 20.04.2010)

8. Cosmos: сайт 2010. URL: http://www.cosmosm.com/ (дата обращения 20.04.2010)

9. Dynamic Soft Analysis: сайт 2006. URL: http://www.betasoft-thermal.com/index.asp (дата обращения 12.02.2007)

10. ЕР AC Electronic Packaging Analysis Company: сайт 2001. URL: http://www.mv.com/ipusers/epac/(дата обращения 20.0412010):1.. European Space Agency Thermal control: сайт 2007. URL: http://www.esa.int/TEC/Thermalcontrol/ (дата обращения 20.04.2010)

11. Femap: Velocity Series: Solutions by Product Line: PLM Product Lifecycle Management : Siemens PLM Software: сайт 2010. URL: http://www.plm.automation.siemens.com/enus/products/velocity/femapA (дата обращения 20.04.2010)

12. Frank Kreith, The CRC Handbook of Thermal Engineering. CRC Press,

13. HotSpot 5.0 Temperature Modeling Tool: сайт 2009. URL: http://lava.cs.virginia.edu/HotSpot/index.htm (дата обращения 20.04.2010)

14. John H. Lienhard IV, John H. Lienhard V. A Heat Transfer Textbook. Cambridge, Massachusetts, USA: Phlogiston Press, 2003. 749 p.

15. Ken Neubeck. MIL HDBK-217 and the real / RAC Jornal, 1994. 2; #2 p. 15-18.

16. Kielkowski Ron M. SPICE: Practical Device Modeling. NY: McGraw-Hill, Inc., 1995.257 р.

17. Martynenko O.G., Khramtsov P.P. Free-convective heat transfer : With Many Photographs of Flows and Heat Exchange. Springer, 2005. 516 p.

18. MAYA Heat Transfer Technologies Ltd: сайт 2010. URL: http://www.mayahtt.com/ (дата обращения 20.04.2010)

19. Mentor Graphics. PCB Design Software & Tools: сайт 2010. URL: http://www.mentor.com/products/pcb-system-design/ (дата обращения 20.04.2010)

20. Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, David P. DeWitt. Introduction to thermal systems engineering: thermodynamics, Fluid Mechanics, and heat transfer. Wiley, 2002. 567 p.

21. MSC.Software: сайт 2010. URL: http://www.mscsoftware.com/ Contents/Products/CAE-Tools/ (дата обращения 20.04.2010)

22. NASA Technical Reports Server: Anderson, G. E. TRASYS Thermal Radiation Analyzer System (DEC VAX version with NASADIG) Johnson Space Center, 1994: сайт 2004. URL: http://ntrs.nasa.gov/search.jsp (дата обращения 20.04.2010)

23. National Instruments Corporation. N1 Multisim: сайт 2010. URL: http://www.ni.com/multisim/(flaTa обращения 20.04.2010)

24. PcAnalyze Thermal analysis of printed circuit boards made simple: сайт 2008. URL: http://www.pcanalyze.com/ (дата обращения 20.04.2010)

25. РТС Pro/ENGINEER Advanced Mechanica - product design - CAD CAM — product development: сайт 2010. URL: http://www.ptc.com/products/proengineer/advanced-mechanicay (дата обращения 20.04.2010)

26. Qfinsoflt: сайт 2010. URL: http://www.qfin.net/drupal/ (дата обращения 20.04.2010)

27. SIMULIA Realistic Simulation and 3D analysis - Dassault Systèmes: сайт 2010. URL: http://www.3ds.com/products/simulia/ (дата обращения 20.04.2010)

28. SolidWorks CFD Flow Analysis Software: сайт 2010. URL: http ://www. solidworks.com/sw/products/cfd-flow-analy sis-software.htm (дата обращения 20.04.2010)

29. SOL VIA Finite Element System: сайт 2010. URL: http://www.solvia.com/ (дата обращения 20.04.2010)

30. SPECTRUM SOFTWARE: сайт 2009. URL: http://www.spectrum-soft.com/index.shtm (дата обращения 20.04.2010)

31. TAC Technologies, Inc. Radiation Heat Transfer Software for Space Applications: сайт 2010. URL: http://www.tacl.com/ (дата обращения 20.04.2010)

32. Thermal software for heat sinks, circuit boards, enclosures, systems, boxes, transformers, IC's, power transistors and other electronic components: сайт 2009. URL: http://www.thermalsoftware.com/ (дата обращения 20.04.2010)

33. ThermoAnalytics: Thermal analysis services and heat transfer analysis software. Infrared signature prediction services and analysis software: сайт 2010. URL: http://www.thermoanalytics.com/ (дата обращения 20.04.2010)

34. Zuken: сайт 2010. URL: http://www.zuken.com/products/cadstar.aspx (дата обращения 20.04.2010)

35. Автоматизация поискового конструирования / под ред. Половинкина А.И. М.: Радио и связь, 1981. 344 с.

36. Автоматизированная система обеспечения надежности и качества аппаратуры АСОНИКА: сайт 2010. URL: http://www.asonika.ru/ (дата обращения 20.04.2010)

37. Алексеев В.А. Источники вторичного электропитания РЭА: справочник. // Глава 13. Обеспечение тепловых режимов источников вторичного электропитания и их элементов. М.: Радио и связь, 1985. С. 520569.

38. Алексеев В.А. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ. М.: Энергия, 1975. 88 с.

39. Алексеев В.А., Арефьев В.А. Тепловые трубы для охлаждения и термостатирования РЭА. М.: Энергия, 1979. 128 с.

40. Алексеев В.А., Чукин В.Ф., Митрошкина М.В. Математическое моделирование тепловых режимов аппаратуры на ранних этапах её разработки. М.: Информатика-Машиностроение, изд. «Вираж-Центр», 1998. С.17-22.

41. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий, 1973.296 с.

42. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач. М.: Сов. Радио, 1979. 249 с.

43. Алямовский A.A. SolidWorks/COSMOSWorks 2006 2007. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК пресс, 2007. 784 с.

44. Амелина М. А., Амелин С. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-CAP 8. М.: Горячая линия-Телесом, 2007. 464 с.

45. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.

46. Басов К. A. ANSYS и LMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование. М.: ДМК пресс, 2006. 240 с.

47. Батуев В.П. Исследование и разработка методов расчета виброустойчивости электро-коммутационной аппаратуры при случайной вибрации: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1980. 198 с.

48. Борисов Н.И. Исследование и разработка методов снижения размерности трудоемкости задач анализа и оптимизации линейных эквивалентных электрических схем на основе макромоделирования в САПР: дис. . докт. техн. наук. М.: МГИЭМ; 1994. 207 с.

49. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование: с примерами приложений на С++. СПб.: «Издательство Бином», «Невский диалект», 1998. 560 с.

50. Васильков Ю.В., Василькова H.H. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании: учеб. пособие. М.: Финансы и статистика, 2001. 256 с.

51. Веремьев В.А. Машинное моделирование виброшумов усилительных устройств РЭА: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ (для служебного пользования), 1984.

52. Вермишев Ю.Х. Методы автоматического поиска решений при проектировании сложных технических систем. М.: Радио и связь, 1982. 152 с.

53. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования. М.: Радио и связь, 1988. 278 с.

54. Вибрации в технике: справочник / Под. ред. К.В.Фролова. М.: Машиностроение, 1995. Т.6. 456 С.

55. Винниченко С.Е. Оптимизация бортовых устройств вторичного электропитания с широтно-импульсной модуляцией: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1992.

56. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. 560 с.

57. Воловиков В.В. Автоматизированный контроль знаний обучаемых в подсистеме АСОНИКА-П: труды / LVII научная сессия, посвященная дню радио. М.: журн. «Радиотехника», 2002. T. I. С. 101-102.

58. Воловиков В.В. Метод параметризации комплексных топологических моделей электрических, тепловых, аэродинамических, гидравлических и механических процессов // Качество. Инновации.

59. Образование: ежемесячный науч.-практич. журн. М.: Фонд «Европейский центр по качеству», 2009. №1. С. 28-32.

60. Воловиков В.В. Поддержка поискового проектирования и развитие навыков профессионального творчества: тезисы / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов, посвященная 40-летию МИЭМ. М.: МИЭМ, 2002. С.176-177.

61. Воловиков В.В. Проектирование БЭУ с использованием средств информационной поддержки жизненного цикла: тезисы докладов / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. М.: МИЭМ, 2003. С. 194-195.

62. Воловиков В.В. Проектный вариант программы моделирования разнородных физических процессов: тезисы докладов / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ. М.: МГИЭМ, 1998. С. 240.

63. Воловиков В.В. Разработка методов повышения надёжности радиоэлектронной аппаратуры, основанных на непрерывном комплексном моделировании физических процессов // Надёжность : науч.-техн. журн. М.: ООО «Издательский дом «Технологии», 2008. № 1(24).

64. Воловиков В.В. Разработка учебной программы моделирования разнородных физических процессов: тезисы. / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ. М.: МГИЭМ, 1998. С. 133-134.

65. Воловиков В.В. Топологическая модель амортизированного объекта для анализа многоуровневых систем виброизоляции: тезисы / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. М.: МИЭМ, 2003. С. 193.

66. Воловиков В.В., Желтов P.JL, Белоконев A.C. Программа моделирования разнородных физических процессов, протекающих в РЭА:материалы / Новые информационные технологии. Научно-практический семинар. М.-.МГИЭМ, 1998. С. 334-340.

67. Воловиков^ В.В., Мищенко Н.И. Сквозное комплексное моделирование бортовых радиоэлектронных устройств ответственного назначения с применением подсистемы АСОНИКА-П: материалы /

68. Системные проблемы надёжности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах. Международная науч.-технич. конференция и Российская научная школа. М.: Энергоатомиздат, 2007. Ч. 1.

69. Воловиков В.В., Увайсов С.У. Модель тепломассопереноса в конструкциях радиоэлектронных устройств // Информационные технологии: Ежемесячный теоретический и прикладной науч.-техн. журн. М.: Издательство «Новые технологии», 2009. № 8. С. 50-54.

70. Галиулин В.М. Автоматизированное проектирование теплоустойчивых источников вторичного электропитания РЭА: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1983. 305 с.

71. Голдовский П.С., Новиков И.С., Ревинский Г.О. Три новеллы о CATIA // САПР и графика. 2001. №11. URL. http://www.catia.ru/articles/articlel7.htm (дата обращения 12.05.2010)

72. Гольдин В.В., Журавский В.Г. и др. Исследование тепловых характеристик РЭС методами математического моделирования: монография / Под ред. A.B. Сарафанова. М.: Радио и связь, 2003. 456 с.

73. Гольдин В.В., Журавский В.Г., Кофанов Ю.Н., Сарафанов? A.B. Информационная поддержка жизненного цикла электронных средств: монография. М.: Радио и связь, 2002. 386 с.

74. ГОСТ 19.201-78. Единая система программной документации. Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению. М: Государственный комитет СССР по стандартам. 1978 г.

75. Грачев H.H., Шалумов A.C. Исследование усталостных характеристик выводов ЭРЭ: учебное пособие. М.: МИЭМ, 1992. 16 с.

76. Гридин В.Н. Теоретические основы построения базовых адаптируемых компонентов САПР МЭА / Под ред. Г.Г. Рябова. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит, 1989. 256 с.

77. Громыко А.И. Основы технического творчества: учеб. пособие. Красноярск: КГТУ, 1999. 139 с.

78. Дульнев Г. Н. Тепло-массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984. 247 с.

79. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов A.B. Методы расчета теплового режима приборов. М.: Радио и связь, 1990. 312 с.

80. Дульнев Г.Н., Тарновский H.H. Тепловые режимы электронной аппаратуры.: Учебное пособие для студентов высших технических заведений. Л.: Энергия, 1971. 248 с.

81. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ: Справочник. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 240 с.

82. Елманова Н.З., Кошель С.П. Введение в С++ Builder. М.: «Диалог МИФИ», 1997. 272 с.

83. Желтов P.JI. Разработка метода комплексного макромоделирования бортовых радиоэлектронных устройств с учетом теплоаэродинамических и механических факторов: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 2002. 247 с.

84. Засыпкин C.B. Моделирование тепловых режимов радиоэлектронных средств с оптимизацией удельного расхода окружающего воздуха: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1997. 210 с.

85. Зольников В.К. Исследование и разработка методов моделирования характеристик ИМС в условиях воздействия радиации: автореферат дис. . д-ра техн. наук: 05.13.12. Воронеж, 1998. 32 с. .

86. Зубов В.П. Исследование потерь давления в тройниках при делении и соединении потоков: дис. . канд. техн. наук. М., 1978 г. 165 с.

87. Зыков A.A. Основы теории графов. М.: «Наука», 1987. 384 с.

88. Идельчик Е.И. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

89. Ильин В.Н. Машинное проектирование электронных схем. М.: Энергия, 1972. 280 с.

90. Ильин В.Н., Фролкин В.Т., Бутенко А.И. и др. Автоматизация схемотехнического проектирования: учеб. пособие для вузов / Под ред. В;Н. Ильина. М.: Радио и связь, 1987. 368 с.

91. Исаченко В.П., Агабабов С.Г., Галин Н.М. Теплообмен и гидравлическое сопротивление: труды МЭИ. М.: МЭИ, 1965, вып. 63. С.57— 62.

92. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача: учебник для вузов. М.: Энергия, 1975. 488 с.

93. Кантор М. Управление программными проектами. Практическое руководство по разработке успешного программного обеспечения. М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. 176 с.

94. Кечиев JI.H. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. М.: Группа ИДТ, 2007. 616 с.

95. Кечиев JI.H., Степанов П.В. Электромагнитная совместимость и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: Издательский Дом "Технологии", 2005. 320 с.

96. Ключахин И.В., Манохин А.И. Разработка информационно логической модели проведения испытаний теплового режима БНК-3 и модуля ИВЭП-8: тезисы / Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов. М.: МИЭМ, 2002. С. 200-202.

97. Князев А.Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1984. 336 с.

98. Кожевников А. М. Исследование и разработка машинных методов расчета конструкций печатных узлов РЭА при внешних механических воздействиях: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1976. 186 с.

99. Кожевников A.M. Методы оптимального проектирования бортовых радиоэлектронных средств на основе моделирования ихэлектрических, тепловых и механических режимов: дис. д-ра техн: наук.1. М.: МИЭМ, 2004. 274 с.

100. Кожевников A.M. Методы повышения качества автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств // Надежность: науч.-техн. журн. М. ^'Технологии", 2003, №1. С. 3-9.

101. Коновальчук A.C. Комплексное моделирование электрических и тепловых процессов в аналоговых микроэлектронных узлах: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1987. 230 с.

102. Конструирование электронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости / А.Д. Князев, JI.H. Кечиев, Б.В. Петров. М.: Радио и связь, 1989. 335 с.

103. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1991.360 с.

104. Кофанов Ю.Н., Варицев К.Б. и др. Моделирование тепловых и механических процессов в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры с помощью подсистемы АСОНИКА-ТМ / Под редакцией Ю.Н. Кофанова. М.:МГИЭМ, 1999. 139 с.

105. Кофанов Ю.Н., Воловиков В.В. Программа расчета разнородных физических процессов, протекающих в радиоэлектронной аппаратуре: тезисы / LUI научная сессия, посвященная дню радио. М.: 1998. С. 50-51.

106. Кофанов Ю.Н., Засыпкин C.B. Комплексное моделирование взаимосвязанных физических процессов радиоэлектронных конструкций: учебное пособие. М.: МГИЭМ, 1996. 52 с.

107. Кофанов Ю.Н., Малютин Н.В., Сарафанов А.В и др. Автоматизация проектирования и моделирования печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 2000. 389 с.

108. Кофанов Ю.Н., Манохин А.И., Увайсов С.У. Моделирование тепловых процессов при проектировании, испытаниях и контроле качества радиоэлектронных средств: учеб. пособие. М.: МГИЭМ, 1998. 140 с.

109. Кофанов Ю.Н., Новиков Е.С., Шалумов A.C. Информационная технология моделирования механических процессов в конструкциях радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 2000. 160 с.

110. Кофанов Ю.Н., Сарафанов A.B., Воловиков В.В. Метод информационной поддержки ранних стадий проектирования радиоэлектронной аппаратуры // Информационные технологии в проектировании и производстве: науч.-техн. журн. М.: ГУЛ «ВИМИ», 2003. №3. С. 51-56.

111. Кофанов Ю.Н., Шалумов A.C., Гладышев Н.И. Подсистема комплексного анализа стойкости радиоэлектронных средств к тепловым и механическим воздействиям // Информационные технологии в проектировании и производстве. 1997. Вып.1. С.24-27.

112. Кофанов Ю.Н., Шалумов A.C., Журавский В.Г., Гольдин В.В. Математическое моделирование радиоэлектронных средств при механических воздействиях. М.: Радио и связь, 2000. 226 с.

113. Крищук В.Н. Исследование и разработка машинных методов расчета конструкций бортовой РЭА этажерочного типа на вибрационные и ударные воздействия: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1977. 213 с.

114. Кутателадзе О.С. Теплопередача и гидравлическое сопротивление. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.

115. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979.415 с.

116. Лисицын A.B. Разработка методов машинного анализа тепловых характеристик при проектировании усилительных устройств многоканальных информационно-измерительных систем: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ| 1983. 249 е.

117. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Энергия, 1972. 316 с.

118. Лыков A.B. Тепломассообмен. Справочник. М.: Энергия, 1978.479 с.

119. Маквецов E.H. Цифровое моделирование вибраций в радиоконструкциях. М.: Сов. радио, 1976. 123 с.

120. Маквецов E.H., Тартаковский A.M. Дискретные модели приборов. М.: Машиностроение, 1982. 136 с.

121. Маквецов E.H., Тартаковский A.M. Механические воздействия и защита электронной аппаратуры: учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1993. 200 с.

122. Машу Ж.-Ф. Путеводитель по электронным компонентам / Пер. с фр. М.: Издательский дом «<Додэка-ХХ1», 2001. 176 с.

123. Межов В.Е., Зольников В.К., Соловей Межов A.B. Система проектирования биполярных радиационно-стойких ИМС. Воронеж, 1998. 255 с.

124. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.343 с. 1

125. Мищенко В.А. Векторная теория асинхронного электродвигателя // Электротехника: журн. М.: «Знак», 2007. № 6.

126. Мищенко В.А. Векторный метод управления электромеханическими преобразователями // Электротехника: журн. М.: «Знак», 2004. № 7. С.47-51.

127. Мищенко В.А. Теория, способы и системы векторного и оптимального векторного управления электроприводами переменного тока. М.: «ИНФОРМЭЛЕКТРО», 2002. 168 с.

128. Мищенко В.А. Фазовый принцип векторного управления динамикой асинхронного электропривода // Электротехника: журн. М.: «Знак», 2008. №1.

129. Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский A.C. ANS YS в руках инженера. Механика разрушения. М.: Ленанд, 2008. 456 с.

130. Мырова Л.О., Чепиженко А.З. Обеспечение стойкости к ионизирующим и электромагнитным излучениям: 2-е изд., перераб. и допол. М.: Радио и связь, 1988. 296 с.

131. Мяченков В.И. и др. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: справочник. М.: Машиностроение, 1989. 520 с.

132. Надежность ЭРИ: справочник. М.: 22 ЦНИИИ МО, РНИИ «Электронстандарт», ОАО «Стандартэлектро», 2002. 574 с.

133. Нерретер В. Расчёт электрических схем на персональной ЭВМ / Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1991. 220 с.

134. Новожилов О.П: Основы.компьютерной техники. Ml: РадиоСофт, 2008. 456 с.

135. Новожилов О.П. Электротехника и электроника. М.: Гардарики, 2008. 653с.

136. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: учебное пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1980. 311 с.

137. Норенков И.П. Разработка систем автоматизированного проектирования: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. 207 с.

138. Оптимизация радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. А.Я. Маслова, A.A. Чернышева. М.: Радио и связь, 1982. 200 с.

139. ОСТ 4-Г0.070.003-72. Аппаратура радиоэлектронная. Система охлаждения. Выбор способа охлаждения. 114 с.

140. Петров A.C., Иванов С.А и др. Метод матриц линий передачи в вычислительной электродинамике //Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 2002, №1. С.3-38.

141. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М.: Энергия, 1967. 184 с.

142. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В: В: Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов. Киев: Наукова думка, 1971. 375 с.

143. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества.: учеб. пособие для студентов втузов. М.: Машиностроение, 1988. 368 с.

144. Потапов Ю.В. Protei DXP. М.: Горячая линия-Телесом, 2006. 276 с.

145. Разевиг, В.Д. Система проектирования OrCAD 9.2. М.: Солон, 2001.519 с.

146. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. М.: Солон ,1999. 698 с.

147. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7. М.: Горячая линия-Телесом, 2003. 366 с.

148. Райншке К. Модели надежности и чувствительности систем / Под ред. Б.А. Козлова; пер. с нем. М.: Мир, 1979. 452 с.

149. РД IDEFO 2000. Методология функционального моделирования IDEF0. Руководящий документ. М.: Госстандарт России. 2000 г. 75 с.

150. Резников Г.В. Расчет и конструирование систем охлаждения ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988. 224 с.

151. Рейсдорф К., Хендерсон К. Borland С++ Builder. Освой самостоятельно / Пер. с англ. М.: «Издательство Бином», 1998. 704 с.

152. Сарафанов А. В. Разработка научных основ проектирования радиотехнических устройств на базе CALS-идеологии: дис. . докт. техн. наук. М.: МИЭМ, 2001. 466 с.

153. Сарафанов A.B. Автоматизация проектирования бортовых устройств электропитания радиотехнических систем с учетом тепловых и механических воздействий / дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1991.

154. Сарафанов A.B., Трегубов С.И. Электрические, электрофизические, эксплуатационные, теплофизические, физико-механические и надежностные параметры электрорадиоэлементов и материалов конструкций РЭС: справочник. Красноярск: КГТУ, 1998. 176 с.

155. Сервер поддержки программы ELCUT: сайт 2010. URL: http://elcut.ru/ (дата обращения 20.04.2010)

156. Сестрорецкий Б.В., Петров А.С и, др. Анализ электромагнитных процессов на основе RLC и Rx сеток. М.: МГИЭМ, 2000. 149 с.

157. Системы автоматизированного проектирования: учебное пособие для втузов/Под ред. И.П. Норенкова. М.: Высшая школа, 1986. Кн. 4. 160 с.

158. Солодовников И.В. Языки, программное обеспечение и организация систем имитационного моделирования. М.: Машиностроение, 1982. 48 с.

159. Стрельников В. П., Федухин А. В. Оценка и прогнозирование надёжности электронных элементов и систем. К.: Логос, 2002. 486 с.

160. Тартаковский A. M. Краевые задачи конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1984. 136 с.

161. Теория тепломассообмена / Под ред. А.И. Леонтьева. М.: Высшая школа, 1979. 495 с.

162. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967.444 с.

163. Тумковский С. Р. Идентификация параметров математических моделей элементов РЭС: дис. . д-ра техн. наук. М.: МИЭМ, 2006. 251 с.

164. Тумковский С.Р. Автоматизация схемотехнического проектирования функциональных узлов РЭС: учеб. пособие. М.: МГИЭМ, 1995.43с.

165. Тумковский С.Р. Разработка методов автоматизированного схемотехнического проектирования бортовых устройств электропитания радиотехнических систем: дис. . канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1989.

166. Харри У. Основные формулы по теплообмену для инженеров. М.: Наука, 1997. 327 с.

167. Хейнеман P. PSpice. Моделирование работы электронных схем. М.: ДМК пресс, 2005. 325 с.

168. Хернитер M. Е. Multisim 7. Современная система компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств. М.: ДМК пресс, 2006. 488 с.

169. Хонг Э., Чой К., Комков В. Анализ чувствительности при проектировании конструкций / Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 428 с.

170. Чуа Л.О., Пен-Мин-Лин. Машинный анализ электронных схем / Пер. с англ. М.: Энергия, 1981. 638 с.

171. Шваб А. Электромагнитная совместимость / Пер. с нем. В.Д. Мазина и С.А. Спектора; под ред. Кужекина. М.: Энергоатомиздат, 1995. 480 с.

172. Начальник УМУ, к.т.н., доцент

173. Декан ФИТ, Д.Т.Н., профессор1. Е. Д. Пожидаев

174. Д.т.н., профессор каф. РТУиС1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов диссертационной работы В.В. Воловикова в ОАО «Авиационная электроника и коммуникационные системы»

175. Заместитель генерального конструктора по телекоммуникационным системам1. ОАО «ГАЗПРОМ»

176. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ГАЗПРОМ КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»1. J'1. В. Сосновский

177. ОАО «Газпром космические системы»)

178. Эффективность принятых при проектировании технических решений подтверждается результатами эксплуатации изделия в составе КИК.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов диссертационной работы В.В. Воловикова в ОАО «Газпром космические системы»

179. Начальник службы качества; надежности и квалификации

180. Директор центра разработки и прок средств спутниковой-связи и ТВ

181. Открытое акционерное общество

182. Научно-исследовательский центр электронной HHIllRfr вычислительной техники" fcfcH^P^1. ОАО "НИЦЭВТ"117587, Москва, Варшавское шоссе, д. 125, тел.319-17-90, факс 319-69-78, E-mail: ¡nfo@nicevt.ru^¿¿fc № ЯЗ/^-^У/Г1. На № от *

183. УТВЕРЖДАЮ» Заместител^й^Ш^^ого директорапо ИНН/£>ию, д.т.н.1. Малютин 2010 г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов диссертационной работы В.В. Воловикова в ОАО «Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники»

184. Эффективность принятых при проектировании схемных и конструктивных решений была подтверждена результатами последующих испытаний.

185. Й^ЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖ'ЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖ^(Шж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж жжжжжжжж ж ж ж жб1. СВИДЕТЕЛЬСТВОо государственной регистрации программы для ЭВМ2008612541в конструкциях

186. Правообладателв(т1и):- Госуоарственноеобразователъное учреждение высшего профессионального образования1. Ж Ж Жж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж жжи математики (тешйчёскйй^ниверейтет) » (ЯП)

187. Автор(ы): Кофанов Юрий Николаевич, Воловиков Валерий Валерьевич (К1/)