автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы оптимального проектирования бортовых радиоэлектронных средств на основе моделирования их электрических, тепловых и механических режимов

На правах рукописи

Кожевников Анатолий Михайлова

МЕТОДЫ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ БОРТОВЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

Специальность 05.13.12 -Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2005 г.

Работа выполнена на кафедре "Информационные технологии в автоматизированных системах" Московского государственного института электроники и математики (технический университет).

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вермишев Юрий Христофорович доктор технических наук, профессор Кравченко Виктор Алексеевич доктор технических наук, профессор Шалумов Александр Славович

Ведущая организация:

ФГУЛ "ЦНИИ автоматики и гидравлики", г. Москва.

Защита состоится "24" мая 2005 года в " 14 " часов на заседании диссертационного Совета Д 212.133.03 при Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете) по адресу: 109028, Москва, Б. Трехсвятительский пер., д. 1-3/12 стр. 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электроники и математики.

Автореферат диссертации разослан "'апреля 2005 г.

Ученый секретарь

иттг,г,<^гчтаттттг\иигугг\ Г"г\ир»та ТТ 010 1 ^^ ПЯ

Общая характеристика работы

Актуальность работы. При проектировании современных бортовых радиоэлектронных средств (БРЭС) и микроэлектронной аппаратуры (МЭА) сталкиваются с серьезными проблемами, основные из которых:

• увеличение требований к надежности при ужесточении условий эксплуатации;

• снижение массогабаритных параметров при одновременном увеличении количества выполняемых функций;

• уменьшение сроков обновления и, соответственно, необходимость сокращать сроки проектирования новых изделий.

Современные БРЭС функционируют в тяжелых условиях эксплуатации: высокие уровни внешних механических воздействий и высокая температурная напряженность, что требует учета этих воздействий при разработке надежных БРЭС.

В настоящее время выдвинуты требования к повышению качества продукции в соответствии с новыми требованиями к системе менеджмента качества по ГОСТ РВ 20.39.302-98, ГОСТ Р. ИСО 9001-2001, ГОСТ РВ 15.002-2003.

Недостатком существующих средств автоматизированного проектирования БРЭС является то, что отсутствуют методология, методы, математические модели и алгоритмы автоматизированного синтеза экономичных и качественных проектных решений с учетом требований обеспечения надежности, электрического, теплового и механического режимов электрорадиоизделий (ЭРИ), входящих в состав БРЭС. Однонаправленность выбора проектных решений на этапах схемотехнического и конструкторского проектирования приводит к тому, что выявление недостаточной надежности БРЭС из-за электрических, тепловых и механических воздействий на завершающих этапах проектирования как путем математического моделирования, так и путем испытаний опытного образца приводит к длительным итерациям по их обработке, а значит, к резкому увеличению материальных затрат и увеличению сроков проектирования.

Необходимость разработки новой информационной технологии вытекает из следующих соображений: исходя из требований нормативно-технической документации по электрическим, тепловым и механическим режимам, нужно на как можно более ранних этапах проектирования оптимально выбрать тип конструкции, системы охлаждения и виброудароизоляции, элементную базу и режимы ЭРИ БРЭС, обеспечивающие необходимую надежность БРЭС. Указанный выбор должен исключить ошибки в проектировании на более поздних этапах.

В конце этапа схемотехнического проектирования возникают задачи уточнения номинальных значений параметров ЭРИ, синтеза допусков на параметры и выбора электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ, обеспечивающих заданную надежность по внезапным и постепенным отказам, которые могут быть оптимально решены лишь при системном подходе к решению, т.е. с учетом электрического, теплового, механического и других режимов ЭРИ. Однако на этапе схемотехнического проектирования не известны тепловой и механический режимы ЭРИ, что не позволяет достаточно точно определить надежность электронной схемы в процессе эксплуатации. В то же время конструктор БРЭС не знает требований к тепловому и механическому режимам ЭРИ, которые он должен обеспечить в конструкции БРЭС, что приводит к некачественным проектам.

Существующие однопроблемные программные комплексы (ПРАМ-9, SPICE, P-CAD, EWB, Microcap, Design Lab 8.0, NASTRAN, AN SYS и др.), а также АСОНИКА, в которой развито комплексное моделирование процессов в БРЭС, не позволяют решить задачу автоматического поиска и синтеза оптимальных проектных решений с учетом одновременного влияния на надежность различных режимов ЭРИ.

Возможности применяемых в настоящее время методов оптимизации на ЭВМ электронных схем и конструкций в частотной области, характеристики в которой являются основными, ограничены задачами средней размерности, а решение реальных задач большой размерности является для них чрезмерно трудоемким.

Поэтому возникает проблема разработки методологии оптимального автоматизированного проектирования БРЭС, в которой были бы системно увязаны требования к надежности и режимам ЭРИ, причем проектные решения должны обеспечивать минимальные затраты на процесс проектирования и на комплектующие элементы. Под понятием оптимального проектирования при этом необходимо понимать применение методов поиска оптимальных проектных решений.

Таким образом, тема диссертационной работы, посвященная разработке методов, математических моделей, алгоритмов и на их основе методологии оптимального автоматизированного проектирования БРЭС с учетом требований надежности, стойкости, электрических, тепловых и механических режимов, является актуальной.

Цель работы - разработка новых математических моделей, методов и методологии, обеспечивающих снижение затрат при проектировании и изготовлении БРЭС за счет синтеза оптимальных проектных решений.

Для достижения указанной цели в диссертации поставлены следующие задачи:

1. Разработать методологию автоматизированного оптимального проектирования БРЭС.

2. Разработать критерии оптимальности проектных решений.

3. Разработать метод оптимального синтеза допусков.

4. Разработать метод определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ.

5. Разработать принципы поиска оптимальных проектных решений.

6. Разработать метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области.

7. Разработать математическую модель динамики конструкций печатных узлов (ПУ).

8. Разработать метод оптимизации конструкций печатных узлов.

9. Разработать метод иерархического формирования и анализа математических моделей процессов в БРЭС.

10. Разработать методы оптимального синтеза систем виброудароизоляции

БРЭС.

11. Провести экспериментальную проверку разработанных моделей и методов.

12. Разработать программные приложения для оптимального проектирования БРЭС и внедрить их в практику промышленного проектирования и в учебный процесс вузов.

Методы исследования. В данной работе используются методы теории системного анализа, надежности, параметрической чувствительности, электротехники, теплообмена, прикладной механики, вычислительной математики и оптимизации, объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна результатов работы состоит в разработке методологии автоматизированного проектирования БРЭС, в которой, в отличие от известных, па начальной стадии этапа эскизного конструирования и на этапе технического проектирования, исходя из необходимости обеспечения надежности, автоматически определяются: оптимальные по стоимости ЭРИ допуски на параметры, оптимальные тепловые и электрические режимы ЭРИ, а также основные параметры элементов системы обеспечения необходимого теплового режима с минимизацией затрат на реализацию. Разработанная методология отличается от известных также применением методов комплексного моделирования, многопараметрической оптимизации и синтеза электронных схем и конструкций, разработанных в диссертации. В рамках разработанной методологии созданы:

1. Интегрированная математическая модель минимального по стоимости комплектующих изделий БРЭС, в которой, в отличие от однорежимных моделей, учтены стоимость конструктивных средств и ЭРИ для обеспечения электрического, теплового и механического режимов. Это позволило целенаправленно проводить разработку методов синтеза оптимальных проектных решений но частным критериям оптимальности минимальных затрат на комплектующие элементы.

2. Метод поиска оптимального типа и основных параметров системы обеспечения теплового режима БРЭС, а также оптимальных допусков и электрических режимов ЭРИ перед этапом эскизного конструирования путем использования комплексной оптимизационной макромодели БРЭС, в которой, в отличие от известных методов задаются:

• для каждого тепловыделяющего ЭРИ в макромодели теплообмена все возможные способы обеспечения теплового режима с указанием для каждой ветви теплообмена зависимости ее стоимости от величины проходящего по ней теплового потока или теплового сопротивления;

• зависимость стоимости ЭРИ от допусков на его параметры и коэффициентов электрической нагрузки;

• критерий оптимальности в виде минимума стоимости системы обеспечения теплового режима БРЭС и набора ЭРИ при выполнении требований к надежности по внезапным и параметрическим отказам. Метод позволяет более эффективно проводить нахождение оптимального типа и основных параметров системы обеспечения теплового режима ЬРЭС, а также оптимальных допусков и электрических режимов ЭРИ на начальных этапах проектирования.

3. Принцип поиска оптимального проектного решения путем выделения главного соотношения "стоимость/ надежность". Принцип позволяет более эффективно проводить нахождение оптимальных значений параметров элементов БРЭС для обеспечения необходимых значений выходных характеристик.

4. Метод оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений параметров ЭРИ, в котором в качестве ограничения используется уравнение допусков, что позволило учесть статистический характер разброса параметров

ЭРИ и, следовательно, повысить точность синтеза допусков при одновременной минимизации стоимости набора ЭРИ. Также, в отличие от известных методов, выбор варьируемого элемента на текущем шаге оптимизации производится но максимальному отношению коэффициентов чувствительности стоимости ЭРИ и выходной характеристики к изменению допуска с учетом закона распределения отклонений параметра.

5. Метод определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ, который в отличие от известных методов определения только оптимальных электрических или только тепловых нагрузочных режимов, позволяет находить оптимальное сочетание электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ с минимальными затратами на их обеспечение при условии выполнения требований по надежности.

6. Метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области, который в отличие от известных, обладает большей экономичностью по затратам времени ЭВМ вследствие «скелетной» формы составления уравнений макромодели. Метод позволяет составить зависимость выходной характеристики модели в виде аналитической зависимости от частоты с размерностью, равной числу варьируемых параметров, что позволяет эффективно проводить оптимизацию.

7. Математическая модель динамики конструкции печатного узла отличается от известных более высокой точностью за счет учета аэродинамического сопротивления воздуха, демпфирования в элементах ПУ, инерции вращения ЭРИ и участков платы. Получены формулы для приближенного учета жесткостей ЭРИ. На модель, реализованную в виде электронной схемы, получено авторское свидетельство на изобретение.

8. Новый метод улучшения динамических и прочностных характеристик ПУ за счет

оптимизации расположения их узлов крепления, для чего не требуется дополнительных материальных затрат.

9. Метод иерархического формирования и анализа математических моделей процессов в БРЭС, который в отличие от известных диакоптических и суперэлементных методов позволяет получать модель БРЭС в виде связанных подмоделей иерархических уровней БРЭС с аналитической зависимостью от частоты, что позволяет эффективно решать задачи оптимизации за счет сокращения времени анализа при конкретном значении частоты воздействия.

10. Методы синтеза систем виброудароизоляции БРЭС, которые в отличие от известных позволяют производить рациональный монтаж виброудароизоляторов, минимизировать количество виброудароизоляторов, а для ударного воздействия производить двухступенчатый синтез: первый этап - это приближенный расчет и отбор вариантов, второй этап - точный расчет переходного процесса для выбранного варианта, что сократило время синтеза. Модернизована известная математическая модель динамики системы виброудароизоляции, которая дополнена учетом «вязкого» и «сухого» демпфирования в виброудароизо-ляторах.

Применение разработанной в диссертации методологии оптимального проектирования, макромоделирования и оптимизации позволит сократить затраты на проектирование и изготовление БРЭС.

Таким образом, в диссертационной работе разработаны теоретические положения, обобщение и решение крупной научной проблемы принятия оптимальных проектных решений для БРЭС на ранних этапах проектирования при учете их электрических, тепловых и механических режимов, имеющую важное хозяйственное значение. Проблема решена путем создания моделей, методов, программных приложений и на их основе методологии, составивших научную основу оптимального проектирования БРЭС.

Обоснованность и достоверность научных результатов обеспечены математическими доказательствами или экспериментальной проверкой, что указано в актах практического внедрения результатов работы на предприятиях страны.

Научная значимость работы состоит в разработке методологии проектирования, включая методы, математические модели и программные приложения для автоматизированного синтеза оптимальных проектных решений при разработке БРЭС.

Практическая ценность работы состоит в снижении затрат на проектирование и изготовление БРЭС.

Научные положения, выносимые на защиту:

• Оптимизационный подход к построению методологии автоматизированного проектирования БРЭС, в которой:

- на начальной стадии этапа эскизного конструирования и на этапе технического проектирования, исходя из необходимости обеспечения надежности, автоматически определяются оптимальные допуски на параметры ЭРИ, оптимальные тепловые и электрические режимы ЭРИ и основные параметры элементов системы обеспечения необходимого теплового режима с минимизацией затрат на их реализацию;

- на этапе эскизного проектирования производится оптимизация параметров конструкций печатных узлов, подверженных внешним виброударным воздействиям.

• Стоимостная математическая модель комплектующих изделий и затрат на проектирование БРЭС, представляющая собой сумму минимумов стоимостей реализации локальных проектных решений и затрат на устранение ошибок проектирования с ограничениями на возможные допуски и режимы элементов.

- Оптимизационный принцип поиска типа и основных параметров системы обеспечения теплового режима БРЭС, а также допусков и электрических режимов ЭРИ на начальной стадии этапа эскизного конструирования путем использования комплексной оптимизационной макромодели БРЭС.

• Принцип выделения главного соотношения "стоимость/надежность" при поиске оптимального проектного решения. При этом в качестве варьируемого на текущем шаге оптимизации принимается параметр с наиболее рациональным значением указанного выше соотношения.

• Принцип оптимального синтеза технологических допусков на параметры ЭРИ по критерию минимума стоимости набора ЭРИ при ограничении на допуски в виде уравнения допусков. Данный принцип реализован в методе оптимального синтеза допусков.

• Принцип поиска оптимального допуска на параметр ЭРИ, основанный на выделении в процессе оптимизации ЭРИ с максимальным модулем соотношения коэф-

фициента чувствительности стоимости ЭРИ к допуску на его параметр к коэффициенту чувствительности выходной характеристики к изменению параметра ЭРИ. Данный принцип реализован в методе оптимального синтеза допусков.

• Принцип минимизации стоимостей обеспечения электрических и тепловых режимов ЭРИ, представленных в виде суммы аналитических зависимостей их стоимостей от предельно допустимых электрических режимов и стоимости средств обеспечения их необходимых тепловых режимов при выполнении требований к надежности. Данный принцип реализован в методе определения оптимальных электрических и тепловых режимов ЭРИ.

• «Скелетная» форма составления уравнений макромодели выходных характеристик процессов в БРЭС в частотной области с включением в нее варьируемых параметров, что позволяет упростить применение известных методов обращения полиномиальных матриц с сохранением аналитической зависимости от частоты.

• Конечно-разностная аппроксимация бигармонического уравнения ортотропной пластины, в которой впервые учтены аэродинамическое сопротивление воздуха, диссипативное рассеивание энергии, инерция вращения ЭРИ и участков платы, жесткости и массы ЭРИ. Данная аппроксимация реализована в математической модели динамики конструкции печатного узла.

• Иерархический подход к формированию и анализу линейных математических моделей процессов в БРЭС, который основан на представлении полной математической модели в виде совокупности подмоделей более низких иерархических уровней, каждая из которых получена путем разбиения полной системы уравнений на иерархические части и их обращении в аналитической зависимости от частоты с использованием спектрального представления матриц. Данный подход реализован в методе иерархического формирования и анализа линейных математических моделей процессов в БРЭС в частотной области.

• Принципы обеспечения необходимой виброударозащиты и минимизации количества виброудароизоляторов, а также принцип двухступенчатого синтеза при ударном воздействии: первая ступень - это экономичный приближенный расчет по упрощенной аналитической модели и отбор подходящих вариантов, вторая ступень -точный расчет переходного процесса по полной модели для выбранного варианта. Данные принципы реализованы в методах синтеза систем виброудароизоляции.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы внедрены в практику проектирования предприятий: Г ОКБ «Прожектор», ОАО ЦКБ «Алмаз», НИИ точных приборов, РКК «Энергия», ЦНИИ автоматики и гидравлики, КБ ИГАС «Волна», в/ч 11135, СКБ часовых механизмов, ОАО " ЦНИИ Циклон".

Кроме того, результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Московского государственного института электроники и математики, Красноярского государственного технического университета.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на тринадцати Всесоюзных, двух Республиканских, четырех Международных конференциях и научных сессиях, в том числе на следующих:

Республиканская конференция "Проектирование радиоэлектронной аппаратуры с применением ЭВМ на промышленных предприятиях", Киев,1975 г.; Республиканская конференция "Автоматизация проектирования РЭА на промышленных предприятиях", Киев, 1976 г.; Всесоюзная школа - семинар Чувствительность электронных и

электромеханических устройств и систем", Москва, 1977 г.; Всесоюзная конференция "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Москва, 1978 г.; Всесоюзная конференция "Автоматизация проектных и конструкторских работ", Москва, 1979г.; Всесоюзная научная сессия НТО РЭС, Москва, 1979г.; Всесоюзная школа-семинар "Чувствительность электронных и электромеханических устройств и систем", Москва, 1979 г.; Всесоюзная н.-т. конфер. 'Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Махачкала, 1980 г.; Всесоюзная конференция "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем", Москва., 1981 г.; международная конференция "Комикон-троль-81", Варна, НРБ, 1981 г.; Всесоюзная конференция "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества ЭА и П", Воронеж, 1984 г.; семинар общества "Знание" "Программные методы конструирования и ГАП микроэлектронной аппаратуры", Москва , 1986 г.; Всесоюзная конференция "Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на ОИС", Суздаль, 1989г.; Всесоюзная конференция "Проблемы теории чувствительности измерительных датчиков электронных и электромеханических систем", Владимир, 1989 г.; международная научно-технической конфер. и Российская научная школы "Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий", Москва-Сочи, 1999 г.; 55-я научная сессия, посвященная дню радио "Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия", НТО РЭС им. А.С.Попова, М., 2000 г.; международная научно-техническая конфер. и Российская научная школа "Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий", Москва-Сочи, 2000 г.; международная научно-техническая конфер. и Российская научная школа "Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий", Москва-Сочи, 2001 г.; международная научно-техническая конференция и Российская научная школа "Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий", Москва-Сочи, 2002 г., международная научно-техническая конфер. и Российская научная школа "Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий", Москва-Сочи, 2003 г.; международная научно-техническая конфер. и Российская научная школа молодых ученых и специалистов "Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий", Москва-Сочи, 2004 г.

Публикации результатов работы. Научные и практические результаты диссертационной работы отражены в 55 опубликованных работах, в том числе: 14 статей, 33 материалов конференций, 1 авторское свидетельство на изобретение, 2 программы сданы в ФАП.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 269 листах машинописного текста, списка литературы из 223 наименований печатных работ, приложения и содержит 62 рисунка, 7 таблиц. Общий объем работы составляет 283 страницы.

Диссертация выполнена при научной консультации по вопросам надежности д.т.н., профессора Кофанова Ю.Н.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы; формулируется цель; научная новизна; практическая ценность исследований и разработок; приводятся основные положения, выносимые автором на защиту.

Первая глава "Современное состояние проблемы и постановка задач разработки" с целью мотивированной постановки задачи работы посвящена, главным образом, анализу современного состояния дел в области моделирования и системного автоматизированного проектирования надежных БРЭС, а также проблемам и задачам моделирования, синтеза и повышения качества проектирования БРЭС с учетом требований надежности, электрических, тепловых и механических режимов работы. Рассмотрены проблемные вопросы создания высоконадежных БРЭС, вытекающие из требований к бортовой аппаратуре.

Показано, что БРЭС, как объект оптимального проектирования, представляет собой сложную как в схемотехническом, конструкторско-технологическом, так и в плане надежности, систему, подвергающуюся широкому спектру интенсивных воздействий дестабилизирующих факторов: электрических, тепловых, механических и других.

Для БРЭС характерно протекание нескольких взаимосвязанных физических процессов, учет характера протекания и взаимодействия которых в значительной степени определяю! показатели надежности и оптимальность проектирования БРЭС.

Основные проблемы, возникающие в начале создания надежных БРЭС, состоят в необходимости системного исследования и отработки модели эксплуатации БРЭС и ее составных частей в составе технического объекта, в достаточно точном определении влияния внешних воздействий на БРЭС, анализе оптимальных методов защиты от них и синтезе проектных решений, позволяющих обеспечить требуемые характеристики надежности с минимальными затратами.

В частности, требования ГОСТ РВ 20.39.302-98 предполагают решение следующих задач:

• выбор элементной базы с учетом надежности и стойкости к режимам эксплуатации ;

• обеспечение допустимых или облегченных режимов и условий применения ЭРИ при всех возможных отклонениях их параметров, режимов, внешних и специальных факторов;

• оптимизацию схемно-конструктивных решений (но критерию надежности и стойкости) методами и средствами математического и физического моделирования;

• сочетание расчетных и экспериментальных методов оценки, увязанных с этапами разработки и изготовления.

Решение перечисленных задач лежит в области разработки новых информационных технологий моделирования и системного оптимального автоматизированною проектирования и синтеза надежных БРЭС, существенный вклад в развитие которых внесли работы Вермишева Ю.Х., Кофанова Ю.Н., Норенкова И.О., Борисова Н.И., Кравченко В.А., Солодовникова И.В., Шрамкова И.Г., Редкозубова С.А., Кечиева Л.И., Гридина В.Н., Сарафанова А.В., Шалумова А.С. и других.

Анализ особенностей протекания физических процессов, анализ отказов, а также изучение особенностей процесса проектирования БРЭС позволили сделать заключение о том, что современная методология разработки базируется на разрозненных расчетах, макетировании и доработке изделий по результатам испытаний.

В настоящее время развиваются методологии проектирования БРЭС на основе СЛЬ8-технологий с использованием системной комплексной модели БРЭС. Согласно этой методологии получаемые варианты проекта БРЭС опираются на комплексные исследования характеристик БРЭС, которые выполняются при помощи соответствующего программно-методического обеспечения с использованием системной комплексной модели БРЭС - электронного макета (ЭМ). Для реализации возможности информационного взаимодействия разработчиков в рамках, например, виртуальных предприятий или КБ процесс комплексных исследований характеристик ЭМ БРЭС может выполняться по технологии «клиент-сервер» с использованием вычислительных сетей.

Такие схемы проектирования даже при применении комплексного системного моделирования не приводят к нахождению оптимальных проектных решений или близких к ним еще на этапе доэскизного и эскизного конструирования, в результате чего недостатки проектного решения выявляются на более поздних этапах проектирования, что вызывает большие временные и материальные затраты по их устранению и реализации. Поиск же оптимальных проектных решений вообще не производится из-за отсутствия соответствующего математического, программного и методического обеспечений САПР.

При наличии перечисленных выше факторов, влияющих на надежность БРЭС, с целью повышения качества и снижения стоимости разработки и ее реализации необходимо на ранних этапах проектирования БРЭС обеспечить разработчика и конструктора данными по оптимальным вариантам проектирования: для обеспечения нагрузочных электрических, тепловых и механических режимов ЭРИ; выбору типов ЭРИ; параметрам системы обеспечения необходимого теплового режима; допускам на параметры ЭРИ; параметрам несущей конструкции и системы виброудароизоля-ции.

Рассмотрим недостатки существующей методологии автоматизированного проектирования БРЭС.

В существующих методиках проектирования выбор нагрузочных режимов ЭРИ (коэффициент электрической нагрузки и температура окружающей среды) производится интуитивно на основе опыта разработчика с последующей проверкой при расчете теплового режима после разработки конструкции и уточненном расчете надежности. При этом не учитывается оптимальное сочетание электрического нагрузочного режима ЭРИ (коэффициента нагрузки) и его теплового режима с точки зрения стоимости набора ЭРИ и стоимости обеспечения его теплового режима при обеспечении надежности.

Расчет надежности на этапе схемотехнического проектирования производится ориентировочно и только по внезапным отказам, т.к. расчет надежности по постепенным отказам можно произвести лишь при условии знания тепловых режимов ЭРИ, т.е. только при уточненном расчете надежности после проектирования конструкции.

Выбор системы охлаждения и ее параметров в рассмотренных методиках производится без учета оптимального сочетания электрических и тепловых режимов ЭРИ с точки зрения минимальной стоимости системы охлаждения и набора ЭРИ при обеспечении заданной надежности БРЭС по внезапным и постепенным отказам и теплостойкости.

Из рассмотренных используемых математических моделей расчёта эксплуатационной интенсивности внезапных отказов ЭРИ следует, что повышение надёжности

ЭРИ возможно либо за счет применения более надежного и дорогого ЭРИ, либо за счет снижения коэффициента режима Кг путем уменьшения коэффициента электрической нагрузки, либо за счет снижения рабочей температуры ЭРИ, что одновременно требует более высоких затрат на его охлаждение.

Вследствие этого актуальной является задача нахождения оптимального сочетания показателей надежности и режимов ЭРИ.

В существующих методиках на этапе схемотехнического проектирования выбор номинальных параметров ЭРИ и допусков на них хотя и может производиться на основе параметрической оптимизации или статистических методов, но производится без знания реальных тепловых режимов ЭРИ, что не позволяет оптимально выбрать допуски на ЭРИ и номинальное значение выходной характеристики, обеспечивающих наибольшую вероятность ее нахождения в пределах заданных значений в течение времени эксплуатации. В рассмотренных методиках синтез допусков на параметры ЭРИ может производиться с учетом зависимости стоимости ЭРИ от допуска на его параметр, однако при этом не учитывается статистический характер разброса параметров ЭРИ.

Выбор номинальных значений параметров ЭРИ и элементов МЭА (ЭМЭА), а также допусков на них влияет на надежность БРЭС и МЭА по параметрическим отказам, причем при уменьшении поля допуска стоимость ЭРИ и ЭМЭА существенно возрастает. Надежность БРЭС по параметрическим отказам можно повысить, в том числе, с помощью оптимального выбора номинальных значений и допусков на параметры ЭРИ, типов ЭРИ и режимов их работы.

В результате воздействия эксплуатационных факторов и старения элементов электронных схем (ЭРИ и ЭМЭА) происходит несимметричное изменение ее выходной характеристики в сторону верхнего или нижнего допуска на нее и при достижении его наступает параметрический отказ. Существующие методы синтеза допусков и уравнение допусков предполагают симметричное отклонение выходной характеристики и параметров от номинальных значений, вследствие чего значения допусков на параметры получаются заниженными, что приводит к увеличению стоимости элементов.

Вследствие этого возникает актуальная задача оптимальною синтеза допусков и уточнения номинальных значений параметров ЭРИ с учетом их совместного влияния на надежность БРЭС по параметрическим отказам с целью обеспечения заданной надежности при минимальной стоимости набора ЭРИ и системы обеспечения теплового режима.

Анализ электронных схем и конструкций БРЭС в частотной области заключается в составлении и решении на каждой частоте й),, 1 = 1 ...к частотного диапазона системы линейных алгебраических уравнений высокой размерности, достигающей нескольких и более тысяч уравнений, что вызывает необходимость разработки эффективных методов иерархического макромоделирования для осуществления возможности оптимизации параметров схем и конструкций.

Поэтому для оптимизации параметров моделей процессов в БРЭС в частотной области (электрических и вибрационных) с целью достижения заданных выходных характеристик актуальна разработка методов, более экономичных по затратам машинного времени по сравнению с существующими.

Основным конструктивным узлом БРЭС являются печатные узлы (ПУ) и их коэффициенты динамичности на резонансных частотах являются превалирующими по сравнению с другими элементами конструкции, поэтому была необходима разработка более точной математической модели динамики ПУ в широком частотном диапазоне по сравнению с существующими, в которых не учтено аэродинамическое сопротивление воздуха, инерция вращения ЭРИ и участков платы.

При выборе средств защиты БРЭС от внешних механических воздействий в существующих методиках проектирования производится неавтоматизированный и неоптимальный синтез системы виброудароизоляции, не обеспечивающий рациональный монтаж виброизоляторов и выбор их параметров. Используемый в настоящее время метод синтеза систем виброизоляции является однокритериальным, т.к. в целевую функцию входит лишь минимизация отклонения расчетной перегрузки от допустимого значения. При этом не учитываются требования к рациональному монтажу виброизоляторов, что не обеспечивает наилучших условий их работы и оптимальности проектного решения. Метода автоматического синтеза систем удароизоля-ции вообще не существует.

Поэтому актуальной задачей является разработка качественных методов синтеза оптимальных параметров систем виброудароизоляции конструкций БРЭС.

Оценивая в целом существующие методологии проектирования БРЭС можно сделать вывод, что их недостатком является:

• отсутствие поиска направлений оптимальных проектных решений на стыке схемотехнического проектирования и эскизной стадии конструкторского проектирования, приводящее к неправильному и неоптимальному начальному проектному решению по обеспечению надежности БРЭС, режимов и допусков на параметры ЭРИ;

• отсутствие методологии оптимального проектирования.

В результате вышесказанного актуальной задачей является также совершенствование структуры и задач самого процесса проектирования, что требует разработки новой методологии проектирования.

Проведенный в рамках диссертации анализ программных средств, применяемых в процессе разработки БРЭС, показал, что в настоящее время используется большое количество пакетов расчетных прикладных программ (ПП) и систем, решающих, в том числе, и некоторые однорежимные задачи оптимизации: Design Center, OrCAD-9.1, Protel 99SE, MicroCAP, VITUS, Inter GRAPH, SPECCTRA, P-CAD 2000, D1SP, Beta Soft, TAS, Thermal Designer 98, Polaris, Omega PLUS, Design Space, COSMOS, ADAMS, ANSYS, NASTRAN, АСОНИКА, Microware Office, PRAC, System View и др. Анализ их основных характеристик показывает, что в наибольшей степени адаптированной к задачам комплексного исследования характеристик для использования п процессе оптимизации БРЭС является система «АСОНИКА». Однако применение перечисленных программных средств не позволяет производить оптимальное проектирование БРЭС вследствие отсутствия в них средств поиска оптимальных проектных решений при комплексных воздействиях и режимах.

В главе 2 "Методы оптимизации электрических и тепловых режимов ЭРИ при проектировании БРЭС" рассмотрены математические модели и методы обеспечения надежности ЭРИ при электрических и тепловых нагрузках для синтеза и оптимального проектирования БРЭС.

Предлагается использовать в качестве основного критерия оптимальности разрабатываемых БРЭС и МЭА минимум стоимости разработки и реализации проектного решения (РПР). При этом под стоимостью понимается либо ценовой, либо абстрактно-экспертный показатель, включающий в себя требования к качеству изготовления элементов и их типам, к потреблению энергии, массо-габаритным показателям, к количеству виброудароизоляторов и т.д.

Критерий оптимальности проектных решений можно выразить в виде:

1гои ошаничениях:

рш, > ран „щ, > рпар МЛ" < ю" г < у а/ "** <ш"а

~ Л«)' " ' /1,1 ~ ').( ' /V — ' » р,1 ~ <1.1 1

где С - стоимость комплектующих элементов; и - количество электронных элементов; - стоимость /' - го электронного элемента; 8) - вектор допусков на параметры

г- го ЭРИ; Х,| - интенсивность отказов 1-го ЭРИ; Ж" - предельно допустимая электрическая нагрузка для 1 - го ЭРИ; т - количество ЭРИ, для которых используются индивидуальные средства обеспечения заданного теплового режима (радиаторы, вентиляторы, теплоотводы и пр.); стоимость индивидуального средства обеспечения заданного теплового режима у- го ЭРИ; - номинальное значение параметра ] - го ЭРИ; ^ -- время эксплуатации; <5У„,,„ - допустимое относительное отклонение выходной характеристики от номинального значения; - заданная вероятность безотказной работы БРЭС и МЭА по внезапным отказам; - заданная вероятность безотказной работы БРЭС и МЭА по параметрическим отказам; (/,.т1щ, - вектор параметров конструкции; Р) - мощность, выделяемая ]- м ЭРИ; - температура среды около у - го ЭРИ; С',Ш1|||) - стоимость общей системы охлаждения изделия (продув воздуха и т.п.); - вектор допусков на параметры ЭРИ, входящих в изделие; - тепловая мощность, выделяемая в изделии; - температура окружающей среды; - стоимость реализации проектных решений по защите изделия от внешних механических воздействий; - матрица допустимых механических воздействий на ЭРИ на заданных частотах / (перегрузки, перемещения, механические напряжения, количество выбросов при случайной вибрации); - расчетные значения вероятности безотказной работы изделия по внезапным и параметрическим отказам соответственно; - расчетные значения рабочих режимов ЭРИ: электрического, теплового и механического соответственно; - стоимость проектирования;

- машинное время; - время доработки проекта; - сложность проекта; количество ошибок в проекте.

Рассмотрим разработанные в диссертации методы повышения качества проектирования за счет применения проектирования БРЭС с использованием предложенного основного критерия оптимальности.

)

(1)

Метод выделения главного соотношения "стоимость/надежность".

Для реализации возможности оптимизации параметров, в результате которых необходимо получить минимум целевой функции (например, стоимости БРЭС) при ограничении на изменение выходной характеристики (например, вероятности безотказной работы) в диссертации разработан метод оптимизации, который в отличие от известных градиентных методов поиска минимума целевой функции основан не на нахождении ее производных по варьируемым параметрам и движении по антиградиенту, а на выборе, в качестве варьируемого, параметра элемента с максимальным модулем отношения коэффициентов чувствительности по варьируемому параметру минимизируемой целевой функции и выходной характеристики, которую можно уменьшать лишь до заданного значения, если она больше него.

В случае, если выходная характеристика меньше требуемого значения, то в качестве варьируемого выбирается параметр элемента с минимальным модулем отношения коэффициентов чувствительности по варьируемому параметру минимизируемой целевой функции и выходной характеристики, которую можно увеличивать лишь до заданного значения.

Под изменяемым параметром понимается применение резервного элемента или узла, характеристики средств обеспечения тепловых режимов элементов (вентиляторы, радиаторы, тепловые трубы, элементы Пельтье и т.д.), изменение коэффициентов электрической нагрузки элементов за счет применения более мощных/маломощных элементов, параметры системы виброудароизоляции, механические характеристики несущей конструкции БРЭС и т.д.

Практическая реализация разработанного метода оптимизации показана на решении двух следующих задач.

Метод автоматического оптимального синтеза допусков на параметры ЭРИ и уточнения их номинальных значений.

Разработанный в диссертации метод автоматического оптимального синтеза допусков на параметры ЭРИ и уточнения их номинальных значений учитывает: статистический характер отклонений параметров ЭРИ при их изготовлении, отклонения параметров при эксплуатации БРЭС, стоимость обеспечения заданного допуска на параметр ЭРИ, чувствительность выходной характеристики к изменению параметра ЭРИ. На элементы, к изменению параметров которых чувствительность выходной характеристики высокая, назначается меньший допуск, чем для элементов, к изменению параметров которых чувствительность выходной характеристики низкая.

Относительное отклонение выходной характеристики можно представить в

виде:

откуда величина отклонения выходной характеристики за счет синтезируемых технологических допусков на параметры ЭРИ определится в виде:

где - допустимое отклонение выходной характеристики;

Я"*""(У\8'ш(У\§ Р(У\£ ""(У) - относительные отклонения У за счет отклонения параметров ЭРИ при изменении температуры, старении, хранении и изменении напряжения питания соответственно, находимые с использованием коэффициентов параметрической чувствительности.

Если зависимость стоимости к - го ЭРИ от допуска на его параметр выразить в виде полинома, например, вида: С4 = ^ (й^ + , ,)), где коэффициенты полинома; т - количество параметров. Тогда стоимость всех (Ь) ЭРИ будет равна:

Разработанная математическая модель оптимального синтеза допусков на параметры ЭРИ в виде минимизируемой функции стоимости С и ограничения в виде уравнения допусков, являющегося условием непревышения отклонения У за счет технологических разбросов параметров допустимого для этого значения имеет вид:

при ограничениях на максимальный и минимальный допустимые допуски где И $(дк1) - допустимые относительные технологическое отклонение У и тех-

нологический допуск на параметр соответственно; - коэффициенты,

зависящие от законов распределения величин К и соответственно; Л'^ -относительная функция чувствительности У по параметру

При синтезе допусков в частотной области в качестве текущего варьируемого в процессе оптимизации выбирается 1-Й допуск к - го ЭРИ с наибольшим значением модуля из всех ЭРИ, добиваясь при изменении допуска равенства или максимального выполнения уравнения допусков для совокупности т - дискретных частот заданного диапазона, т.е. минимизируется сумма отклонений между правой и левой

частями уравнения. где: / ^

н

И/

пч/

V /

Выбор ЭРИ с наибольшим значением модуля основан на желательности наибольшего отношения чувствительности стоимости ЭРИ к изменению допуска и чувствительности выходной характеристики к изменению параметра ЭРИ с учетом определяющим вид функции закона распределения , и, соответственно, вероятность определенного отклонения параметра. При увеличении плотности распределения значений параметров вблизи математического ожидания значения параметра значение также увеличивается.

Отклонение выходной характеристики от номинального значения (ЛК) в конце срока эксплуатации вследствие старения происходит в одну сторону, а при воздействии температуры знак отклонения может изменяться, из-за чего возникают колебания . Технологический разброс параметров ЭРИ в основном является симметричным относительно номинального значения и не влияет на математическое ожидание вы-

ходиой характеристики. Необходимо добиться одинакового отклонения выходной характеристики от верхней и нижней границ поля допуска в конце срока эксплуатации и величину этого отклонения задать в качестве ограничения для синтеза технологических допусков. Величина корректировки номинального значения У определяется при этом по формуле:

А)"

(У" +Г")

-ДГ"-Д К"

(ДГ",+ДГ'")

2 2 где ДК"",Д!/'"" - максимальные отклонения У под воздействием температуры и стороны верхнего и нижнего допустимых значений соответственно; - отклонение У за счет старения элементов (в том числе возможно и с учетом радиационного воздействия) в условиях эксплуатации; Д У'р - отклонение Уза счет старения элементов при хранении изделия.

В результате уточненное номинальное значение будет равно:

Поправки к номинальным значениям параметров ЭРИ - находятся в итера-

ционном процессе достижения выполнения условия где - задаваемая точность итерации. Затем, если значения номинальных параметров могут иметь дискретные значения из заданного ряда, производится их направленный или случайный перебор с целью получения минимума левой части вышеприведенного условия. При необходимости получения более точного решения, следует выполнить расчет функций параметрической чувствительности при новых значениях поминальных параметров и повторить действия алгоритма.

Методы определения оптимальных электрических и тепловых режимов ЭРИ.

В диссертации разработаны методы определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ при заданных рабочих режимах, что позволяет выбрать тип ЭРИ по предельно допустимым нагрузочным параметрам, а также определить параметры индивидуальных средств обеспечения теплового режима ЭРИ (радиаторы, элементы Пельтье, теплоотводы и т.п.) и температуру воздуха в блоке или в отдельной зоне, которые минимизировали бы стоимость набора ЭРИ и реализации теплового режима БРЭС при выполнении требований надёжности набора ЭРИ по внезапным отказам, зависящим от режимов эксплуатации.

Если стоимость i - го ЭРИ выразить в виде полинома: С, =/>,,, +Л,, а стоимость обеспечения ]- го теплового режима (температуры воздуха в блоке и температур ЭРИ) в виде , то стоимость реализации этих режимов будет:

где И'а.г предельно допустимая нагрузка на i - й ЭРИ, С);=/) + /-'/"у,

- коэффициенты полиномов.

Коэффициенты полиномов могут отражать как истинную зависимость стоимости ЭРИ или , так и являться весовыми коэффициентами, назначаемыми специалистами.

Последнее выражение можно записать в виде: С, - Cf, + ^

где W/n - рабочая (эксплуатационная) электрическая нагрузка на i- и ЭРИ; ко-

эффициент электрической рабочей нагрузки на i - й ЭРИ.

При расчетах надежности используется коэффициент режима ЭРИ ЙслиГА^м, Т)- в математических выражениях для коэффициента Kf принять тем-

пературу окружающей среды Т = const (она изменяется в цикле оптимизации), то Кр будет являться функцией от коэффициента электрической нагрузки

Выразим Кр1 в виде квадратичного полинома: Kpi -aaj • Км/ +а2/ ■ K2Ui Тогда вероятность безотказной работы системы по внезапным отказам при наиболее широко используемом экспоненциальном распределении

P{f)=e м

-'!>Л/ГК -<1аа%«ОГК

=е «

где - заданное значение надёжности по внезапным отказам.

Для нахождения минимума стоимости применены метод неопределенных множителей Лагранжа и метод выделения главных соотношений.

Рассмотрим первый метод. Метод неопределенных множителей Лагранжа позволяет найти глобальный минимум стоимости при фиксированных значениях температуры воздуха внутри блока (она изменяется в цикле). Введём вспомогательную переменную а1, при этом

„2

р _ p"i „ .Следовательно: =1.

' 3 Ы

п

е = р"'1 .

Тогда

Прологарифмируем обе части предыдущего равенства:

-,я0 .(а,, + а,+ а,ЖV.)• П К,а >,1пР,

* /--I

Из выражения (3) находим коэффициент К^ :

(3)

Перед знаком - корень квадратный оставлен только знак плюс т.к. может

иметь только положительные значения.

Подставив полученное выражение для в выражение для получим выражение для минимизируемой функции с ограничением = 1.

F(a,.a2,...,a„,X) = С,, Ь01 + | + л| \

«I

й вид:

Подставив в функцию Лагранжа выражение для К,,, , продифференцировав функцию но переменным а1,а2,---,а11,Л, где Л- неопределенный множитель Лагранжа, и приравняв производные к нулю, получим систему из (п + 1)- го нелинейного уравнения:

Решение системы уравнений позволяет определить значения И|,й!г,...,а|1,А, которые дают минимальное значение . Подставив в выражение для получим оптимальные значения и затем значения

,,..К получим

№

по которым выбираются предельно допустимые нагрузочные параметры соответствующих ЭРИ.

Уравнения по методу Лагранжа составляются для изменяемых в цикле дискретных значений температуры окружающей среды Т (воздуха в блоке) и для этих значений находятся значения для ЭРИ, при которых стоимость набора ЭРИ

будет минимальной при обеспечении требований по надёжности. Затем из всех значений стоимости выбирается минимальная и соответствующая ей температура и коэффициенты Кп для ЭРИ, которые необходимо обеспечить, что позволяет конструкторам правильно выбрать параметры системы охлаждения БРЭС, а разработчикам электронных схем выбрать ЭРИ, обеспечивающие определенные

Решение этой же задачи минимизации при любых математических моделях надежности ЭРИ методом выделения главных соотношений сводится к многошаговому процессу и позволяет увеличить число варьируемых параметров, в частности, параметры индивидуальных средств обеспечения теплового режима ЭРИ (радиаторы, теп-лоотводы, элементы Пельтье и т.п.).

Стоимость индивидуального средства обеспечения теплового режима ЭРИ: С„ =</„ +еи ■/(„, где Яи - параметр индивидуального средства (сопротивление радиатора, расход энергии, ценовая стоимость и т.п.). Нахождение оптимального проектного решения производится методом последовательных приближений к нему на каждом шаге оптимизации.

Математически оценка степени целесообразности изменения параметра или режима с целью минимизации стоимости при расчетном значении вероятности безотказной работы БРЭС - Р меньшем ее требуемого значения выражается в виде главных соотношений:

. для резервных элементов (подключение/отключение):

В*

I ^

, С дР)

ЭРИ): я,

для электрических режимов (уменьшение/увеличение коэффициента нагрузки

X. ас, )

для

К дР, V

индивидуального средства обеспечения теплового режима (увеличе-

ние/уменьшение теплоотвода):

для теплового режима блока (увеличение/уменьшение температуры в блоке):

где С - стоимость БРЭС; предельно допустимая элекприческая нагрузка 1- го

ЭРИ; Т - температура воздуха в блоке; Р,,Си - вероятность безотказной работы и стоимость 1- го ЭРИ соответственно; С:1, /?„ - стоимость и параметр индивидуального средства обеспечения теплового режима ответственно. При этом вводятся ограничения на предельно допустимые значения режимов ЭРИ.

I 1а каждом шаге оптимизации анализируется, изменение какого параметра наиболее эффективно влияет на уменьшение стоимости набора ЭРИ. Анализируется также влияние поддерживаемой температуры внутри блока на вероятность безотказной работы и стоимость БРЭС. В случае, если расчетное значение Р больше его требуемого значения, то эта оценка производится на основе поиска наибольшего по модулю из значений gn,g,,gu или gl■, и, соответственно, либо увеличивается 1УЛ1 для ЭРИ, '

либо увеличивается температура внутри устройства Т, либо изменяются параметры индивидуального средства обеспечения теплового режима в направлении, обеспечивающем приближение текущего расчетного значения вероятности отказов БРЭС к заданному значению сверху при наибольшем уменьшении стоимости.

В случае, если расчетное значение Р меньше его требуемого значения, то в процессе оптимизации необходимо на текущем ее шаге находить наименьшее по модулю из значений gp,g,,gt, или gr , и, соответственно ему, либо вводить резервный элемент, либо уменьшать для ЭРИ, либо уменьшать температуру внутри устройства Т, либо изменять параметры индивидуального средства обеспечения теплового режима в направлении, обеспечивающем увеличение текущего расчетного значения вероятности отказов БРЭС и приближение его к заданному значению снизу с минимальными затратами.

Производные находятся либо в аналитическом виде для дифференцируемых функций, либо методом приращений с использованием макромоделей для уменьшения объема вычислений.

Метод поиска оптимального типа и основных параметров системы обеспечения теплового режима БРЭС, оптимальных допусков и электрических режимов.

При решении проектной задачи по выбору начальных параметров системы обеспечения теплового режима, начальных допусков на параметры ЭРИ, начальных оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ (до эскизного проектирования) используется комплексная оптимизационная макромодель БРЭС, в макромодели теплообмена которой для каждого тепловыделяющего ЭРИ указываются все возможные способы обеспечения теплового режима (кондукция, конвекция, радиатор, элемент Пельтье и т.п.), но с указанием для каждой ветви теплообмена зависимости ее стоимости от величины проходящего по ней теплового потока или теплового сопротивления. Также в макромодель теплообмена вводится площадь корпуса, с которым происходит конвективный, кондуктивный или лучистый теплообмен и мощность вентилятора или других средств теплообмена. Стоимость этих средств зависит от площади корпуса, мощности вентилятора или параметров других средств теплообмена соответственно. Оптимизируемыми по критерию минимума стоимости системы обеспечения теплового режима БРЭС и набора ЭРИ при выполнении требований к надежное™ по внезапным и параметрическим отказам являются параметры всех ветвей теплообмена ЭРИ, электрические и тепловые нагрузочные режимы ЭРИ, допуски на параметры ЭРИ, а также площадь корпуса, мощность вентилятора или других средств теплообмена. Полученные параметры являются исходными для эскизного проектирования БРЭС.

Аналогичная, но более детальная, макромодель теплообмена строится после разработки эскизного проекта конструкции БРЭС для уточненного синтеза допусков, оптимальных тепловых и электрических нагрузочных режимов ЭРИ и параметров системы обеспечения теплового режима.

Метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик эквивалентных электронных схем к большим изменениям параметров в частотной области.

Для проведения экономичной по затратам времени ЭВМ параметрической и структурной оптимизации частотных характеристик эквивалентных электронных схем, в том числе моделирующих вибрационные и другие процессы в различных объектах на основе электроаналогий, в диссертации был разработан, излагаемый ниже, метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик эквивалентных электронных схем к большим изменениям параметров в частотной области.

Рассмотрим исходную модель электронной схемы в частотной области, построенную в расширенном однородном координатном базисе:

(ихл)- исходные вещественные матрицы коэффициентов; У{п) - вектор возмущающих воздействий; Ха(п) - искомый исходный вектор напряжений в узлах схемы и токов через индуктивности; и - количество неизвестных; -круговая частота; - мнимая единица.

При анализе чувствительности схем к большим изменениям параметров ЭРИ, от значений которых зависят коэффициенты матриц параметр может изме-

няться от нуля до бесконечности, что позволяет варьировать структурой схемы подключая или отключая элементы.

Определим сначала чувствительность выходной характеристики к изменению параметров матриц . Пусть варьируются параметров и они изме-

няются на величину или в матрицах соответственно.

Проводимость ветви - у (или ее сопротивление), включенная между i - м и j -м узлами, появляется в матрице С0 И 0о в столбцах и строках с номерами i и j, при этом имеет знак плюс в диагональных элементах и знак минус во внедиа-

гональных элементах . Эту зависимость можно записать, например, для

матрицы Сц в форме произведения векторов: у(е, , где t - индекс транспо-

нирования, е, - единичный вектор, все компоненты которого, кроме ь го, равны нулю, а i - й равен единице, - единичный вектор, все компоненты которого, кроме j- го, равны нулю, а - й равен единице.

Тогда матрица С„ = £ ук (е,к -е1к )(еЛ - ед)'.

Для четырехполюсников, имеющих два входных узла /, и ¡2 и два выходных узла элемент матрицы , равный у можно записать в виде:

Для ^ го четырехполюсника алгоритм занесения ук в матрицу С„ (или (/„) можно записать в виде укркС1к, где рк = екл ~ек,2,дк = ек/1 ~ек/1.

Выходную величину представим в виде элементов вектора где с!' - транспонированный вектор, определяющий номер элемента вектора х, являющегося выходной характеристикой F при измененных параметрах:

Обозначим , при этом Тогда при изменении па-

раметров можно записать:

- вектор решения при измененных параметрах,

- диагональные матрицы изменений параметров соответственно.

Матрицы имеют размерность матрицы имеют размерность

и содержа) информацию об адресах и знаках внесения параметров элементов в матрицу в виде нулей и

Обозначим

Уравнение (4) представим в виде системы уравнений:

Подставив X = А^У - А^Р1.гс - А^Ркгк из (4) в систему (5) и исключив из нее путем подстановки ¿/к И <1С получим систему уравнений макромодели:

(6)

где

I,. = с1'А~'Рс, = <1%ЛРК, Ъ = с1'А0]У.

В системе уравнений (6) матрицы имеют размерность (тхт),

(Ы1), {тх1), (/х т) соответственно, а векторы У', гс и строка <{. размерность т\ У', гк и строка 1В размерность I; и Г - скаляры.

Для того, чтобы в выражении для Г сохранить аналитическую зависимость от я, вычисление АЦ1 производится по известному методу, основанному на вычислении собственных значений матрицы Ац=С,1Л + 0<) и всех ее правых /? = [/?,,...,и

левых собственных векторов, связанных условием нормировки

единичная матрица. В результате матрица

Таким образом, вычислив один раз Л^1 в виде аналитической зависимости от 8, и подставив в систему (6), имеющую количество уравнений (т + 1), можно вычислять выходную характеристику Г и, соответственно, ее чувствительность на различных й> при больших изменениях (т +1) параметров.

При необходимости вычислять выходную характеристику в нескольких узлах модели необходимо вместо вектора й' использовать диагональную матрицу, в диагонали которой находятся единицы в тех строках, номера которых равны номерам узлов выходных характеристик, а остальные элементы равны нулю. В этом случае и Г будут векторами и изменятся также размерности некоторых используемых массивов.

Оценка предлагаемого метода произведена из сравнения вычислительных затрат на формирование макромодели (Г1Ш), вычисления выходной характеристики по исходной системе с симметричной положительно определенной матрицей коэффициентов ('Гр „ ) и полученной м а к р о м о д£д,и):

Вычислительные затраты определялись в вещественных мультипликативных операциях. Из анализа приведенных выражений установлено, что при сокращение трудоемкости вычислений по макромодели будет не менее

двух порядков, а построение макромодели оправдано, если надо сделать более десяти шагов оптимизации. Так, например, при количестве частотных

точек - 100, количестве циклов оптимизации - 100, время решения при использовании макромоделирования (с учетом трудоемкости построения макромодели) уменьшилось в 42 раза по сравнению с решением при использовании полной модели.

В главе 3 "Математические модели и методы расчета, синтеза и оптимизации конструкций БРЭС и их элементов при внешних механических воздействиях" разработаны математические модели конструкции БРЭС и ее элементов для расчета, синтеза и оптимизации их параметров при внешних механических воздействиях.

Метод иерархического построения математической модели вибрации конструкции БРЭС.

Синтез оптимальных проектных решений при проектировании виброударона-дежных конструкций БРЭС заключается в выполнении требований к прочности конструкции и в непревышении перегрузок на ЭРИ допустимых для них значений. Основной выходной характеристикой конструкции при внешних вибрационных воздействиях (кинематическое воздействие и акустический шум), на основе которой можно получить остальные необходимые выходные характеристики, является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), которую необходимо получить в виде, обеспечивающем выполнение указанных выше требований с наименьшими затратами. Поскольку конструкция БРЭС имеет иерархическую структуру, то необходимо оптимальным образом сочетать между собой амплитудно-частотные характеристики отдельных иерархических уровней для получения приемлемой сквозной АЧХ. Поэтому в диссертации был разработан метод иерархического построения математической модели вибрации конструкции с аналитической зависимостью от частоты, эффективный при оптимизации ее параметров.

В качестве исходной взята известная математическая конечно-элементная модель динамики конструкции с заданными граничными условиями в местах крепления.

Ее решение наталкивается на ряд серьезных трудностей, среди которых следует отметить:

большое разнообразие конструкций БРЭС и их составных частей, затрудняющее построение математических моделей;

сложность учета характеристик материалов и их зависимостей от режимов эксплуатации;

большие размерность и трудоемкость решаемых задач, затрудняющие процесс решения и параметрической оптимизации конструкций.

Для преодоления первой трудности на основе метода конечных элементов был разработан набор моделей типовых элементов конструкций с 6-ю степенями свободы,

позволивший, в конечном счете, создать программное приложение моделирования, инвариантное к типу конструкции.

Для построения математической модели вибрации конструкции последняя расчленяется на подконструкции различных иерархических уровней. Подконструкция 1 -го уровня расчленяется на макроэлементы и (или) конечные элементы. Макроэлементы (например, печатные узлы) описывают типовые элементы конструкции. Их разбиение на конечные элементы производится автоматически с помощью специальных программ, что позволяет автоматизировать построение модели.

В конечном счете, модель динамики конструкции формируется в виде системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ):

где Ы,С,К - вещественные матрицы масс, демпфирования и жесткостей конструкции соответственно; - вектор искомых узловых перемещений; - вектор воз-

мущающих воздействий; в частотной области

Решая СЛАУ (7) для дискретных значений частоты заданного частотного диапазона возмущающих воздействий, можно определить частотные характеристики конструкции, по которым тривиальным образом определяются перегрузки на ЭРИ и напряжения в ее материалах. Мнимые части собственных значений матрицы или собственные значения матрицы + Я являются квадратами собственных резонансных частот конструкции. Однако процесс оптимизации модели вида (7) затруднен тем, что она состоит из нескольких тысяч уравнений. Для снижения трудоемкости этого процесса был разработан метод формирования и использования макромодели конструкции БРЭС i - го уровня для включения ее в качестве элемента в модель конструкции более высокого (1 + 1)- го уровня.

Модели конструкции любого иерархического уровня соответствует эквивалентная электрическая схема, построенная на основе метода электромеханической аналогии. Модель схемы, построенная в расширенном однородном координатном базисе, имеет вид

где С,О - (Ы х Щ -вещественные матрицы коэффициентов; X - вектор возмущающих воздействий; - искомый вектор напряжений в узлах схемы и токов через катушки индуктивности (вектор деформаций и импульсов сил); N - размерность системы уравнений.

Варьируемые параметры конструкции, такие как параметры прокладок или виброизоляторов, жесткости отдельных элементов конструкции и (или) координаты расположения в ней отдельных элементов и т. д., входят в отдельные ветви схемы. Предполагая, что число таких ветвей гораздо меньше N, необходимо свести СЛАУ (8) к некоторой системе уравнений (макромодели) размерности т < N где т определяется числом варьируемых параметров, входящих в состав макромодели явным образом. Это позволит использовать один раз построенную макромодель для вычисления как частотных характеристик, так и собственных частот конструкции на всех шагах процесса ее оптимизации и, в конечном счете, в зависимости от величины отношения , резко сократить затраты машинного времени и памяти ЭВМ.

Для перехода от модели к макромодели, за счет соответствующей перенумерации узлов схемы, представим СЛАУ (8) в известном виде:

(7)

(8)

где Ап - (т х т) -матрица, содержащая все варьируемые параметры; Хг - подвектор решения, включающий в себя искомые характеристики; Ау = С^р + 0^, г, / = 1,2. Система (9) эквивалентна двум матричным уравнениям:

" ^ (10) _ (И)

Определив X, из (10) и подставив его значение в (11), получим искомую макромодель в виде:

(12)

Для того, чтобы в выражении для Ап сохранить аналитическую зависимость от s, ее вычисление производится по методу, изложенному выше.

С помощью рассмотренного метода может быть получена макромодель конструкции уровня i для использования в модели уровня @ + 1) в качестве элемента. Обычно в качестве конструкций ь го уровня рассматриваются печатные узлы, причем исходная модель каждого узла содержит 100 ... 300 уравнений. В этом случае вектор включает в себя только входные и выходные характеристики, соответствующие точкам крепления печатного узла к внешней по отношению к нему конструкции. Полученная макромодель трактуется как многополюсник с сохранением аналитической зависимости от s. Объединение таких многополюсников в модель конструкции, путем приведения к общей системе уравнений, позволяет не менее чем па порядок сократить трудоемкость ее анализа и оптимизации в частотной области.

Оптимизация параметров отдельных элементов конструкции можег производиться также с использованием метода построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик моделей процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области, изложенного выше.

Математическая модель динамики конструкции печатного узла.

Для построения макромодели динамических механических режимов конструкций печатных узлов (ПУ) в диссертации разработана математическая модель, построенная на основе конечно-разностной аппроксимации бигармонического дифференциального уравнения, описывающего колебания тонкой ортотропной пластины, в кагором произведен учет аэродинамического сопротивления воздуха, диссипативного рассеивания энергии в материале пластины, а также инерции вращения пластины и ЭРИ.

Исходное дифференциальное уравнение вынужденных поперечных колебаний ортотропной платы в абсолютных перемещениях - w, но с введенным комплексным модулем упругости по гипотезе Сорокина Е.С.:

к д w jr д w к 8 V dw д w .

А —- + 2D --- -- у + D — + vp, — + ps—г = 0, ' дх*ду7 ' ду4 * 0/ ^ д1г

' дх*

(13)

где - динамические (с учетом рассеивания энергии) цилиндрические жест-

кости платы; р- плотность материала; s- толщина платы; Ь время; v- коэффициент аэродинамического сопротивления воздуха; - плотность воздуха;

х,у - координаты точек платы, причем для точек крепления задано внешнее кинематическое воздействие в виде перемещений в местах крепления м = а на краях платы поперечные и продольные силы, изгибающие и крутящие моменты равны нулю.

У 1 11

6 2 7

10 , 0 3 12

5 4 8

9 1 1 1 И

Рис. Шаблон конечно-разностной сетки.

Преобразовав уравнение (13) в конечно-разностную форму для узла с номером О, используя сетку, приведенную на рисунке, была получена топологическая модель в частотной области^при учете массы платы и ЭРИ сосредоточенными в узлах:

Последний член левой части уравнения (14) учитывает массу ПУ, расположенную в прямоугольнике с центром в узле с номером 0, причем стороны прямоугольника отстоят от него на половину шага сетки вдоль каждой из осей координат.

На приведенный вариант модели, реализованный в виде электронной схемы на основе электромеханической аналогии в 1977 г. было получено авторское свидетельство на изобретение.

Для учета инерции вращения ЭРИ и платы, что актуально для анализа вибраций на высоких частотах, в левую часть конечно-разностного уравнения (14) для узла с номером 0 поперечных колебаний ПУ введены два дополнительных члена, выражающих поперечные силы в узле при вращении прилегающих участков ПУ вокруг осей X и У соответственно:

где - массовые моменты инерции участка ПУ размером между узлами 0

и i относительно осей X и У соответственно.

Разработана макромодель учета жесткостей элементов, установленных на плате, состоящая в следующем.

Печатный узел можно представить в виде совокупности участков со ступенчато-изменяющейся жесткостью и массой, расположенных по осям X и У.

Получена формула для определения эквивалентной цилиндрической жесткости по оси X участка платы с жестко закрепленным ЭРИ:

где й'" - цилиндрическая жесткость платы при изгибе по оси X, й'Ц - цилиндрическая жесткость ЭРИ, К., - коэффициент заполнения платы элементами по оси У, Кх коэффициент заполнения участка платы элементами по оси X.

Аналогично определяется эквивалентная цилиндрическая жесткость участка по оси К Жесткость участка на кручение Окр вычисляется как:

Известно, что резонансные частоты плоской конструкции изменяются пропорционально корню квадратному из эквивалентной цилиндрической жесткости. Поэтому, построив графики коэффициента относительного изменения резонансной частоты

в зависимости от изменения при различных коэффициентах заполнения и проанализировав их, приходим к выводу, что увеличение жесткости свыше 100 Нм приводит к изменению резонансных частот примерно на 5% и изменения практически не происходит при жесткости большей 500 Нм. В реальных конструкциях жесткости участков с элементами, приклеенными к плате или установленными на жестких многоточечных креплениях (винты, подставки и т.д.), превышают величину 100 Нм.

Отсюда следует, что для такого класса ПУ при реальных коэффициентах заполнения платы элементами нет необходимости вычислять цилиндрическую жесткость элемента а можно задавать ее постоянной величиной, равной 250 при этом погрешность по частоте будет не более 2,5%, а описание конструкции для расчета на ЭВМ значительно упрощается.

Произведена теоретическая оценка зависимости точности определения резонансных частот ПУ в зависимости от шага сетки и на этой основе построены номограммы с рекомендациями по его выбору.

Разработанная математическая модель позволяет рассчитать динамический режим ПУ с многоэлементным нагружением и сложными граничными условиями.

Для анализа динамики конструкции ПУ применен метод анализа переходных процессов по известной частотной характеристике, что позволяет учесть узкорезонансный вид АЧХ ПУ.

Разработанный в диссертации метод оптимизации расположения узлов крепления ПУ позволяет при необходимости уменьшить их количество при сохранении механической прочности конструкции. Для обеспечения механической прочности платы ПУ предложено оптимизировать расположение узлов крепления, используя в качестве критерия оптимальности минимум суммы квадратов механических напряжений (<г) в точках ПУ, соответствующих N узлам сетки расчетной модели, при низ-

кочастотном воздействии с частотой намного меньшей первой резонансной частоты. Это позволяет снизить максимальные значения напряжений в плате (выровнять прочность и механические напряжения по площади платы).

Методы автоматического синтеза систем виброудароизоляции БРЭС

Для БРЭС, подверженных внешним механическим воздействиям, критерием надежности является обеспечение допустимых значений перегрузок, для чего необходимо правильное и оптимальное проектирование ее системы виброудароизоляции, при этом необходимо использовать минимальное количество виброудароизоляторов. С этой целью в диссертации была усовершенствована известная модель системы виб-роудароизоляции путем введения в нее сил трения и жесткостей виброизоляторов, зависимых от деформации, т.е. произведен учет нелинейности их характеристик и разработаны методы автоматического синтеза систем виброудароизоляции.

Блок БРЭС, установленный на виброудароизоляторах на подвижном основании, рассматривается, в первом приближении, как абсолютно твердое тело, обладающее массой т и массовыми моментами инерции (J) относительно осей X,Y,Z, проходящих через его центр тяжести. Математическая модель перемещения центра масс блока с учетом 'фения в виброудароизоляторах представляется в виде системы из шести дифференциальных уравнений типа суммы сил в центре масс по оси X:

и суммы вращающих моментов вокруг оси X:

уравнения для осей Y и Z аналогичны и получаются круговой заменой индексов X-*Y—>Z в уравнениях (16), где j - количество виброизоляторов; /-время;

- жесткость i- го виброизолятора по соответствующей оси; x,y,z- перемещение центра масс блока по осям X,Y,Z соответственно; if>,l//,0- углы поворота блока вокруг осей X,Y,Z соответственно; х,ю1>У,м„>z„t„ - перемещения основания (источника воздействий) по осям X,Y,Z соответственно; b¡¡l(x),h¡,l(y),hz:(z) - коэффициенты неупругого сопротивления для i- го виброизолятора по осям X,Y,Z соответственно (для виброизоляторов с «вязким» типом демпфирования); - силы «сухого» трения для i- го виброизолятора по осям X, 7.Z соответственно;

- координаты установки i - го виброизолятора.

В этой системе дифференциальных уравнений коэффициенты зависят от деформации виброизоляторов, т.к. их жесткостные характеристики нелинейны. Таким образом, математическая модель системы виброудароизоляции при ударном воздействии представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка.

При гармоническом вибрационном воздействии производные по времени в системе дифференциальных уравнений заменяются на -круговая

частота вибрации и математическая модель представляет собой систему линейных (вследствие малой амплитуды вибрации) алгебраических уравнений с комплексными коэффициентами, а для учета "сухого" трения производится линеаризация расчетной модели, при этом значение Ь_уЛ вычисляется по известной формуле:

- сила "сухого" трения в ь ом виброизоляторе, - деформация

/- го виброизолятора по оси X (для остальных виброизоляторов и по другим осям значение Ь вычисляется аналогично).

В процессе расчета переходного процесса при ударном воздействии жесткость каждого виброудароизолятора берется соответствующей его деформации па текущем временном интервале, что позволяет рассчитывать системы с виброудароизолятора-ми, имеющими нелинейные характеристики произвольной формы.

Приведенная выше модель является достаточно точной для расчета АЧХ в области резонансных частот системы виброизоляции БРЭС, не совпадающих с резонансными частотами собственно конструкции БРЭС. Возникновение резонансов в собственно конструкции БРЭС ухудшает качество работы виброизоляторов и искажает точность результатов по описанной модели, поэтому в этом случае необходимо производить расчет по более полной модели, включающей в себя как виброизоляторы так и макромодель конструкции, отражающую ее основные динамические свойства. Такая макромодель строится на основе метода конечных элементов.

При автоматическом синтезе оптимальных систем виброудароизоляции БРЭС с минимальным количеством виброудароизоляторов необходимо выполнить ряд условий их рационального монтажа, позволяющих обеспечить оптимальную по качеству ее работу. К таким условиям относятся :

1. суммарная грузоподъемность всех виброудароизоляторов равна силе тяжести виброудароизолируемой аппаратуры и статические нагрузки на виброизоляторы должны быть в допустимых пределах;

2. координаты центра масс виброудароизолируемой аппаратуры должны совпадать с центром жесткостей системы виброудароизоляторов по всем возможным направлениям воздействий;

3. резонансные частоты системы виброудароизоляции должны быть сгруппированы в узкой полосе частот, которая может быть задана исходя из амплитудно-частотных характеристик виброудароизоляторов при номинальной статической нагрузке или исходя из требований защиты от ударных воздействий;

4. система виброудароизоляции должна обеспечивать заданное уменьшение уровня вибрационных и ударных перегрузок и амплитуд колебаний, передаваемых на аппаратуру от источника внешних механических воздействий.

В диссертации разработан метод и алгоритм автоматического синтеза систем виброизоляции при вибрационном воздействии, основные этапы которого приведены ниже:

1. Задаются исходные данные - описание виброизолируемой конструкции с указанием величин и координат масс ее узлов, характеристики возможных к приме-

пению виброизоляторов, координаты возможных мест установки виброизоляторов, параметры внешних механических воздействий, диапазон резонансных частот.

2. В цикле по в)5иантам установки виброизоляторов варьируются их жесткост-ные параметры в непрерывной системе допустимых значений для поиска минимума целевой функции:

где мц, - деформация 1-го виброизолятора; «-количество виброизоляторов; т-количество положений блока в процессе эксплуатации (по осям Х,У или 2) под действием силы тяжести. При этом в качестве ограничений используются условия 1 и 3 рационального монтажа. Требования по ослаблению вибрации, передаваемой на блок, обеспечиваются заданием возможных к применению типов виброизоляторов и диапазона резонансных частот системы виброизоляции, т.к. вид АЧХ у конкретных типов виброизоляторов известен.

3. После нахождения параметров в непрерывной системе их значений подбираются ближайшие значения типономиналов реальных виброизоляторов.

4. Из проанализированных вариантов выбирается вариант с наименьшим количеством виброизоляторов, обеспечивающий наилучшим образом условие 2 рационального монтажа при соблюдении условий 1 и 3.

5. Производится расчет амплитудно-частотной характеристики системы виброизоляции (возможно с подключением макромодели конструкции БРЭС) и, если она удовлетворяет поставленным требованиям по ослаблению вибрации, то данный вариант системы виброизоляции принимается к практической реализации.

Разработанный в диссертации метод двухэтапного синтеза систем удароизо-ляции состоит из следующих этапов:

1. Выполняются п.п. 1,2,3 предыдущего алгоритма.

2. Для каждого варианта рационального расположения и выбора типов вибро-удароизоляторов строятся графики суммарной силовой ударной характеристики и характеристики суммарной энергоемкости системы виброудароизоляции и производится приближенный расчет максимального ускорения конструкции при ударном воздействии либо исходя из условия полного перехода кинетической энергии конструкции в потенциальную энергию виброудароизоляторов, либо методом эквивалентных прямоугольных импульсов, основанном на определении параметров эквивалентного прямоугольного импульса, предполагая, что два удара различной формы оказывают эквивалентное воздействие на виброудароизолируемый объект, если перемещение основания и приращение его скорости одинаковы в обоих случаях.

3. Из проанализированных вариантов выбирается вариант с наименьшим количеством виброудароизоляторов, обеспечивающий выполнение условий 1,2,3 рационального монтажа и условие ослабления ускорений на основе расчета в предыдущем пункте.

4. Производится уточненный расчет переходного процесса в системе виброуда-роизоляции путем решения системы дифференциальных уравнений (15), возможно с подключением макромодели конструкции БРЭС, и, если она удовлетворяет требованиям но ослаблению ударного воздействия, то данный вариант принимается к практической реализации.

В главе 4 "Программные приложения для синтеза оптимальных проектных решений БРЭС " рассмотрены программные приложения анализа, синтеза и оптимального проектирования БРЭС с учетом требований обеспечения надежности при электрических, тепловых и механических эксплуатационных режимах ЭРИ. Программные приложения основаны на разработанных в диссертации методах и математических моделях.

В программе оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений электрических параметров ЭРИ в БРЭС и электронных компонентов микросхем объект проектирования представляет собой схему принципиальную электрическую изделия. В алгоритме программы в качестве метода нахождения оптимальных допусков применены модифицированный симплекс-метод и метод нелинейного программирования - последовательного приближения к оптимуму.

Результатом работы программы являются оптимальные по стоимости значения допусков на параметры ЭРИ и оптимальные значения номинальных параметров ЭРИ.

Программа определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ предназначена для нахождения оптимальных значений коэффициентов электрической нагрузки и температуры окружающей среды ЭРИ, минимизирующих стоимость комплекта ЭРИ разрабатываемого БРЭС. Программа производит также оптимизацию параметров системы обеспечения теплового режима ЭРИ в БРЭС по критерию минимума стоимости при обеспечении требований по надежности.

Алгоритм программы основан на методе выделения главных соотношений, изложенном ранее.

Результаты расчета, выводимые программой:

1) коэффициенты электрической нагрузки ЭРИ (по току, напряжению или мощности), рекомендуемые для данного ЭРИ;

2) температура окружающей ЭРИ среды, рекомендуемая для данного изделия;

3) эксплуатационная интенсивность отказов изделия;

4) оптимальные параметры системы обеспечения теплового режима

5) минимальная стоимость набора ЭРИ и системы обеспечения теплового режима.

В диссертации разработана программа расчета динамических характеристик конструкций печатных узлов и оптимизации расположения мест их крепления, результаты расчета с использованием которой следующие:

1) амплитудно-частотные характеристики и механические напряжения для заданных точек ПУ при гармонической вибрации;

2) среднеквадратические перегрузки, перемещения и механические напряжения для заданных точек ПУ при случайной вибрации;

3) перегрузки и механические напряжения для заданных точек ПУ при ударном воздействии;

4) оптимальное количество и расположение мест крепления ПУ, обеспечивающее равнопрочность конструкции ПУ при внешних механических воздействиях.

Программа расчета динамических характеристик пространственных конструкций БРЭС при внешних виброударных воздействиях разработана на основе метода конечных элементов и иерархического подхода к моделированию и предназначена для анализа амплитудно-частотных характеристик и динамики конструкций БРЭС при ударном воздействии, а также для оптимизации конструкций.

Результаты расчета по вышеназванной программе:

1) амплитудно-частотные характеристики и механические напряжения для заданных точек пространственной конструкции при гармонической вибрации;

2) среднеквадратические перегрузки, перемещения и механические напряжения для заданных точек конструкции при случайной вибрации;

3) перегрузки и механические напряжения для заданных точек конструкции при ударном воздействии.

Результатом работы программы оптимального синтеза систем виброудароизо-ляции является синтез варианта типов и расположения минимального количества виброудароизоляторов, обеспечивающего необходимое уменьшение уровня внешних механических воздействий, передаваемых на конструкцию БРЭС, если нахождение такого варианта в принципе возможно при выборе из набора допустимых к применению виброудароизоляторов.

В главе 5 "Экспериментальная проверка и практическое применение разработанных методов" описана разработанная в диссертации методология оптимального проектирования БРЭС с учетом режимов эксплуатации, а также результаты экспериментальной проверки и практической реализации разработанных методов.

В диссертации был сформулирован ряд принципов комплектования составляющих частей методологии , необходимых для комплексного решения задач проектирования БРЭС. Разработанные и перечисленные ниже принципы определяют взаимную согласованность алгоритмических, математических, методических и информационных обеспечений основных компонентов методологии.

Принцип комппексирования проектных задан заключается в согласовании структур оптимизационых задач с целью отражения влияния совокупности факторов па выбранные критерии оптимальности.

Принцип комплексирования критериев оптимальности заключается в согласовании структур глобальных и частных критериев оптимальности с целью получения оптимального проектного решения.

Принцип комплексирования моделей заключается в согласовании структур и параметров необходимой совокупности моделей процессов с целью отражения влияния эффектов, возникающих при этом в БРЭС на выбранные критерии оптимальности.

Принцип комплексирования методов состоит в алгоритмической, информационной и критериальной согласованности вычислительных процедур в рамках методов синтеза частных оптимальных проектных решений БРЭС с целью учета их взаимосвязей и их влияния на глобальные критерии оптимальности.

Принцип комплексирования информации заключается в выделении и/или объединении информационных потоков из множества информации, получаемой в результате применения скомплексированных методов и областей исследования с целью их учета при принятии оптимальных проектных решений.

Принцип комплексирования проектных решений состоит в оптимизационной согласованности частных оптимальных проектных решений БРЭС, вырабатываемых на основе скомплектованной информации.

Принцип комплексирования инженерных методик заключается в методической согласованности различных инженерных методик в рамках единого технологического цикла проектирования оптимальных БРЭС.

Разработанные в диссертации системная комплексная оптимизационная модель, принципы комплексирования и методы поиска оптимальных проектных реше-

ний являются основой разработанной в рамках диссертации методологии оптимального автоматизированного проектирования БРЭС. Принципиальное отличие возможностей приведенной методологии от известных состоит в том, что в рамках методологии на ранних этапах проектирования (еще до эскизного проектирования конструкции) при синтезе оптимальных параметров и режимов учитываются присутствующие во взаимодействии электрические, тепловые и механические процессы, протекающие в БРЭС, которые комплексируются с неявно присутствующими физико-химическими процессами старения и согласуются с комплексом внешних воздействий: климатических, механических, а также с технологическими разбросами параметров при изготовлении.

В качестве процедур оптимального проектирования и синтеза в методологию вошли: процедура оптимального синтеза допусков и номинальных значений параметров ЭРИ; процедура синтеза оптимальных электрических и тепловых режимов КРЭС, а также параметров системы обеспечения теплового режима; процедура оптимального проектирования БРЭС, подверженных внешним механическим воздействиям; процедура оптимального синтеза систем виброудароизоляции.

Рекомендуемая последовательность применения разработанных программ в процессе автоматизированного проектирования БРЭС в соответствии с разработанной методологией проводится в следующей последовательности (см. также таблицу).

1. Разработчиком производится синтез структуры электронной схемы, ее отработка путем моделирования на ЭВМ и экспериментально, при этом определяются начальные номинальные значения параметров ЭРИ. Для того, чтобы определить какой диапазон температур около ЭРИ и на переходах мощных полупроводниковых элементов необходимо обеспечить при конструировании производится, с использованием комплексной оптимизационной макромодели и входящей в нее макромодели теплообмена, автоматический синтез: допустимой температуры в блоке; начальных оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов и допусков на параметры ЭРИ для обеспечения надежности по внезапным и параметрическим отказам и теплостойкости; синтез начальных параметров элементов обеспечения температурного режима отдельных ЭРИ (радиаторы, теплоотводы, элементы Пельтье, вентиляторы и т.п.). При этом используется комплексная оптимизационная математическая модель, в которой отражены зависимости стоимости набора ЭРИ от коэффициентов электрической нагрузки, стоимости ЭРИ от допусков на параметры, стоимости обеспечения теплового режима ЭРИ и в блоке от параметров элементов системы обеспечения теплового режима. Таким образом, в результате синтеза получим ориентировочные значения оптимальных нагрузочных режимов ЭРИ, допусков на параметры ЭРИ, температуры в блоке и параметров системы обеспечения теплового режима, которые необходимо обеспечить при конструировании блока, исходя из требований к надежности, и задача конструктора становится определенной уже в начале эскизного конструирования. Для разработчиков электронной схемы результаты синтеза позволяют скорректировать выбор типономиналов ЭРИ (с точки зрения коэффициентов электрической нагрузки) и допусков на их параметры.

2. Производится эскизный синтез и компоновка конструкции БРЭС с использованием результатов синтеза, полученных в п.]. Затем по единой комплексной оптимизационной модели, в которую входят модель теплообмена, модель синтеза допусков и номинальных значений параметров ЭРИ, модель синтеза электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ, производятся уточнение: автоматический син-

тез допусков и номинальных значений параметров ЭРИ, автоматический синтез электрических (коэффициентов электрической нагрузки) и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ, автоматический синтез параметров элементов обеспечения температурного режима отдельных ЭРИ (радиаторы, теплоотводы, элементы Пельтье и т.п.) по разработанным в диссертации методам. На этом этапе при моделировании теплового режима печатные и другие узлы БРЭС рассматриваются как изотермические нагретые зоны, кроме наиболее тепловыделяющих ЭРИ, для которых синтезируются параметры элементов обеспечения температурного режима. Данный синтез производится по критерию минимума стоимости системы обеспечения теплового режима и набора ЭРИ при ограничениях на их теплостойкость и надежность БРЭС. Производится уточнение типов и номиналов ЭРИ.

I la этом же этапе производится оптимизация геометрических параметров и расположения мест крепления ПУ, ориентировочный анализ механического режима конструкции БРЭС, при этом массы и жесткости ЭРИ распределяются равномерно по площади платы (поскольку еще не произведено размещение ЭРИ, а только их компоновка) и, если перегрузки на плате или механические напряжения в конструкции превышаю! допустимые значения, то производится либо оптимизация жесткостных параметров несущей конструкции и/или автоматический синтез параметров системы виб-роудароизоляции БРЭС по разработанным в диссертации методам с целью исключения совпадения резонансных частот иерархических уровней конструкции или уменьшения величины внешнего механического воздействия, передаваемого на блок. В случае невозможности реализации синтезированных проектных решений производится анализ результатов и, с использованием моделирования, принимаются решения по устранению недостатков проекта.

3. После разработки технического и рабочего проектов могут производиться проверочные расчеты и синтез в объеме, приведенном в п.2., включая уточненный расчет надежности.

В диссертации разработана также обобщенная схема CALS - технологии оптимального проектирования БРЭС.

Экспериментально и на тестовых задачах проверены математические модели, методы и программы расчета динамических характеристик ПУ, пространственных конструкций и синтеза систем виброудароизоляции БРЭС.

По результатам проверки на тестовых задачах, имеющих аналитические решения для ПУ и пространственных конструкций совпадение по резонансным частотам составило не хуже 4%, по коэффициентам динамичности не хуже 9%, а при экспериментальной проверке на реальных конструкциях не хуже 10% по резонансным частотам и не хуже 21% по коэффициентам динамичности.

Для систем виброизоляции при проверке на тестовых задачах совпадение по резонансным частотам составило не хуже 3%, по коэффициентам динамичности не хуже 7%, а при экспериментальной проверке на реальных конструкциях не хуже 12% по резонансным частотам и не хуже 24% по коэффициентам динамичности.

Результаты проверки подтверждают правильность выбранных решений и достаточную для практического проектирования точность и оптимальность получаемых результатов.

Таблица.

Рекомендуемая последовательность решения задач проектирования ЕРЭС__

Этапы проектирования по разработанной в диссертации методологии (жирным шрифтом отмечены новые этапы и задачи) Серийные программные средства Используемые программные средства, разработанные в диссертации

1 Техническое задание; функциональные требования, условия эксплуатации, требования к надежности.

2 у- Разработка структуры БРЭС, моделирование на структурном уровне. Synopsys, System View и др.

Разработка функциональной схемы БРЭС, моделирование на функциональном уровне. Verflog, Pearl и др

4 Разработка схемы принципиальной электрической, моделирование, начальное определение электрических нагрузочных режимов и номинальных значений параметров ЭРИ. Начальный расчет надежности. EWB, Mi-crocap, Pspice, TESLA и др. Программа построения макромоделей и анализа чувствительности. Программа расчета надежности.

5 Выбор принципов обеспечения теплового режима. Начальное определение оптимальных параметров системы обеспечения теплового режима, допусков н коэффициентов электрической нагрузки ЭРИ. Нет Программы синтеза оптимальных допусков, электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ, параметров системы обеспечения тепл. режима

6 Компоновка БРЭС. _

7 Разработка эскиза конструкции БРЭС.

8 Определение оптимальных: параметров системы обеспечения теплового режима, коэффициентов электрической нагрузки ЭРИ и допусков на параметры ЭРИ. Уточнение типов и номиналов ЭРИ. Нет Программы синтеза оптимальных допусков, электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ, параметров системы обеспечения тепл. режима

9 Расчет и оптимизация параметров конструкции БРЭС при учете внешних механических воздействий: • геометрических параметров и расположения мест крепления ПУ; • жесткостных параметров несущей конструкции; • параметров системы виброудароизоля-цик. Нет ANSYS, NASTRAN (расчет) С иедост. Программа расчета и оптимизации конструкций печатных узлов. Программа иерархического моделирования конструкций БРЭС. Программа синтеза систем виброудароизоляции.

10 Размещение ЭРИ, ПУ и блоков. Трассировка. Разработка конструкторской документации. Компас,Ог-Cad и др.

11 Проверочный расчет теплового режима. Асоника-Т

12 Проверочный расчет механического режима. ANSYS, NASTRAN Про1р. иерархического моделир. конструкций.

13 Уточненный расчет надежности. Асоника Проф. расч. надежности.

Метод оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений параметров ЭРИ, а также метод синтеза оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ проверены на тестовых задачах (видеоусилитель, мощный усилитель), при этом стоимость набора ЭРИ мощного усилителя уменьшилась в 1.7 раза по сравнению с исходным серийным вариантом.

Таким образом, используя разработанную методологию проектирования, все основные оптимальные проектные решения будут получены в начале этапа эскизного конструирования, что позволит обеспечить разработчика и конструктора информацией об основных параметрах, которые необходимо обеспечить на последующих этапах проектирования.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты работы и перспективы развития методов оптимального проектирования БРЭС.

Основные результаты и выводы работы

Основным научным результатом работы является теоретическая разработка, обобщение и решение крупной научной проблемы в области систем автоматизации проектирования - принятия оптимальных проектных решений для БРЭС на ранних этапах проектирования при учете их электрических, тепловых и механических режимов.

1. Предложен новый подход к решению проблемы повышения качества автоматизированного проектирования БРЭС. Новый подход позволяет продвинуться по пути решения проблемы оптимального проектирования БРЭС и экономично повысить качество ее автоматизированного проектирования, принимая оптимальные проектные решения на ранних этапах проектирования.

2. Исследованы особенности бортовых БРЭС с точки зрения оптимальности их проектирования при учете режимов эксплуатации. Для БРЭС характерно протекание нескольких взаимовлияющих физических процессов, харакгер протекания и взаимодействия которых, в значительной степени, определяют показатели надежности БРЭС и критерии их оптимальности.

3. Исследованы существующие методы анализа математических моделей БРЭС большой размерности и показана необходимость разработки более эффективных методов для решения задач оптимизации.

4. Разработана математическая модель минимального по стоимости комплектующих изделий БРЭС.

5. Разработан метод поиска оптимального типа и основных параметров системы обеспечения теплового режима БРЭС, а также оптимальных допусков и электрических режимов ЭРИ путем использования комплексной оптимизационной макромодели БРЭС.

6. Разработан метод поиска оптимального проектного решения путем выделения главного соотношения "стоимость/ надежность".

7. Разработан метод оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений параметров ЭРИ, позволяющий повысить надежность БРЭС по параметрическим отказам и минимизировать стоимость набора ЭРИ с точки зрения назначения допусков на их параметры.

8. Разработан метод определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ с целью обеспечения надежности БРЭС по внезапным отказам при минимальной стоимости затрат, который позволил еще перед эскизным

проектированием конструкции оптимально определить требования к системе обеспечения теплового режима.

9. Разработан метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик процессов в БРЭС к изменениям параметров в частотной области, который позволил существенно сократить время решения оптимизационных задач.

10. Разработанная математическая модель динамики конструкции печатного узла позволяет с достаточной для инженерных расчетов точностью моделировать механический динамический режим ЭРИ при вибрационных и ударных внешних механических воздействиях.

11. Разработанный метод иерархического формирования и анализа математических моделей процессов в БРЭС позволяет получать подмодели иерархических уровней сложной БРЭС в виде несложной алгоритмической зависимости от частоты, что позволяет эффективно решать задачи оптимизации за счет сокращения времени анализа при конкретном значении частоты воздействия.

12. Разработанные методы синтеза систем виброудароизоляции БРЭС позволяют производить рациональный монтаж виброудароизоляторов, минимизировать количество виброудароизоляторов.

13. Разработаны алгоритмы синтеза оптимальных проектных решений, учитывающие специфику методов и математических моделей.

14. Разработана методология оптимального проектирования БРЭС с необходимыми показателями надежности при минимизации затрат на их достижение.

15. Выполнена экспериментальная и практическая проверка разработанных моделей, методов, алгоритмов и программ для ЭВМ.

16. Осуществлено внедрение разработанных моделей, методов и программ в процесс проектирования БРЭС на промышленных предприятиях, а также в учебный процесс вузов.

Основные публикации по теме диссертации

1. Кожевников A.M., Кофанов Ю.Н., "Электромеханическая модель конструкции РЭА" (статья). Сборник: "Узлы, приборы и системы РЭА и их применение", Воронежский ПИ, 1974 г.

2. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н., "Устройство для моделирования колебаний упругих пластин". Авторское свидетельство № 496573, Бюллетень изобретений, №47, 1975 г.

3. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н., Чернушенко А.М, "Комплекс программ по расчету и оптимизации конструкций РЭА" (тезисы доклада). Республиканская конференция: "Автоматизация проектирования РЭА на промышленных предприятиях", Киев, 1976 г.

4. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н., "Методика проектирования вибропрочных конструкций печатных узлов РЭА с применением ЦВМ" (тезисы доклада). Всесоюзная конференция: "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Москва, 1978 г.

5. Кожевников А.М, Батуев В. П. .Ульянов Н.Г. "Анализ вибронадежности РЭА в автоматизированной системе АСОНИКА" (тезисы доклада). Всесоюзная научная сессия НТО РЭС, 1979г., Москва.

6. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н. Куликов В.Н. "Программа расчета линейных моделей РЭА, представленных в виде эквивалентных цепей" (программа для ЦВМ). Информационный бюллетень "Алгоритмы и программы" № 2 (34), 1980 г.

7. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н. Чернушеико A.M. "Машинное моделирование для расчета на виброустойчивость и прочность конструкций печатных узлов РЭА" (статья), ж. "Известия вузов", серия 'Радиоэлектроника", № 6,1980, с.74-77.

8. Кожевников А.М, Батуев В. П., Веремьев В.А., Кофанов Ю.Н. "Программа расчета динамических характеристик печатных узлов РЭА при случайных вибрациях" (программа для ЦВМ). Гос. ФАН СССР № П004065 от 24.01.80г.

9. Кожевников А.М, Веремьев В.А., 'Расчет динамических характеристик пространственных конструкций РЭА" (тезисы доклада). Всесоюзная н.-т. конфер. 'Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Махачкала, 1980 г.

10. Кожевников А.М, "Подсистема механических расчетов РЭА" (тезисы доклада). Всесоюзная н.- т. конфер. 'Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Махачкала, 1980 г.

11. Кожевников А.М, Борисов Н.И.Кофанов Ю.Н. Шрамков И.Г. "Анализ ииб-роударопрочности печатных узлов РЭА корневыми методами в рамках САПР" (тезисы доклада). Всесоюзная н.- т. конфер. 'Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Махачкала, 1980 г.

12. Кожевников A.M. Крищук В.Н. Шрамков И.Г. "Анализ виброустойчивости конструкций электронной аппаратуры с помощью ЭВМ". Международная конференция "Компконтроль-81", Варна, НРБ, 1981 г.

13. Кожевников А.М, Веремьев В.А., "Оценка уровня виброшумов полупроводниковых элементов в радиотехнических и электронных устройст-вах"(статья). Депонирована в ВИНИТИ, 8 июля 1982 г., № 3622-82 ден.

14. Кожевников А.М, Шрамков И.Г., "Автоматизированный расчег виброшумовых характеристик полупроводниковых приборов в конструкциях РЭА" (тезисы доклада). Всесоюзная конференция "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества ЭА и П", Воронеж ,1984 г.

15. Кожевников А.М, Петайчук А.Н, "Система сквозного автоматизированного проектирования цифровой микроэлектронной аппаратуры "Дисплей" (статья). Материалы семинара общества "Знание" 'Программные методы конструирования и ГАИ микроэлектронной аппаратуры", Москва 1986 г.

16. Кожевников А.М, Кулаков А.Е. Моделирование на ЭВМ вибрационных и ударных режимов РЭА" (статья). Журнал "Вопросы спец. радиоэлектроники" серия ОВР, вып. 1,1989 г., с 17-27.

17. Кожевников А.М, Уваров И.В., "Определение структурной чувствительности вибрационных режимов конструкций РЭА" (тезисы доклада). Всесоюзная конференция "Проблемы теории чувствительности измерительных датчиков электронных и электромеханических систем", Владимир, 1989.

18. Борисов Н.И., Кожевников А.М.Шрамков И.Г. Автоматизация проектирования вибронадежных конструкций РЭА с использованием макромоделирования на ПЭВМ// Информатика: журнал сер. Автоматизация проектирования - ВИМИ, 1990, вып. 2, с. 76-85.

19. Борисов Н.И., Кожевников А.М.,Шрамков И.Г., Уваров И.В. Диалоговая система анализа и оптимизации конструкций, подвергающихся динамическим меха-

ническим воздействиям// Механизация и автоматизация производства: журнал № 5, 1991,с. 25-26

20. Кожевников A.M. Моделирование нелинейных систем виброизоляции конструкций //Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы, Москва-Сочи, 1999.

21. Кожевников A.M. Минимизация стоимости проектируемой надежной РЭА //Новые информационные технологии: Материалы 3-го научно-практического семинара, МГИЭМ, 2000.

22. Кожевников A.M. Методы CALS-технологии при оптимизации выбора электрических и тепловых режимов электрорадиоизделий // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн.- ГУП "ВИМИ", 2000, №3, с. 23-26.

23. Кожевников A.M., Соловьев П.А. Оптимизация расположения мест крепления печатных узлов// Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия: труды 55-й научной сессии, посвященной дню радио. НТО РЭС им. А.С.Попова, М., 2000.

24. Кожевников A.M. Оптимальный выбор коэффициентов электрической нагрузки и тепловых режимов электронных элементов // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы ч.б, Москва-Сочи, 2000, с. 84-86.

25. Кожевников A.M. Оптимальный выбор эксплуатационных режимов и допусков на параметры электрорадиоизделий устройств телекоммуникаций // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн.- ГУП "ВИМИ", 2001, №3, с. 72-77.

26. Кожевников A.M. Символьные модели теплообмена в блоках РЭС // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы, ч.1, Москва-Сочи, 2001, с. 18-19.

27. Кожевников A.M. Моделирование систем виброизоляции блоков РЭС // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы, ч.1, Москва-Сочи, 2001, с. 19-21.

28. Кожевников A.M. Комплекс программ по макромоделированию и оптимизации надежносгных, тепловых и механических характеристик радиоэлектронных средств // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы, ч.1, Москва-Сочи, 2001, с. 21-23.

29. Кожевников A.M. Синтез систем виброудароизоляции конструкций РЭС // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы, ч.7, Москва-Сочи, 2001, с. 120-121.

30. Кожевников A.M. Уточненная модель вибрации печатного узла электронной аппаратуры // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы, ч.7, Москва-Сочи, 2001, с. 122.

31. А.М.Кожевников, А.П.Бухтеев. Комплекс программ по моделированию и оптимизации надежностных, тепловых и механических характеристик радиоэлектронных средств // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы ч.1, кн. 1,Москва-Сочи, Радио и связь,2002, с. 52-56.

32. А.М.Кожевников. Методы повышения эффективности автоматизированного проектирования вибронадежных конструкций радиоэлектронных средств// Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы ч.1, кн. 1,Москва-Сочи, Радио и связь, 2002, с. 57-63.

33. Кожевников A.M. Повышение оптимальности проектирования бортовых радиоэлектронных средств на основе иерархического системного макромоделирования // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. жури.- ГУН "ВИМИ", 2003, №1, с.62-70.

34. Кожевников A.M. Методы повышения качества автоматизированного, проектирования радиоэлектронных средств // Надежность: Науч.-техн. журн,-'Технологии".-2003.- № 1. - с.3-9.

35. Кожевников A.M., Жарков В.А. Программа синтеза систем виброудароизо-ляции конструкций РЭС // Новые информационные технологии: Материалы 6-го научно-практического семинара, МГИЭМ, 2003, с.80-82.

36. Кожевников A.M. Метод построения макромоделей процессов в РЭС в частотной области // Новые информационные технологии: Материальг 6-го научно-практического семинара, МГИЭМ, 2003, с.83-86.

37.Кожевников A.M. Состояние и проблемы оптимального проектирования радиоэлектронных средств // Новые информационные технологии: Материалы 7-го научно-практического семинара, МГИЭМ, 2004, с.91-105.

38. Кожевников A.M. Повышение оптимальности проектирования бортовых радиоэлектронных средств на основе иерархического системного макромоделирования // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн.- ГУН "ВИМИ", 2004, №2, с.62-70.

39. Кожевников A.M. Состояние и возможные методы экономичного решения проблемы обеспечения надежности бортовых радиоэлектронных средств с учетом условий эксплуатации //Надежность: Науч.-техн. журн.-"Технологии".-2004.- №3.- с.55-64.

Подписано к печати " 14 ' 04 2005 г. Отпечатано в типографии МИЭМ. Москва, ул. М. Пионерская, 12 Заказ № 78 . Объем _ п.л. Тираж 100 экз.

о s.м-os. ё

Введение.

1. Современное состояние проблемы и постановка задач разработки.

1.1. Исследование особенностей бортовых РЭС и требования к обеспечению их надежности.

1.2. Существующие методологии автоматизированного проектирования БРЭС, направления и проблемы их развития.

1.3. Проблемы моделирования и оптимального проектирования БРЭС с учетом требований обеспечения надежности и стойкости при электрических и тепловых нагрузках ЭРИ.

1.4. Проблемы оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений параметров ЭРИ БРЭС.

1.5. Проблемы моделирования, синтеза и оптимального проектирования конструкций БРЭС для обеспечения надежности ЭРИ при внешних механических воздействиях.

1.6. Анализ современных программных средств, используемых для моделирования и проектирования БРЭС.

1.7. Анализ и проблемы методов моделирования, оптимизации и синтеза БРЭС.

1.8. Постановка задачи оптимального проектирования БРЭС с учетом требований обеспечения надежности по параметрическим и внезапным отказам при электрических, тепловых и механических нагрузках ЭРИ.

1.9. Выводы.

2. Методы оптимизации электрических и тепловых режимов при проектировании БРЭС.

2.1. Интегрированная математическая модель минимального по стоимости комплектующих изделий.

2.2. Метод оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений электрических параметров ЭРИ в БРЭС и электронных компонентов микросхем.

2.3. Метод определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ в БРЭС и электронных компонентов микросхем.

2.4. Метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик моделей процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области.

2.5. Выводы.

3. Математические модели и методы расчета, синтеза и оптимизации конструкций БРЭС и их элементов при внешних механических воздействиях.

3.1. Метод блочно-иерархического формирования и анализа математических моделей процессов в БРЭС.

3.2. Метод и математическая модель для анализа и оптимизации конструкций печатных узлов БРЭС.

3.2.1. Анализ особенностей конструкций печатных узлов БРЭС.

3.2.2. Анализ существующих методов и выбор метода построения математической модели колебаний конструкции печатного узла.

3.2.3. Разработка расчетной математической модели динамики конструкции печатного узла.

3.2.4. Метод учета жесткостей элементов, установленных на плате.

3.2.5. Оценка точности разработанной модели.

3.2.6. Разработка метода расчета конструкций печатных узлов БРЭС при ударном воздействии.

3.2.7. Метод оптимизации расположения узлов крепления ПУ.

3.3. Методы оптимального синтеза систем виброудароизоляции конструкций БРЭС.

3.4. Выводы.

4. Программные приложения для синтеза оптимальных проектных решений БРЭС.

4.1 Структура программного приложения.

4.2 Программа оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений электрических параметров ЭРИ в БРЭС и электронных компонентов микросхем.

4.3 Программа построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик моделей процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области.

4.4. Программа определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ и оптимизации параметров элементов системы обеспечения теплового режима БРЭС.

4.5. Программа расчета динамических характеристик пространственных конструкций БРЭС при внешних виброударных воздействиях.

4.6. Программы расчета динамических характеристик конструкций печатных узлов БРЭС и оптимизации расположения мест их крепления при внешних механических воздействиях.

4.7. Программа оптимального синтеза систем виброудароизоляции БРЭС при внешних механических воздействиях.

4.7.1. Описание конструкции БРЭС и характеристик виброудароизолято-ров.

4.7.2. Синтез систем виброудароизоляции БРЭС.

4.8. Выводы.

5. Экспериментальная проверка и практическое применение разработанных методов.

5.1. Методология оптимального проектирования.

5.2. Экспериментальная проверка моделей и методов.

5.2.1. Методика проведения экспериментальной проверки динамических моделей ПУ и системы виброудароизоляции.

5.2.2. Экспериментальная проверка динамической модели конструкции ПУ.

5.2.3. Экспериментальная проверка моделей систем виброизоляции БРЭС.

5.3. Практическое применение разработанных методов и моделей.

5.3.1. Пример оптимального синтеза допусков на параметры ЭРИ видеоусилителя.

5.3.2. Пример оптимального синтеза электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ мощного усилителя.

5.3.3. Пример оптимального проектирования вибронадежной конструкции ПУ.

5.3.4. Пример оптимального синтеза системы виброудароизоляции БРЭС.

5.4. Внедрение результатов работы.

5.5. Выводы.

При проектировании современных радиоэлектронных средств (РЭС), особенно бортовых, сталкиваются с серьезными проблемами, основные из которых: увеличение требований к надежности при ужесточении условий эксплуатации; снижение стоимостных параметров (массогабаритных, ценовых, энергопотребления и т.д.) при одновременном увеличении количества выполняемых функций; уменьшение сроков морального старения и, соответственно, необходимость сокращать сроки проектирования новых изделий.

Проектирование современных бортовых радиоэлектронных средств (БРЭС) в заданные сроки и в соответствии с требованиями нормативно-технической документации (НТД) по надежности, электрическим, тепловым и механическим характеристикам в общем случае невозможно без использования информационной технологии на этапах схемотехнического и конструкторского проектирования.

Необходимость правильного выбора проектных решений на указанных этапах разработки связана с тем, что выявление недостаточной надежности БРЭС из-за электрических, тепловых и механических воздействий на завершающих этапах проектирования (начиная с детального конструкторского проектирования) как путем математического моделирования, так и путем испытаний опытного образца приводит к длительным итерациям по отработке изделия, а значит и к резкому возрастанию материальных затрат и увеличению сроков проектирования.

Необходимость разработки новой информационной технологии вытекает из следующих соображений: исходя из требований нормативно-технической документации по электрическим, тепловым и механическим режимам, нужно на как можно более ранних этапах проектирования оптимально выбрать тип конструкции, системы охлаждения и виброудароизоляции, элементную базу и режимы электрорадиоизделий (ЭРИ) БРЭС, обеспечивающие необходимую надежность БРЭС. Указанный выбор должен исключить ошибки в проектировании на более поздних этапах.

Повышение качества автоматизированного проектирования БРЭС должно состоять в нахождении оптимальных проектных решений, обеспечивающих заданную надежность с учетом всего комплекса влияющих на надежность эксплуатационных факторов при минимальных затратах на реализацию этих решений.

Рассмотрим некоторые предлагаемые возможности повышения качества проектирования БРЭС с использованием моделирования, оптимизации и синтеза в САПР.

В конце этапа схемотехнического проектирования возникают задачи уточнения номинальных значений параметров ЭРИ, синтеза допусков на параметры и выбора электрических нагрузочных режимов ЭРИ, обеспечивающих заданную надежность по внезапным и постепенным отказам, которые могут быть оптимально решены лишь при системном подходе к решению, т.е. с учетом электрического, теплового, механического и других режимов ЭРИ. Однако, на этапе схемотехнического проектирования не известны тепловой и механический режимы ЭРИ, поэтому необходимо построить единую модель оптимального надежного БРЭС, в которой в качестве варьируемых будут параметры ЭРИ и параметры конструкции. Эта модель должна использоваться на стыке схемотехнического и конструкторского этапов проектирования, т.к. при синтезе конструкции надо, хотя бы ориентировочно, знать тепловой и механический режимы, которые необходимо обеспечить для надежного функционирования БРЭС.

В настоящее время отсутствуют методы и средства, позволяющие производить автоматизированное проектирование минимальных по стоимости надежных БРЭС с учетом взаимосвязанного влияния на ее надежность и стоймость допусков на параметры ЭРИ, электрических, тепловых, механических и других воздействий и режимов ЭРИ.

Оптимальное проектирование БРЭС с учетом электрического, теплового, механического режимов и требований надежности возможно лишь на основе методов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов использования информационного ресурса.

Учитывая сложность поиска оптимального проектного решения, которое в современных условиях возложено на разработчика БРЭС, и жесткие ограничения по срокам и стоимости проектных работ, реализация подобной информационной технологии в автоматическом режиме не дает положительного эффекта. Наиболее эффективным является интерактивный режим, представляющий собой специально организованное, в рамках непрерывного технологического процесса автоматизированного проектирования, сочетание автоматических вычислений по программам, реализующим проектные процедуры, и взаимодействий разработчика с системой для разрешения неформализуемых задач оценки результатов, принятия решений и директивных указаний по режимам и условиям дальнейшего проектирования, что возможно только за счет применения единой оптимальной модели надежности, электрических, механических и тепловых режимов. Следовательно, научной основой информационной технологии оптимального проектирования БРЭС должна стать методология интерактивного проектирования, решающая указанные выше задачи на как можно более ранних этапах проектирования, а практической реализацией в качестве инструментария проектировщика - соответствующие программные приложения.

Анализ открытых отечественных и зарубежных источников, а также многолетние исследования разработок предприятий, проведенные автором, показали, что подобная информационная технология на сегодняшний день отсутствует.

Отсутствие методов и средств автоматизированного проектирования оптимальных надежных БРЭС с учетом взаимосвязанного влияния на ее надежность и стоимость допусков на параметры ЭРИ, электрических, тепловых, механических и других воздействий и режимов ЭРИ, отсутствие необходимых баз данных, сложность моделей и многое другое делают невозможным применение для этого существующих однопроблемных программных комплексов {OrCAD 9.1, Protei 99SE, Design Lab, System View, Microwave Office, MENTOR GRAFICS, Omega PLUS, Polaris, BETA soft, COLDPLATE, Esatan, Flotherm-2.0, TMG, TAS, WinTherm, ThermoCal, COSMOS/M, P-Cad, Design Space, ANSYS, PRAC, Reli-abitili Manager (MENTOR GRAFICS и др.), которые не позволяют в полной мере учитывать специфические особенности функционирования и конструктор-ско-технологического построения таких БРЭС.). В автоматизированной системе научных исследований АСОНИКА отсутствуют средства поиска оптимальных проектных решений БРЭС и необходимые для этого математические модели.

Существующие специализированные программные комплексы охватывают лишь узкий круг приведенных выше задач. В основном это разрозненные программы, не связанные единой методологической основой применительно к оптимальному проектированию надежных РЭС. Проблемно-ориентированными они являются лишь на уровне электронных схем или конструкций. Здесь нужно использовать те методы, которые позволяют получить наиболее простые макромодели типовых конструкций без больших потерь в точности, сокращая при этом время расчета и создавая предпосылки для автоматического синтеза данных макромоделей на ЭВМ.

Проблемы автоматизированного проектирования РЭС на основе моделирования рассматривались в работах Андреева А.И. [23, 30, 32], Вермишева Ю.Х. [44, 62, 76], Дульнева Г.Н. [13], Журавского В.Г. [21], Зольникова В.К. [8], Кечиева Л.Н. [11], Кофанова Ю.Н. [25, 30, 32, 58, 60, 103, 105, 106], Редко-зубова С.А. [220], Кравченко В.А. [221], Норенкова И.П. [71, 72, 74], Разевига В.Д. [94-96], Стрельникова В.П.[40], Талицкого E.H. [16, 17], Тартаковского A.M. [87], Тумковского С.Р. [58, 64, 102], Увайсова С.У. [106], Шалумова A.C.

38, 56], Сарафанова A.B. [2, 28, 41,45] и др. [42-54]. Проблемы поиска оптимальных проектных решений для БРЭС глубоко рассматривались в работах Вермишева Ю.Х. [44, 76]. Проблемы макромоделирования и оптимизации рассматривались в работах Борисова Н.И. [75, 119, 149], Шрамкова И.Г. [111, 112, 119], Гридина В.Н. [213].

Указанными авторами внесен значительный вклад в теорию и практику автоматизированного проектирования БРЭС и математического моделирования физических процессов в БРЭС. Однако при этом перечисленными авторами не уделено достаточного внимания проблеме оптимального проектирования при влиянии разнородных физических процессов на надежность БРЭС.

Таким образом, научная проблема состоит в разработке методологии оптимального автоматизированного проектирования БРЭС, в которой были бы системно увязаны требования к надежности и режимам ЭРИ при различных видах физических процессов, причем проектные решения должны обеспечивать минимальные затраты на комплектующие элементы.

Методы исследования основываются на методах теории системного анализа, надежности, параметрической чувствительности, электротехники, теплообмена, прикладной механики, вычислительной математики и оптимизации, объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна результатов работы состоит в разработке методологии автоматизированного проектирования БРЭС, в которой, в отличие от известных, на начальной стадии этапа эскизного конструирования и на этапе технического проектирования, исходя из необходимости обеспечения надежности, автоматически определяются: оптимальные по стоимости ЭРИ допуски на параметры, оптимальные тепловые и электрические режимы ЭРИ, а также основные параметры элементов системы обеспечения необходимого теплового режима с минимизацией затрат на реализацию. Разработанная методология отличается от известных также применением методов комплексного моделирования, многопараметрической оптимизации и синтеза электронных схем и конструкций, разработанных в диссертации.

В рамках разработанной методологии созданы:

1. Интегрированная математическая модель минимального по стоимости комплектующих изделий БРЭС, в которой, в отличие от однорежимных моделей, учтены стоимость конструктивных средств и ЭРИ для обеспечения электрического, теплового и механического режимов. Это позволило целенаправленно проводить разработку методов синтеза оптимальных проектных решений по частным критериям оптимальности минимальных затрат на комплектующие элементы.

2. Метод поиска оптимального типа и основных параметров системы обеспечения теплового режима БРЭС, а также оптимальных допусков и электрических режимов ЭРИ перед этапом эскизного конструирования путем использования комплексной оптимизационной макромодели БРЭС, в которой, в отличие от известных методов задаются:

• для каждого тепловыделяющего ЭРИ в макромодели теплообмена все возможные способы обеспечения теплового режима с указанием для каждой ветви теплообмена зависимости ее стоимости от величины проходящего по ней .теплового потока или теплового сопротивления;

• зависимость стоимости ЭРИ от допусков на его параметры и коэффициентов электрической нагрузки;

• критерий оптимальности в виде минимума стоимости системы обеспечения теплового режима БРЭС и набора ЭРИ при выполнении требований к надежности по внезапным и параметрическим отказам. Метод позволяет более эффективно проводить нахождение оптимального типа и основных параметров системы обеспечения теплового режима БРЭС, а также оптимальных допусков и электрических режимов ЭРИ на начальных этапах проектирования.

3. Принцип поиска оптимального проектного решения путем выделения главного соотношения "стоимость/ надежность". Принцип позволяет более эффективно проводить нахождение оптимальных значений параметров элементов БРЭС для обеспечения необходимых значений выходных характеристик.

4. Метод оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений параметров ЭРИ, в котором в качестве ограничения используется уравнение допусков, что позволило учесть статистический характер разброса параметров ЭРИ и, следовательно, повысить точность синтеза допусков при одновременной минимизации стоимости набора ЭРИ. Также, в отличие от известных методов, выбор варьируемого элемента на текущем шаге оптимизации производится по максимальному отношению коэффициентов чувствительности стоимости ЭРИ и выходной характеристики к изменению допуска с учетом закона распределения отклонений параметра.

5. Метод определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ, который в отличие от известных методов определения только оптимальных электрических или только тепловых нагрузочных режимов, позволяет находить оптимальное сочетание электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ с минимальными затратами на их обеспечение при условии выполнения требований по надежности.

6. Метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области, который в отличие от известных, обладает большей экономичностью по затратам времени ЭВМ вследствие «скелетной» формы составления уравнений макромодели. Метод позволяет составить зависимость выходной характеристики модели в виде аналитической зависимости от частоты с размерностью, равной числу варьируемых параметров, что позволяет эффективно проводить оптимизацию.

7. Математическая модель динамики конструкции печатного узла отличается от известных более высокой точностью за счет учета аэродинамического сопротивления воздуха, демпфирования в элементах ПУ, инерции вращения ЭРИ и участков платы. Получены формулы для приближенного учета жесткостей ЭРИ. На модель, реализованную в виде электронной схемы, получено авторское свидетельство на изобретение.

8. Новый метод улучшения динамических и прочностных характеристик ПУ за счет оптимизации расположения их узлов крепления, для чего не требуется дополнительных материальных затрат.

9. Метод иерархического формирования и анализа математических моделей процессов в БРЭС, который в отличие от известных диакоптических и суперэлементных методов позволяет получать модель БРЭС в виде связанных подмоделей иерархических уровней БРЭС с аналитической зависимостью от частоты, что позволяет эффективно решать задачи оптимизации за счет сокращения времени анализа при конкретном значении частоты воздействия.

10. Методы синтеза систем виброудароизоляции БРЭС, которые в отличие от известных позволяют производить рациональный монтаж виброуда-роизоляторов, минимизировать количество виброудароизоляторов, а для ударного воздействия производить двухступенчатый синтез: первый этап - это приближенный расчет и отбор вариантов, второй этап - точный расчет переходного процесса для выбранного варианта, что сократило время синтеза. Модернизована известная математическая модель динамики системы виброудароизоляции, которая дополнена учетом совместного «вязкого» и «сухого» демпфирования в виброудароизоляторах.

Применение разработанной в диссертации методологии оптимального проектирования, макромоделирования и оптимизации позволит сократить затраты на проектирование и изготовление БРЭС.

Таким образом, в диссертационной работе разработаны теоретические положения, обобщение и решение крупной научной проблемы принятия оптимальных проектных решений для БРЭС на ранних этапах проектирования при учете их электрических, тепловых и механических режимов, имеющую важное хозяйственное значение. Проблема решена путем создания моделей, методов, программных приложений и на их основе методологии, составивших научную основу оптимального проектирования БРЭС.

Применение разработанной в диссертации методологии оптимального проектирования, макромоделирования и оптимизации позволит сократить затраты на проектирование и изготовление БРЭС.

Решение указанной проблемы является крупным достижением в развитии перспективного направления в системах автоматизации проектирования.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные в ней методология, модели, методическое и программное обеспечения позволяют обоснованно, целенаправленно и эффективно снизить затраты на проектирование и изготовление БРЭС с соблюдением требований НТД по надежностным, электрическим, тепловым и механическим характеристикам.

Реализация и внедрение результатов работы. Исследования и разработки автора выполнялись на кафедрах «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» и «Информационные технологии в автоматизированных системах» Московского государственного института электроники и математики в рамках госбюджетной и хоздоговорной тематики в течение 19742004 гг. и в порядке личной инициативы.

Основные результаты работы внедрены в практику проектирования предприятий: ГП ГОКБ «Прожектор», ОАО ЦКБ «Алмаз», ФГУП "НИИ точных приборов", РКК «Энергия, ФГУП "ЦНИИ автоматики и гидравлики", в/ч 11135, СКБ часовых механизмов, ОАО " ЦНИИ "Циклон".

Кроме того, результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Московского государственного института электроники и математики, Красноярского государственного технического университета.

Апробация результатов работы . Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на десяти Всесоюзных, двух Республиканских, семи Международных конференциях и научных сессиях, в том числе на следующих:

Республиканская конференция "Проектирование радиоэлектронной аппаратуры с применением ЭВМ на промышленных предприятиях", Киев, 1975 г.; Республиканская конференция "Автоматизация проектирования РЭА на промышленных предприятиях", Киев, 1976 г.; Всесоюзная школа- семинар Чувствительность электронных и электромеханических устройств и систем", Москва, 1977 г.; Всесоюзная конференция "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Москва, 1978 г.; Всесоюзная конференция "Автоматизация проектных и конструкторских работ", Москва, 1979г.; Всесоюзная научная сессия НТО РЭС, Москва, 1979г.; Всесоюзная школа-семинар "Чувствительность электронных и электромеханических устройств и систем", Москва, 1979 г.; Всесоюзная н.-т. конфер. 'Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Махачкала, 1980 г.; Всесоюзная конференция "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем", Москва., 1981 г.; международная конференция "Компкон-троль-81", Варна, НРБ, 1981 г.; Всесоюзная конференция "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества ЭА и П", Воронеж, 1984 г.; семинар общества "Знание" "Программные методы конструирования и ГАП микроэлектронной аппаратуры", Москва , 1986 г.; Всесоюзная конферен-ция"Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на ОИС", Суздаль, 1989г.

Всесоюзная конференция "Проблемы теории чувствительности измерительных датчиков электронных и электромеханических систем", Владимир, 1989 г.; международная научно-технической конфер. и Российская научная школы "Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий", Москва-Сочи, 1999 г.; 55-я научная сессия, посвященная дню радио "Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия", НТО РЭС им. А.С.Попова, М., 2000 г.; международная научно-техническая конфер. и Российская научная школа "Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий", Москва-Сочи, 2000 г.; международная научно-техническая конфер. и Российская научная школа "Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий", Москва-Сочи, 2001 г.; международная научно-техническая конференция и Российская научная школа "Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий", Москва-Сочи, 2002 г., международная научно-техническая конфер. и Российская научная школа "Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий", Москва-Сочи, 2003 г.; международная научно-техническая конфер. и Российская научная школа молодых ученых и специалистов "Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий", Москва-Сочи, 2004 г.

Публикации по работе. Научные и практические результаты диссертационной работы отражены в 59 опубликованных работах, в том числе: 14 статей, 42 материалов конференций, 1 авторское свидетельство на изобретение, 2 программы сданы в ФАП.

Объем и структура диссертации . Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников (221 наименований) и приложений (13 стр.). Диссертация изложена на 261 стр. машинописного текста, имеет 62 рисунка, 8 таблиц.

5.5. Выводы

Разработан ряд принципов комплексирования, на основе которых должна базироваться методология автоматизированного проектирования оптимальных БРЭС.

1. Разработана структура методологии проектирования оптимальных БРЭС, базирующаяся на использовании системной комплексной модели оптимальной БРЭС, на принципах комплексирования и ориентированная на комплексное исследование характеристик БРЭС и синтез оптимальных проектных решений.

2. Предложена обобщенная схема С4Х6"-технологии проектирования оптимальных БРЭС, в состав которой вошел электронный макет.

3. На основе анализа существующих методов вибрационных испытаний БРЭС произведен выбор метода испытаний и разработана блок-схема экспериментальной установки.

4. Разработана методика проведения экспериментальной проверки математической модели и программы для расчета динамических характеристик конструкций ПУ, позволяющая провести поэтапное уточнение расчетной модели конструкции по основным параметрам, обусловленным ее реальными особенностями.

5. Исследована адекватность расчетных моделей и реальных конструкций ПУ и проведен сравнительный анализ результатов их расчета и экспериментального определения динамических характеристик. Полученные результаты экспериментальной проверки результатов расчета на вибрационные и ударные воздействия подтверждают правильность построения расчетной модели, учета различных параметров реальных конструкций ПУ, выбора методов расчета и разработки программ по их реализации на ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложен новый подход к решению проблемы повышения качества и эффективности автоматизированного проектирования БРЭС. Новый подход позволяет продвинуться по пути решения проблемы оптимального проектирования БРЭС и экономично повысить качество ее автоматизированного проектирования, принимая оптимальные проектные решения.

2. Исследованы особенности бортовых БРЭС с точки зрения оптимальности их проектирования при учете режимов эксплуатации. Показано, что БРЭС, как объект оптимального проектирования, представляет собой сложную как в схемотехническом, конструкторско-технологическом, так и в плане надежности систему, подвергающуюся широкому спектру воздействий дестабилизирующих факторов.

3. Показано, что можно оптимальным образом обеспечивать необходимые режимы ЭРИ, исходя из требований надежности при минимизации стоимости средств для этого обеспечения. Выполнен анализ современных программных средств (ПС), используемых в процессе создания БРЭС. Показано, что большинство ПС не имеет объектно-ориентированных свойств, учитывающих наиболее важные особенности построения и эксплуатации БРЭС. Кроме этого показано, что в ПС отсутствуют интегрированные среды, позволяющие вести объектно-ориентированную разработку БРЭС с использованием единой оптимизационной модели, отражающей методологию их разработки. Рассмотрены современные объектно-ориентированные (локальные) информационные технологии проектирования БРЭС и глобальная информационная технология, основанная на С4££-идеологии. Показано, что современные проблемно-ориентированные технологии реализуют узконаправленные методологические аспекты разработки БРЭС, которые не позволяют вести корпоративную разработку БРЭС на основе его единой оптимизационной модели. Для реализации такого подхода необходимо разработать методологию проектирования оптимальных БРЭС в рамках СЖ£-идеологии.

4. Исследованы существующие методы анализа математических моделей БРЭС большой размерности и показана необходимость разработки более эффективных методов для решения задач оптимизации.

5. Сформулирована цель работы, заключающаяся в разработке моделей, методов, программ и методического обеспечения для методологии автоматизированного оптимального проектирования БРЭС, базирующейся на повышении качества проектных решений за счет использования оптимальных локальных проектных решений при минимизации стоимости комплектующих элементов для их реализации. Для достижения поставленной цели сформулированы задачи исследования.

6. Разработана интегрированная математическая модель минимального по стоимости комплектующих элементов БРЭС, в которой учтены стоимость конструктивных средств и ЭРИ для обеспечения электрического, теплового и механического режимов.

7. Разработана структура локальных оптимизационных задач для повышения качества автоматизированного проектирования БРЭС.

8. Разработана структура методологии проектирования БРЭС, базирующаяся на использовании интегрированной стоимостной оптимизационной модели и оптимальных локальных проектных решений при минимизации стоимости комплектующих элементов для их реализации.

9. Разработан метод оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений параметров ЭРИ, позволяющий повысить надежность БРЭС по параметрическим отказам и минимизировать стоимость набора ЭРИ с точки зрения назначения допусков на их параметры.

10. Разработан метод определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ с целью обеспечения надежности БРЭС по внезапным отказам при минимальной стоимости затрат, который позволил еще до этапа эскизного проектирования оптимально определить требования к системе обеспечения теплового режима, проектируемой на конструкторском этапе проектирования.

11. Разработан метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области, который в отличие от известных, обладает большей экономичностью по затратам времени ЭВМ вследствие «скелетной» формы составления уравнений макромодели, что существенно для оптимизационных задач.

12. Разработана математическая модель динамики конструкции печатного узла, которая отличается от известных более высокой точностью за счет учета аэродинамического сопротивления воздуха, инерции вращения ЭРИ и участков платы и позволяет с достаточной для инженерных расчетов точностью рассчитывать механический динамический режим ПУ при вибрационных и ударных внешних механических воздействиях.

13. Разработан метод иерархического формирования и анализа математических моделей процессов в БРЭС, который позволяет получать подмодели иерархических уровней БРЭС в виде несложной алгоритмической зависимости от частоты, что позволяет эффективно решать задачи оптимизации за счет сокращения времени анализа при конкретном значении частоты воздействия.

14. Разработанные методы синтеза систем виброудароизоляции БРЭС позволяют производить рациональный монтаж виброудароизоляторов и минимизировать их количество.

15. Разработаны алгоритмы синтеза оптимальных локальных проектных решений, учитывающие специфику математических моделей.

16. Разработана методология оптимального проектирования БРЭС с необходимыми показателями надежности при минимизации затрат на их достижение.

17. Выполнена экспериментальная проверка разработанных моделей, методов, алгоритмов и программ для ЭВМ.

18. Осуществлено внедрение разработанных моделей, методов и программ в процесс проектирования БРЭС на промышленных предприятиях, а также в учебный процесс вузов.

1. Микроэлектронные электросистемы. Применение в радиоэлектронике/ Ю.И. Конев, Г.Н. Гулякович, К.Н. Полянин и др. Под ред. Ю.И. Конева. -М.: Радио и связь, 1987. 240 с.

2. Сарафанов A.B. Автоматизированное проектирование бортовых устройств электропитания радиотехнических систем с учетом тепловых и механических воздействий: Дисс. канд. техн. наук. М.: МИЭМ (для служебного пользования), 1991.

3. Методы оценки надежности больших авиационно-космических систем: Учеб. пособие / В.М. Гришин, О.П. Нестеренко, М.С. Сергеев М.: Изд-во МАИ, 1993. - 40 с.

4. Старостин А.К., Окшевский Л.Л. Элементы основ надежности автомобильной электроники. -М.: НПО "Автоэлектроника", 1995. 137 с.

5. Электронные и электромеханические системы и устройства: Сб. науч. трудов. Томск: НПЦ «Полюс», 1997. - 363 с.

6. ГОСТ РВ 20.39.304-98. Комплексная система общих технических требований. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования по стойкости к внешним воздействующим факторам. Издание официальное, 1998. - 150 с.

7. Иншаков А.Н. Новый подход к оптимизации допусков при проектировании электронных схем// Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн. ГУЛ "ВИМИ", 2002, № 1, с. 54-58.

8. Зольников В.К. Исследование и разработка методов моделирования характеристик ИМС в условиях воздействия радиации: Автореферат диссертации на соискание ученой степени д-ра техн. наук: 05.13.12. Воронеж, 1998. -32 с.

9. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры / П.И. Овси-щер, Ю.В. Голованов, В.П. Ковешников и др.; Под ред. П.И. Овсищера. М.: Радио и связь, 1988. - 232 с.

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

11. 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.

12. Лисицын A.B. Разработка методов машинного анализа тепловых характеристик при проектировании усилительных устройств многоканальных информационно-измерительных устройств: Дисс. канд. техн. наук. М.: МИЭМ (для служебного пользования), 1983.

13. Методы расчета тепловых режимов прибора/ Г.Н. Дульнев, В.Г. Парфенов, A.B. Сигалов. М.: Радио и связь, 1990. - 312 с.

14. Автоматизация проектирования и моделирования печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры / Ю.Н. Кофанов, Н.В. Малютин, A.B. Сарафанов и др. М.: Радио и связь, 2000. - 389 с.

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

16. Виброзащита радиоэлектронной аппаратуры полимерными компаундами / Ю.В. Зеленев, A.A. Кириллин, Э.Б. Слободник, E.H. Талицкий; Под. ред. Ю.В. Зеленева. -М.: Радио и связь, 1984. 120 с.

17. Талицкий E.H. Моделирование виброустойчивых конструкций РЭА с полимерным демпфером // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1988. Вып. 2. С. 57-61. ДСП.

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

19. Системы терморегулирования космических аппаратов /В.В. Мало-земов, Н.С. Кудрявцева. М.: Машиностроение, 1995. - 107 с.

20. Глушицкий И.В. Охлаждение бортовой аппаратуры авиационной техники. М.: Машиностроение, 1987.

21. Журавский В.Г., Рыжов В.В. Обеспечение сейсмоударостойкости базовых несущих конструкций облегченного типа для технических средств АСУ. ВСП7, серия СОИУ, вып. 3, 1985.

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

23. Андреев А.И. Методы обеспечения и оценки надежности радиоэлектронных средств: Учеб. пособие. М.: МИРЭА, 2000. - 108 с.

24. Коновальчук A.C. Комплексное моделирование электрических и тепловых процессов в аналоговых микроэлектронных узлах: Дис. канд. техн. наук. М.: МИЭМ, 1988.

25. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1991. - 360 с.

26. Дамлер А., Грифорин Б. Испытания радиоэлектронной аппаратуры и материалов на воздействие климатических и механических условий. М.: Энергия, 1989.

27. Испытания аппаратуры и средств измерений на воздействие внешних факторов: Справочник / В.Д. Малинский, В.Х. Бегларян, Л.Г. Дубицкий; Под ред. В.Д. Малинского. М.: Машиностроение, 1993. - 573 с.

28. Сарафанов A.B., Трегубов С.И. Автоматизация проектирования РЭС: Красноярск: КГТУ, 1999. - 185 с.

29. Жаднов В.В. Разработка методов обеспечения безотказности аналоговых радиоэлектронных устройств в микросборочном исполнении: Дисс. канд. техн. наук.-М.: МИЭМ (для служебного пользования), 1987.

30. Андреев А.И., Жаднов В.В., Кофанов Ю.Н. Виды и причины отказов радиоэлектронных средств: Учеб. пособие.- М.: МГИЭМ, 1995. 64 с.

31. Андреев А.И., Борисов A.A., Гольдин В.В., Журавский В.Г., Кофанов Ю.Н., Шалумов A.C. РДВ 319.01.05-94. "Аппаратура военного назначения. Принципы применения математического моделирования при проектировании" (редакция 2000 г.). 22 ЦНИИИ МО РФ.

32. Чердаков Е.А., Чеканов А.Н., Еланцев A.B. Проектирование топологии и компоновка ГИС с учетом тепловых режимов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1989. - 43 с.

33. Микроэлектронные электросистемы. Применение в радиоэлектронике/ Ю.И. Конев, Г.Н. Гулякович, К.Н. Полянин и др.; Под ред. Ю.И. Конева. М.: Радио и связь, 1987. - 240 с.

34. Карпушин В.Б. Виброшумы в радиоаппаратуре. М.: Сов.радио, 1973. -418 с.

35. Преснухин Л.Н., Шахнов В.Я., Кустов В.Я. Конструирование электронных вычислительных машин и систем. М.: Высш. шк., 1986. - 572с.

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

37. Физические модели отказов электронных элементов аппаратурных блоков: Обзор по материалам иностр. Печати / Сост. И.Н. Животкевич, Е.И. Васина; Под общ. ред. В.В. Бочарова. Б.м., 1991. - 43 с.

38. Сарафанов A.B., Трегубов С.И. Автоматизация проектирования РЭС: Красноярск: КГТУ, 1999. - 185 с.

39. Вермишев Ю.Х. Фрагмент ОКР "Электронное КБ" для разрабатывающего предприятия радиотехнического профиля// Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн. ГУП "ВИМИ", 2000. № 2. с. 46-56.

40. Сарафанов A.B. Разработка научных основ проектирования радиотехнических устройств на базе CALS-идеологии: Дисс. докт. техн. наук. М.: МИЭМ, 2001.

41. Шепелев В.А. Проблемы создания системной среды САПР изделий электроники / Автоматизация проектирования. 1997. № 1.

42. Кураксин С.А., Бикулов С.А., Баранов Л.В., Козлов С.Ю., Ксено-фонтов Д.К., Ефремов А.Н. T-FLEX CAD новая технология построения САПР/Автоматизация проектирования, № 1, 1996.

43. Автоматизированное проектирование в радиоэлектронике и приборостроении: Межвуз.сб.науч.тр. / Гл.ред. В.И. Анисимов. СПб: С.-Петербург, гос. электротехн. ун-т им. В.И. Ульянова (Ленина), 1993. - 75 с.

44. Сысоев В.В. Структурные и алгоритмические модели автоматизированного проектирования производства изделий электронной техники. Воронеж: Воронеж, технол. ин-т, 1993. - 208 с.

45. Интеллектуальные системы принятия проектных решений/ A.B. Алексеев, А.Н. Борисов, Э.Р. Вилюмс, H.H. Слядзь, С.А. Фомин Рига: Зинат-не, 1997.- 320 с.

46. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений в САПР / Автоматизация проектирования. 1997. № 5.

47. Жеков К.Н. Современные системы автоматизации инженерных расчетов / Автоматизация проектирования. 1999. № 1.

48. Андреев А.Н., Курносов В.Е., Блинов A.B., Юрков Н.К. Новые информационные технологии в области моделирования // Информационные технологии в проектировании и производстве: науч.-техн. журн. М.: ГУП ВИМИ, 1999. №3. С. 40-43.

49. Курносов В.Е. Информационные технологии модельного конструирования электронной аппаратуры, устойчивой к динамическим воздействиям //

50. Информационные технологии в проектировании и производстве: науч.-техн. журн. М.: ГУП ВИМИ, 1999. № 3. С. 59-61.

51. Средства и технологии проектирования и производства электронных устройств М.: Издательство ОАО "Родник Софт", 2000. № 1. - 32 с.

52. Шалумов A.C. Информационная технология ранних этапов проектирования конструкций РЭС с учетом внешних механических воздействиях: Дисс. докт. техн. наук.-М.: МГИЭМ, 1999.

53. Увайсов С.У. Методы диагностирования радиоэлектронных устройств систем управления на протяжении их жизненного цикла: Дис. доктора техн. наук. М.: МГИЭМ, 2000.

54. Методы оценки надежности больших авиационно-космических систем: Учеб. пособие / В.М. Гришин, О.П. Нестеренко, М.С. Сергеев М.: Изд-во МАИ, 1993. - 40 с.

55. ГОСТ Р ИСО 10303-1-99. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 1. Общие представления и основополагающие принципы. М.: ГОСТАНДАРТ России, 1999.

56. Бронин Е.И., Вермишев Ю.Х. Концепция обновления фирм ВПК на основе современных информационных технологий// Информационные технологии в проектировании и производстве: науч.-техн. журн. М.: ГУП ВИМИ, 1997. №2. С. 3-6.

57. Дудось И.Н., Смирнов П.С., Тумковский С.Р. Идентификация параметров модели диода по технологии клиент-сервер в сети Интернет // Интернет в образовании и технических приложениях: Сборник науч. трудов М.: МГИЭМ, 2000. С. 32-37.

58. Тумковский С.Р., Сарафанов A.B. Комплексный анализ электрических и тепловых характеристик РЭС в режиме «Клиент-сервер» // Интернет и автоматизация проектирования: Сборник науч. трудов / Под ред. С.Р. Тумков-ского. М.: МГИЭМ, 2000. С. 151-153.

59. Жаднов И.В., Жаднов В.В., Сарафанов A.B. Обеспечение надежности и качества РЭС в рамках технологии "Клиент-сервер"/ Сборник научных трудов "Современные проблемы радиоэлектроники" в 2-частях. Часть 2. -Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. С. 182-184.

60. Сарафанов A.B. Комплексная модель и методология исследования характеристик РЭС на ее основе// Интернет в образовании и технических приложениях: Сборник науч. трудов. М.-.МГИЭМ, 2000. С. 92-98.

61. Коваленок В.И., Сарафанов A.B., Работин C.B. Комплексное моделирование физических процессов высоконадежных РЭС // Современные проблемы радиоэлектроники: Сборник научных трудов / Под. ред. A.B. Сарафано-ва. Красноярск: КГТУ, 2000. С. 276-283.

62. Засыпкин C.B. Моделирование тепловых режимов радиоэлектронных средств с оптимизацией удельного расхода охлаждающего воздуха: Дисс. канд.техн.наук. -М.:МГИЭМ, 1997.

63. Норенков Н.П., Маничев В.Б. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры. М.: Высшая школа, 1983.-272 с.

64. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий.CALS-технологии.- М: МГТУ, 2002.-254с.

65. Петренко А.И. Основы автоматизации проектирования. Киев: Техника, 1982.-295 с.

66. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. М.: Высшая школа, 1990. - 335 с.

67. Борисов Н.И. Исследование и разработка методов снижения размерности трудоемкости задач анализа и оптимизации линейных эквивалентных электрических схем на основе макромоделирования в САПР / Дисс. докт.техн.наук. -М.: Изд-во МГИЭМ, 1994.-34с.

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

69. О.А.Кузнецов, А.И.Погалов, В.С.Сергеев. Прочность элементов микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1990. - 144с.

70. Токарев М. Ф. Талицкий Е. Н., Фролов В. А. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1984г. -224с.

71. Остроменский П.И. Вибрационные испытания радиоаппаратуры и приборов. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1992. - 173с.

72. Доминич А.П. Планирование испытаний РЭА на вибростойкость// Радиоэлектроника (состояние и тенденции развития). 1993. - N2. - С. 16-30.

73. Ильинский B.C. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. М.: Радио и связь, 1982г. - 296с.

74. Малинский В.Д. Контроль и испытания радиоаппаратуры. М.: Энергия, 1970. - 336с.

75. Карпушин В.Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. М.: Сов.радио, 1971. - 344с.

76. Карпушин В.Б. Виброшумы в радиоаппаратуре. М.: Сов.радио, 1973. -418с.

77. Старостин А.К., Окшевский JI.JI. Элементы основ надежности автомобильной электроники. -М.: НПО "Автоэлектроника", 1995.-137с.

78. Тартаковский A.M. Краевые задачи в конструировании радиоэлектронной аппаратуры. Саратов: Изд-во Саратовского ун-таД 984. - 136с.

79. Маквецов E.H. Модели из кубиков.-М.:Сов.радио, 1973.-186с.

80. Системы автоматизированного проектирования: В 9 кн. Кн.4. Математические модели технических объектов: Учеб. пособие для втузов/В. А.Трудоношин, Н.В.Пивоварова; под ред. И.П.Норенкова. М.: Высшая школа, 1986. - 160с.

81. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике: Пер.с англ. -М.: Мир, 1975. -541с.

82. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галеркина: Пер.с англ. М.: МирД988. - 352с.

83. Кожевников A.M. Исследование и разработка машинных методов расчета конструкций печатных узлов РЭА при внешних механических воздействия / Дисс. канд.техн.наук. М., 1976. - 186с.

84. Данилов М.М. Метод оптимального проектирования конструкций радиотехнических устройств на виброизоляторах/ Дисс. канд.техн.наук. М., 2002. - 174с.

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

86. Разевиг В.Д. Система проектирования печатных плат ACCEL EDA 12.1 (P-CAD для Windows).-М.: CK Пресс, 1997.-368 с.

87. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP V. М.: СОЛОН, 1997. - 273 с.

88. Обрусник П.В. Развитие системы автоматизированного проектирования энергопреобразующей аппаратуры СЭП КА на основе стандартных пакетов САПР// Электронные и электромеханические устройства: Сб. научн. трудов НПЦ «Полюс». Томск, 1997. С. 270-274.

89. Киселев А.Г. САПР-K. Программные продукты: Часть 1. Обзор систем моделирования электронных схем. 1999. 42 с.

90. Киселев А.Г. САПР-K. Программные продукты: Часть 2. Обзор систем проектирования печатных структур. 1999. 38 с.

91. Киселев А.Г. САПР-K. Программные продукты: Часть 4. Обзор систем моделирования вибропрочности и тепловых режимов. 1999. 10 с.

92. Комплексное математическое моделирование электрических и тепловых процессов радиоэлектронных средств / H.H. Касьян, A.C. Коновальчук, Ю.Н. Кофанов, В.Н. Крищук. Запорожье: ЗГТУ, 1995. - 118 с.

93. Тумковский С.Р. Автоматизация схемотехнического проектирования функциональных узлов РЭС: Учеб. пособие. М.: МГИЭМ, 1995. - 43с.

94. Применение компьютерного измерительного тепловизора КРИТ-Т и математического моделирования для обеспечения надежности и качества РЭС

95. Введение в тепловизионный контроль и дефектоскопию) / Ю.Н. Кофанов, Г.А. Пятницкая, A.B. Сегень, С.У. Увайсов. -М.: МГИЭМ, 1997. 122 с.

96. Моделирование тепловых и механических процессов в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры с помощью подсистемы "АСОНИКА-ТМ" / К.Б. Варицев, P.JI. Желтов, A.C. Шалумов и др.; Под ред. Ю.Н. Кофанова. М.: МГИЭМ, 1999.-139 с.

97. Кофанов Ю.Н., Засыпкин C.B. Комплексное моделирование взаимосвязанных физических процессов радиоэлектронных конструкций: Учеб. пособие. М.: МГИЭМ, 1996. - 56с.

98. Кофанов Ю.Н., Манохин А.И., Увайсов С.У. Моделирование тепловых процессов при проектировании, испытаниях и контроле качества радиоэлектронных средств: Учеб. пособие М., 1998. - 139 с.

99. Современные методы обеспечения качества и надежности электронных приборов: Материалы семинара М.: Общество «Знание» РСФСР, 1990.- 148 с.

100. Джорж А., Лю Дж. Численное решение больших разреженных систем уравнений / пер. с анг. М.: Мир, 1984г. - 333с.

101. Бахов В. А., Ильин В. Н., Фролкин В.Т. Алгоритм расчёта нелинейных схем методом подсхем с использованием итераций по Ньютону / Изв. ВУЗов МВиССО СССР, Радиоэлектроника, т. 17, № 6, 1974г. с. 5- 15

102. Ланкастер П. Теория матриц / пер. с анг. М.: Мир, 1978г. - 280с.

103. Шрамков И. Г. Макромоделирование в задачах оптимизации линейных цепей РЭА // Автоматизация проектирования машин и технологий. -Воронеж: Издание Воронежского технического института, 1985г. с. 111-113.

104. Шрамков И. Г. Об одном подходе к повышению эффективности решения задач многовариантного анализа линейных эквивалентных цепей // Электронное моделирование, №3 1986г. с. 85-90

105. Михайлов В.Б. Проблема собственных значений и анализ линейных трактов радиотехнических устройств с многополюсными элементами / Известия Ленингр. электротехн. ин-та им. В.И. Ульянова (Ленина), вып. 294, 1981. — с.3-11.

106. Уилкинсон Дж. Алгебраическая проблема собственных значений / пер. с анг. -М.: Наука, 1970г. 564с.

107. Данилов Л.В., Матханов H.H., Филиппов Е.С. Теория нелинейных электрических цепей. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-е, 1990. - 256 с.

108. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления / Пер. с англ. М.: Мир, 1975. - 683 с.

109. Ортега Дж. Рейнболд В. Итерационные методы решения нелинейных систем уравнений с многими неизвестными / пер. с анг. М.: Мир, 1975г. -558с.

110. Тьюарсон Р. Разреженные матрицы / пер. с анг. М.: Мир, 1977г.240с.

111. Деньдобренько Б.Н., Малика A.C. Автоматизация конструирования РЭА. М.: Высшая школа, 1980. - 384 с.

112. Араис A.A. Моделирование и автоматический расчёт систем // Электронное моделирование, т. 7, №4 1985г. с. 71-76.

113. Тетельбаум Н.М., Тетельбаум Я. И. Модели прямой аналогии М.: Наука, 1979г. - 384с.

114. Ларим В. Б., Ясинский С.А. О вычислении собственных частот // Электронное моделирование, т. 14, №5 1992г. с. 88-90

115. Баталов Б.В., Егоров Ю.Б., Русаков С.Г. Основы математического моделирования больших интегральных схем на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1982. - 167 с.

116. Петренко А.И., Тимченко А.П., Слюсар П.Б. Макромодели цифровых ИС для пакетов программ схемотехнического проектирования // Электронное моделирование, т.6, № 2, 1984. с.31-35.

117. Маничев В.Б., Норенков И.П., Хартов В.Я. Макромодели функциональных узлов цифровых устройств. В кн.: Машинные методы проектирования электронных схем / МДНТП. - М.: 1975. - с. 73-78.

118. Меррей Лассо М.А. Анализ линейных ИС на ЦВМ методом многополюсных подсхем. - В кн.: Машинный расчет интегральных схем / Под ред. Д.Д. Герсковица-М.: Мир, 1971. -407 е., с. 116-159.

119. Белов Б.И., Хартов В.Я. Событийное моделирование в переключательных схемах. В кн.: Машинные методы проектирования электронных схем / МДНТП.-М.: 1975.-с.110-113.

120. Сейдж Э.П., Мелса Дж.Л. Идентификация систем управления / Пер. с англ. М.: Мир, 1974. - 246 с.

121. Расстригин Л.А., Маджаров И.Е. Введение в идентификацию объектов управления. М.: Энергия, 1979. - 214 с.

122. Грон Д. Методы идентификации систем / Пер. с англ. М.: Мир, 1979.-302 с.

123. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971.-312 с.

124. Седунов Е.В. О практическом применении несмещенных планов регрессионных экспериментов. Заводская лаборатория, № 7, 1978. - с. 839845.

125. Терешин М.А. Оптимизация в частотной области с приведением схемы к эквивалентному многополюснику // Изв. ВУЗов МВ и ССО СССР, Радиоэлектроника, т.29, № 7, 1986. с. 93-94.

126. Кублановская В. И., Конькова Т. Я. Решения проблемы собственных значений для регулярного пучка матриц АД + А0 с вырожденными матрицами // Записки научных семинаров ЛОМИ Л.: Наука, т. 70, 1980г. — с. 103123.

127. Матвейчук Я.Н. Макромодель нелинейных непрерывных систем радиоэлектроники // Изв. ВУЗов MB и ССО СССР, Радиоэлектроника, т.29, № 7, 1986.-с. 83-84.

128. Матвейчук А.Н. Адаптивные макромодели радиоэлектронных систем // Изв. ВУЗов, Радиоэлектроника, т.31, № 6, 19888. с. 95-96.

129. Матвейчук Я.Н. Общие структуры макромоделей нелинейных динамических систем // Электронное моделирование, т. 16, № 4, 1994. с. 42-48.

130. Петров А.В., Судов Е.В., Шульга С.С. Технология подготовки электронной эксплуатационной документации на изделие авиационной техники: на-уч.-техн. журн. М.: ГУП ВИМИ, 2000. № 2. С. 19-25.

131. Маслов А.Я. и др. Оптимизация радиоэлектронной аппаратуры. -М.: Радио и связь, 1982г. 200с.

132. Ластовченко М.М., Медвинский Н. А. Автоматизация разработки высоконадёжной РЭА. Киев, «Вища школа», 1978г. 240с.

133. Батищев Д. И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984г.-248с.

134. Авдеев Е. В., Ерёмин А. Т., Норенков И. П., Песков М.М. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике: справочник. — М.: Радио и связь, 1986г. 386с.

135. Бененсон 3. М. и др. Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств. -М.: Радио и связь, 1981г.-272с.

136. Мироненко И. Г. и др. Автоматизированное проектирование узлов и блоков РЭА средствами современных САПР: Учебное пособие для ВУЗов. -М.: Высшая школа, 2002г. 391с.

137. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: / пер. с анг. М.: Радио и связь, 1988г. - 128с.

138. Борисов Н.И. Исследование и разработка методов снижения размерности и трудоемкости задач анализа и оптимизации линейных эквивалентных электрических схем на основе макромоделирования в САПР / Дисс. докт. техн. наук. -М.: МГИЭМ, 1996.-207с.

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

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

141. Бобрышев Д.Н., Русаков Ф.М. Управление научно-техническими разработками в машиностроении. М.: Машиностроение, 1976. - 236с.

142. Мосин В.Н., Трайнев В.А. Управление процессом проектирования. М.: Моск. рабочий, 1980. - 128с.

143. Суровцев Ю.А. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры. М., Советское радио, 1974г.

144. Печорина И.Н. Расчет систем автоматического управления. М., ГНТИМЛ, 1962г.

145. Справочник. Конденсаторы. Под ред. Четверткова И. И., Дьяконова M. H. М.: «Радио и связь», 1993.

146. Триполитов C.B., Ермилов А. В., Микросхемы, диоды, транзисторы: Справочник. М.: «Машиностроение», 1994.

147. Справочник. Резисторы. Под ред. Четверткова И. И., Терехова В. M. М.: «Радио и связь», 1987.

148. Влах И., Сингхал К. "Машинные методы анализа и проектирования электронных схем". Пер с англ.-М.: Радио и связь, 1988.-560 с.

149. Кожевников A.M. Исследование и разработка машинных методов расчета конструкций печатных узлов РЭА при внешних механических воздействиях/ Дисс. канд. техн. наук. М., 1977. - 186с.

150. Грибов М.М., Жвакин Ю.И. Конструирование амортизационных систем РЭА с помощью моделирования. М.: Сов. радио, 1977.-128с.

151. Мяченков В.И. и др. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник. М.: Машиностроение, 1989.-520 с.

152. Ашкенази Е.К., Ганов Э.В. Анизотропия конструкционных материалов: Справочник. JI: Машиностроение, 1980. - 247 с.

153. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник в 3-х томах. -т.1/Под ред.И.А.Биргера, Я.Г.Пановко. М.: Машиностроение, 1968. - 831с.

154. Кожевников A.M., Кофанов Ю.Н., "Электромеханическая модель конструкции РЭА" (статья). Сборник: "Узлы, приборы и системы РЭА и их применение", Воронежский ПИ, 1974 г.

155. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н., "Устройство для моделирования колебаний упругих пластин". Авторское свидетельство № 496573, Бюллетень изобретений,№47, 1975 г.

156. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н., Чернушенко А.М, "Комплекс программ по расчету и оптимизации конструкции РЭА" (труды конф.). Республиканская конференция: "Автоматизация проектирования РЭА на промышленных предприятиях", Киев, 1976 г.

157. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н., "Методика проектирования вибропрочных конструкций печатных узлов РЭА с применением ЦВМ" (труды конф.). Всесоюзная конференция: "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Москва, 1978 г.

158. Кожевников А.М, Батуев В. П. ,Ульянов Н.Г. "Анализ вибронадежности РЭА в автоматизированной системе АСОНИКА" (труды конф.). Всесоюзная научная сессия НТО РЭС, 1979г., Москва.

159. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н. Куликов В.Н. "Программа расчета линейных моделей РЭА, представленных в виде эквивалентных цепей" (программа для ЦВМ). Информационный бюллетень "Алгоритмы и программы" № 2 (34), 1980 г.

160. Кожевников А.М, Кофанов Ю.Н. Чернушенко A.M. "Машинное моделирование для расчета на виброустойчивость и прочность конструкций печатных узлов РЭА" (статья), ж. "Известия вузов", серия 'Радиоэлектроника", № 6, 1980, с.74-77.

161. Кожевников А.М, Батуев В. П., Веремьев В.А., Кофанов Ю.Н. "Программа расчета динамических характеристик печатных узлов РЭА при случайных вибрациях" (программа для ЦВМ). Гос. ФАП СССР № П004065 от 24.01.80г.

162. Кожевников А.М, Веремьев В.А. Расчет динамических характеристик пространственных конструкций РЭА (труды конф.). Всесоюзная н.-т. кон-фер. 'Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Махачкала, 1980 г.

163. Кожевников А.М, "Подсистема механических расчетов РЭА" (труды конф.). Всесоюзная н.- т. конфер. 'Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества РЭА", Махачкала, 1980 г.

164. Кожевников A.M., Крищук В.Н., Шрамков И.Г. "Анализ виброустойчивости конструкций электронной аппаратуры с помощью ЭВМ". Международная конференция "Компконтроль-81", Варна, НРБ, 1981 г.

165. Кожевников А.М, Веремьев В.А., "Оценка уровня виброшумов полупроводниковых элементов в радиотехнических и электронных устройствах" (статья). Депонирована в ВИНИТИ, 8 июля 1982 г., № 3622-82, деп.

166. Кожевников А.М, Кулаков А.Е. Моделирование на ЭВМ вибрационных и ударных режимов РЭА" (статья). Журнал "Вопросы спец. радиоэлектроники" Серия ОВР, вып. 1, 1989 г., с 17-27.

167. Борисов Н.И., Кожевников A.M., Шрамков И.Г. Автоматизация проектирования вибронадежных конструкций РЭА с использованием макромоделирования на ПЭВМ// Информатика: журнал сер. Автоматизация проектирования ВИМИ, 1990, вып. 2, с. 76-85.

168. Борисов Н.И., Кожевников A.M., Шрамков И.Г., Уваров И.В. Диалоговая система анализа и оптимизации конструкций, подвергающихся динамическим механическим воздействиям// Механизация и автоматизация производства: журнал № 5, 1991, с. 25-26.

169. Кожевников A.M. Моделирование нелинейных систем виброизоляции конструкций //Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Материалы международной конфер. и Российской научной школы, Москва-Сочи, 1999.

170. Кожевников A.M. Минимизация стоимости проектируемой надежной РЭА //Новые информационные технологии: Материалы 3-го научно-практического семинара, МГИЭМ, 2000.

171. Кожевников A.M. Методы CALS-технологии при оптимизации выбора электрических и тепловых режимов электрорадиоизделий // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн.- ГУП "ВИМИ", 2000, №3, с. 23-26.

172. Кожевников A.M., Соловьев П.А. Оптимизация расположения мест крепления печатных узлов// Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия: труды 55-й научной сессии, посвященной дню радио. НТО РЭС им. А.С.Попова, М., 2000.

173. Кожевников A.M. Оптимальный выбор эксплуатационных режимов и допусков на параметры электрорадиоизделий устройств телекоммуникаций // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.- техн. журн.- ГУП "ВИМИ", 2001, №3, с. 72-77.

174. Кожевников А.М. Методы повышения качества автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств // Надежность: Науч.-техн. журн.-"Технологии", 2003, №1, с.3-9.

175. Кожевников A.M., Жарков В.А. Программа синтеза систем вибро-ударо-изоляции конструкций РЭС // Новые информационные технологии: Материалы 6-го научно-практического семинара, МГИЭМ, 2003, с.80-82.

176. Кожевников A.M. Метод построения макромоделей процессов в РЭС в частотной области // Новые информационные технологии: Материалы 6-го научно-практического семинара, МГИЭМ, 2003, с.83-86.

177. Кожевников A.M. Состояние и проблемы оптимального проектирования радиоэлектронных средств // Новые информационные технологии: Материалы 7-го научно-практического семинара, МГИЭМ, 2004, с.91-105.

178. Кожевников A.M. Современные пути решения проблем оптимального проектирования радиоэлектронных средств // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн.- ГУП "ВИМИ", 2004, №2, с.35-41.

179. Кожевников A.M. Состояние и возможные методы экономичного решения проблемы обеспечения надежности бортовых радиоэлектронных средств с учетом условий эксплуатации // Надежность: Науч.-техн. журн.-"Технологии", 2004, №3, с.55-64.

180. Андреев А.Н., Курносов В.Е., Блинов A.B., Юрков Н.К. Новые информационные технологии в области моделирования // Информационные технологии в проектировании и производстве: науч.-техн. журн. М.: ГУП ВИМИ, 1999, № 3, с. 40-43.

181. Петров A.B., Судов Е.В., Шульга С.С. Технология подготовки электронной эксплуатационной документации на изделия авиационной техники: науч.-техн. журн. М.: ГУП ВИМИ, 2000, № 2, с. 19-25.

182. Батуев В.П. Исследование и разработка методов расчета виброустойчивости электро-коммутационной аппаратуры при случайной вибрации/ Дисс. канд. техн. наук. М.; МИЭМ, 1980. - 198с.

183. Надежность ЭРИ: Справочник. М.: 22 ЦНИИИ МО, РНИИ «Элек-тронстандарт», ОАО «Стандартэлектро», 2002.

184. Сорокин Е.С. К вопросу неупругого сопротивления строительных материалов при колебаниях Труды ЦНИИТС вып. 15, М., Стройиздат, 1954.

185. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти томах, т.2. Колебания нелинейных механических систем. М.: Машиностроение, 1979.

186. Ларин А.Г. и др. Машинная оптимизация электронных узлов РЭА.-М.: Сов радио, 1978.- 192 с.

187. Алексеев О.В. и др. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2000.-479 с.

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

189. Вермишев Ю.Х. Управление разработкой сложного объекта// Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн.- ГУП "ВИМИ", 2004, №2, с.3-12.

190. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа, 1989.-367с.

191. Дудорин В.И., Алексеев Ю.Н. Системный анализ экономики на ЭВМ. М.: Финансы и стстистика, 1986.-190с.

192. Кофман А., Анри-Лабордер А. Методы и модели исследования операций. Целочисленное программирование. М.: Мир, 1977.-432с.

193. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1988.-208с.

194. X. Хэпп. Диакоптика и электрические цепи. М.: Мир, 1974.-342с.

195. Редкозубов С.А. Статистические методы прогнозирования в АСУ. М.: Энергоиздат, 1981.-152с.

196. Кравченко В.А., Евсеев О.В. Системы управления ГПС. М.: Машиностроение, 1987.-59с.