автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Межсистемные взаимодействия в сложных информационных структурах создания РЭС

На правах рукописи

КОЧЕГАРОВ Игорь Иванович

МЕЖСИСТЕМНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СЛОЖНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СТРУКТУРАХ СОЗДАНИЯ РЭС

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (приборостроение)

№

/

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 2005

Работа выполнена на кафедре «Конструирование и производство радиоаппаратуры» в Пензенском государственном университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Юрков Н. К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Лебедев В. Б.; кандидат технических наук, доцент Папко А. А.

Ведущее предприятие - ФГУП НИИЭМП, г. Пенза.

Защита диссертации состоится 8 декабря 2005 г., в _ часов,

на заседании диссертационного совета Д 212.186.04 в Пензенском государственном университете по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета.

Автореферат разослан 2 ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор Смогунов В. В.

г 2 g\6S5

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРЙСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время существует большое число программных систем, облегчающих разработку и производство конструкций радиоэлектронных средств (РЭС). Одной из задач, появляющейся при их использовании, является необходимость взаимосвязи информационных моделей на различных этапах жизненного цикла (ЖЦ) изделий.

Например, после моделирования работы электрической схемы в пакетах OrCAD или P-CAD и создания эскизной печатной платы необходимо исследовать её поведение под заданной нагрузкой.

Для моделирования в пакетах прикладных программ требуется перенос данных из предыдущего пакета. Многие системы моделирования не способны получать данные из пакетов типа OrCAD или P-CAD. Положение может исправить конвертер данных, позволяющий избежать непродуктивного ручного переноса данных.

Такая ситуация повторяется на всех этапах ЖЦ изделия в связи с тем, что разработка единой системы, охватывающей все этапы, является трудновыполнимой задачей. Современные разработки в этой области (например, PDM - Product Data Management, управление данными об изделии) теоретически позволяют реализовать полный цикл информационной связи, но существующие системы реализуют либо документооборот предприятия, либо, в лучшем случае, обеспечивают информационную связь лишь на этапах производства.

Здесь появляется необходимость разработки методики взаимодействия моделей конструкции на этапах жизненного цикла изделий РЭС, которая обеспечила бы не только информационную связь между моделями, но и позволила бы автоматическое (или полуавтоматическое) управление процессом проектирования с возможностью обратной связи. Особенно это актуально на начальных этапах ЖЦ, когда объект проектирования представлен технической документацией, при этом происходят выбор альтернативных вариантов исполнения изделия, подбор параметров конструкции и т. п.

Для создания модели этапов ЖЦ и разработки методики информационного взаимодействия использованы положения системного анализа и теории управления, заложенные в трудах таких известных отечественных и зарубежных ученых, как Н. Н. Моисеев, Д. А. Поспелов, А. П. Реутов, А. И. Уемов, П. Джексон, К. Негойце, К. Меса-

рович, И. Такахара и др.

Важной практической задачей является создание конструкций с требуемым уровнем надежности. Одним из факторов, определяющих надежность РЭС, является их способность переносить различные виды внешних дестабилизирующих воздействий, в частности, механических. Темпы развития современной техники вынуждают разработчиков проектировать и производить изделия в достаточно короткие сроки. При этом для РЭС, использующихся на подвижных объектах, необходимо проводить большой комплекс испытаний при различных видах воздействий (удары, вибрации). На это уходят большие ресурсы, как материальные, так и временные, что сказывается на сроках разработки и конечной цене изделия. Использование систем информационной поддержки ЖЦ в виде специализированных пакетов прикладных программ (ППП) позволяет уже на ранних этапах обоснованно выбирать основные параметры изделий, обеспечивая требуемый уровень их надежности и качества до этапа изготовления.

Таким образом, объектом исследования в работе являются системы проектирования, производства и сопровождения в процессе эксплуатации вибронагруженных конструкций РЭС. Предметом исследования выступают методы и средства взаимодействия различных систем, подсистем и модулей такой комплексной системы.

Целью работы являются теоретическое обоснование, разработка и организация межсистемного взаимодействия пакетов прикладных программ на этапах жизненного цикла, связанных с проектированием и производством вибронагруженных конструкций РЭС, что позволит повысить механическую надежность и сократить сроки разработки.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- модернизация существующих моделей этапов ЖЦ путем введения в них двунаправленных связей между самими этапами и системой управления;

- анализ современных средств взаимодействия между САО-системами и ППП для расчета динамических характеристик конструкции;

-разработка системы взаимодействия между программными пакетами на соседних этапах ЖЦ для сокращения сроков создания конструкции;

- разработка системы управления на основе базы данных по моделированию (БДМ) и экспертной системы (ЭС) для повышения эффективности разработки РЭС;

-разработка алгоритма работы системы двустороннего взаимодействия ППП на начальных этапах создания конструкций РЭС;

- создание программного обеспечения, позволяющего обеспечить двустороннее взаимодействие между 111111 для создания узлов на печатных платах и ППП для моделирования поведения конструкций РЭС под механической нагрузкой.

Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, теории системного анализа, методы прикладной механики, структурного и объектно-ориентированного программирования. В экспериментальных исследованиях применялось цифровое моделирование с использованием ЭВМ.

Научная новизна заключается в следующем:

- разработана концептуальная модель ЖЦ, дополненная системой обратной связи на основе межмодельного взаимодействия и позволяющая за счет этого увеличить надежность создаваемой конструкции, минимизировать затраты на проектирование, обеспечить информационную интеграцию и, как следствие, повысить эффективность разработки новых изделий;

-на базе концептуальной модели создана структура системы управления для этапов проектирования и испытания вибронагружен-ных изделий, которая позволяет проводить оптимизацию конструкции, исключая этап физического моделирования;

-разработан алгоритм системы двустороннего взаимодействия между информационными моделями, применяемыми в ППП разработки узлов на печатных платах и в 111111 для моделирования конструкции.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенная система информационного взаимодействия позволяет решить комплекс задач, связанных с увеличением надежности конструкций РЭС, повышением эффективности разработки новых изделий, сокращением временных затрат в процессе проектирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

- концептуальная модель жизненного цикла, дополненная на этапе проектирования и позволяющая увеличить надежность создавае-

мой конструкции, минимизировать затраты на проектирование, обеспечить информационную интеграцию и, как следствие, повысить эффективность разработки новых изделий;

- структура системы управления для этапов проектирования и испытания вибронагруженных изделий, которая позволяет проводить оптимизацию конструкции на ранних стадиях;

- алгоритм работы системы двустороннего взаимодействия между информационными моделями, применяемыми в ППП разработки узлов на печатных платах и в 111111 для моделирования конструкции;

- реализация и внедрение результатов диссертационной работы в виде методики и программных систем, предназначенных для создания вибронагруженных конструкций РЭС.

Реализация и внедрение результатов работы. Теоретические и практические результаты работы внедрены в ОАО «Электроприбор» (г. Саратов) в виде программного обеспечения и методики исследования конструкций РЭС.

Полученные в работе результаты используются в учебном процессе кафедры «Конструирование и производство радиоаппаратуры» Пензенского государственного университета.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенского государственного университета (2000-2004), Международном юбилейном симпозиуме «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза, 2003), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2002-2004).

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 16 научных работ, из них 8 без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованных источников и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, отражена научная новизна и приведены основные практические результаты, определена логическая связь глав диссертационной работы.

В первой главе анализируется современное состояние в области средств имитационного моделирования конструкций РЭС. Произведен обзор известных пакетов, таких как АЫвУБ, ЫАЗТЛАК, «Полина», «Асоника». Исследованы особенности этих ППП, проанализированы их сильные и слабые стороны.

Из перспективных разработок видно, что интеллектуализация методов и средств информационного взаимодействия - следующий шаг в развитии систем имитационного моделирования. Программа должна не просто выполнить необходимые расчеты, а по результатам этих расчетов готовить рекомендации по улучшению или оптимизации заданных характеристик. В идеальном случае программа должна сама (с разрешения пользователя) произвести изменение или оптимизацию конструкции, а затем и повторный расчет. Для этих целей в информационные связи следует включить экспертную систему, обладающую начальными знаниями и способную к обучению.

Во многих случаях экономический эффект от использования имитационного моделирования на этапе проектирования РЭС, используемых на нестационарных объектах, заключается в сокращении сроков разработок и уменьшении затрат на длительные и дорогостоящие натурные испытания и доводки аппаратуры. С добавлением свойств открытости и интеллектуальности сроки разработки еще более сокращаются.

Темпы развития систем проектирования приводят к необходимости иметь открытый интерфейс. Это позволит быстро адаптировать пакет под конкретные задачи, даст возможность обеспечить легкость взаимодействия не только с уже существующими С АО-системами, но и разрабатываемыми. Кроме того, открытая, пополняемая база данных моделирования сокращает сроки исследования конструкции за счет многих факторов (отсутствие повторного ввода одних и тех же элементов, использование уже введенных конструкций как элементов следующего уровня и т. п.).

Замечено, что пользователи предпочитают использовать системы, где ввод графической и текстовой информации осуществляется на уровне конструкции РЭС, а не на уровне модели. Таким образом, для решения задачи моделирования конструкции РЭС с учетом внешних воздействий нужна специальная автоматизированная подсистема, обладающая визуальным интерфейсом. Кроме того, система должна

также поддерживать и классический табличный ввод, так как эти два способа взаимно дополняют друг друга.

Установлено, что система должна позволять рассчитывать параметры конструкций не только под одним видом внешнего воздействия, но и под различными комбинациями внешних воздействующих факторов (например, совместное действие гармонической вибрации и импульсного удара, приходящегося по диагонали блока). Вследствие этого лучше использовать многократно проверенную конечно-разностную модель, применяемую в пакете УиРЫ. Следует также заботиться и о совместимости с другими ППП.

Во второй главе исследуется существующая модель этапов ЖЦ. Обосновывается необходимость введения в нее системы управления, включающей в себя БДМ и ЭС. С использованием методов системного анализа создается модель структуры информационного управления циклом проектирования и производства с обратной связью.

Конструкторское проектирование РЭС представляет собой комплекс задач, существенно различающихся, прежде всего, спецификой предметной области (топология конструкций, расчет механических параметров, виброустойчивости, электромагнитной совместимости и пр.). Это обусловливает многообразие математических моделей и методов, используемых для решения конкретных конструкторских задач.

Концептуальная модель предметной области (КМПО) проектирования и производства, включающая обратную связь и обеспечивающая оперативное управление объектами проектирования, показана на рис. 1.

С позиций системного анализа жизненный цикл изделия рассматривается как некоторая система, где входные (X) и выходные (Г) данные, внутренние параметры (£?) и параметры воздействия (Л) связаны функциональной зависимостью вида

Г = 1Т*,6,Л). (1)

К входным данным можно отнести данные технического задания. Группу внутренних параметров (или переменных состояния) составляют параметры изделия, режимы технологического процесса, условия эксплуатации. Параметры воздействия (управления) включают в себя условия, требования, критерии ограничения, накладываемые

Техническое Система условий, критериев, ограничений Альтернативные Экспертные

задание варианты оценки

1 Маркетинг и изучение рынка

2 Проектирование и разработка продукции

3 Проектирование и разработка процессов

Исходные Модель-

данные зл принц схема

=Ф 4 Закупки комплектующих 5 Производство

Модель 1

производства

Технологии управления данными

Технологии управления процессами

БАЗА ДАННЫХ

БАЗА ЗНАНИЙ

ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА

Рис. 1. Концептуальная модель предметной области

на проектирование, изготовление, эксплуатацию. Данные об эксплуатации, методах и средствах проектирования, изготовления рассматриваются как выходные.

Результаты исследования и оптимизации модели каждого этапа используются для остальных моделей системы в качестве дополнительных ограничений, условий, и в этом состоит сущность взаимодействия моделей: как моделей подсистем объекта проектирования, так и моделей объекта с технологическими моделями. В процессе

такого взаимодействия происходит в определенном смысле эволюция обобщенной модели объекта проектирования, ее адаптация к среде функционирования.

Рассматриваемая в работе схема взаимодействия моделей позволяет более эффективно и рационально организовать проектные работы, что в конечном счете направлено на повышение качества изделий.

КМПО, построенная на основе баз данных, баз знаний и экспертных систем, позволяет глубже вникнуть в процессы, происходящие на каждом из этапов ЖЦ. Тем самым повышается достоверность использования средств моделирования.

Обратная связь от преобразований одной модели в другую (на основе абстрактной операции отображения одного множества в другое) обеспечивается посредством концептуальной модели предметной области (показано двойной стрелкой от ядра системы к моделям каждого этапа ЖЦ, см. рис. 1).

Ясно, что, выполняя одно за другим преобразования одного множества в другое ф,ф,4 и т. д., мы получим некоторое новое преобразование, например:

<рф: Л -» Г>. (2)

Предположим, что задана совокупность элементов преобразования II, называемая пространством задания модели. Каждой точке х е II предписано значение функции качества /(х), характеризующее некоторое свойство объекта проектирования на данном этапе ЖЦ (например производительность, надежность, качество и т. п.). В пространстве и действует преобразование (7, перемещающее точки этого пространства вместе с заданными в них значениями функции качества.

Совокупность, состоящую из пространства и, замкнутого преобразования С, действующего в нем, и функции качества /(х), назовем моделью М. Примем /(х) за исходное качество, а /[^(х)] -качество, получаемое взаимно однозначным преобразованием g(x). Тогда новые функции качества /[&(*)] (geG) образуют полное множество управлений, которое обозначим

* = /[*<*)] Ь- (3)

Если исходную функцию качества f(x) принять за качество изделия в начале его жизненного цикла, то полное множество управлений S определяет изменения исходного положения. Если G - замкнутое преобразование функции качества изделия на всех этапах ЖЦ, g,(x,) - взаимно однозначное преобразование параметров изделия на этапе i ЖЦ, то S представляет собой состояния изделия в пространстве U.

Пусть известен и фиксирован набор параметров изделия на всех этапах его жизненного цикла. Тогда эталонное исходное качество изделия на каждом этапе ЖЦ будет характеризоваться своими функциями качества ft, где i -\...к, к - число этапов.

Для каждого этапа ЖЦ сформируем полное множество управлений

= А [*(*)] Ц >s2=f2 Ш] |g6G [*(*)] Ц • (4)

Если при i Ф j пересечение полных множеств управлений пусто, т. е. S, r\Sj = 0, то можно считать, что объекты попарно различимы.

Дальнейшие преобразования будут вестись для попарно различимых объектов, так как в реальных системах (например, P-CAD) объект «Электрическая схема» преобразуется в объект «Печатная плата» только путем преобразования из одного множества в другое (в данном случае это делает модуль размещения).

Условие (4) означает, что не существует таких g, и g2 в G, при которых

(5)

где i * j.

Пусть в результате некоторого преобразования исходной модели М будет получена модель М', характеризующаяся новым пространством задания U', преобразованием G', действующим в этом пространстве, и функциями качества для каждого этапа жизненного цикла f\(.x'y,f'2(x');...;f'k(x'). Если при этом попарные пересечения новых полных множеств управлений пусты, т. е. S, n Sj ~ 0 при /' * j, то объекты в новой модели также различимы.

Задачей информационного взаимодействия будет построение таких преобразований М -» М', чтобы получившиеся функции качества были не хуже существующих, т. е. f¡(x')> f,(x)| к. Этот процесс, по сути, является оптимизацией конструкции.

К числу часто встречающихся задач можно отнести исследование динамики сложных конструкций РЭС при ударных возмущениях. Здесь особенно важно получение монотонного решения, что существенно упрощает последующий анализ. Поэтому целесообразно при дискретной постановке в геометрическом пространстве использовать непрерывные временные функции. Если, например, динамика конструкции описывается системой вида

А.+В.+С.-Г, (6)

где А, В, С - матрицы, определяющие физические характеристики; и - вектор обобщенных перемещений; г - вектор воздействий, то

решение можно искать в виде ряда:

к

u = Za'Wxv'»

i-I

где а, (Г) - неопределенные временные функции; v, - координатные вектор-функции.

В качестве v( следует выбрать ортонормированные функции, удовлетворяющие граничным условиям; чаще всего в подобных задачах выбирают собственные функции. Тогда можно перейти к к независимых уравнений

ak(t)xvTkxAx\k + a\(t)xvl хВ х vt + a"(í)xCxvt =v[ xr, (7) где vk - к -й собственный вектор.

Уравнение (7) аналогично известному уравнению колебаний системы с одной степенью свободы.

Вопрос качества модели имеет первостепенное значение, поскольку именно он определяет качество принятия проектных решений. В данной работе выбрана конечно-разностная математическая модель вынужденных колебаний как полностью удовлетворяющая требуемым условиям.

Разработанная автором модель предметной области отличается от существующих наличием обратной связи между всеми этапами модели предметной области. Такое взаимодействие реализовано как за

счет концептуальной модели предметной области (например, система с использованием САЬБ-технологий, двойные стрелки на рис. 1), так и за счет информационного межсистемного взаимодействия на каждом этапе проектирования (различные модули согласования, конвертеры форматов).

В процессе оптимизации моделей в каждом итерационном цикле, как показано на рис. 2, производится сравнение показателей моделей (переменных состояния) с допустимыми значениями. При невыполнении ограничений производятся выбор новых переменных проектирования (из заданного множества) и корректировка моделей, после

Рис. 2. Межсистемные связи на этапах жизненного цикла

Далее обосновывается, что созданная КМТТО позволяет обеспечить оперативное управление информационными потоками и проводить оптимизацию конструкций на различных этапах ЖЦ. Использование общей БДМ и ЭС для всех этапов ЖЦ дает возможность организовать единое информационное пространство и повысить эффективность производства.

В третьей главе приводится описание алгоритма системы взаимодействия между информационными моделями на этапах ЖЦ на примере проектирования вибронагруженных конструкций РЭС.

При разработке алгоритма использовались идеи управления с ОС на базе КМПО. В работе предложена следующая методика взаимодействия. На начальных этапах разработки конструкции инженер использует ставшие стандартом де-факто CAD-системы (P-CAD, Accel EDA или другие). После типовых шагов разработки конструкции РЭС (моделирование схемы, создание и трассировка печатной платы) необходимо проверить поведение платы в заданных условиях эксплуатации. Изготовление макетов и проведение стендовых испытаний требуют больших временных и финансовых затрат, поэтому целесообразно применять математическое моделирование. Разработан алгоритм взаимодействия, позволяющего организовать интерактивный обмен данными между CAD-системой и существующими программными пакетами для моделирования поведения конструкции (на примере пакета моделирования VuPlat).

Для всех программ моделирования существует необходимость введения обратной связи. Эта связь подразумевает возможность изменения исходной конструкции программой моделирования. Например, по результатам вибромоделирования программа дает рекомендации по изменению точек закрепления и перераспределению элементов, причем эти изменения происходят и в головном приложении.

Поддержка такого типа взаимодействия делает работу инженера-конструктора более качественной. Интеллектуализация взаимодействия - следующий шаг в развитии систем имитационного моделирования. Программа не просто выполняет необходимые расчеты, но и по результатам этих расчетов дает рекомендации по улучшению или оптимизации заданных характеристик.

На рис. 3 показан алгоритм взаимодействия на этапах выбора механических параметров конструкции (печатная плата, корпус,

Рис. 3. Алгоритм взаимодействия с обратной связью

крепления и т. д.). При этом в качестве головного приложения могут выступать ППП разработки конструкций, обладающие программным интерфейсом Database Exchange (DBX), например P-CAD, Accel EDA, Protei DXP и ряд других. Такой подход отличается большой гибкостью при выборе требуемой программы и совместимостью с последующими версиями.

Как видно из рис. 3, в цепи ОС находятся ЭС и лицо, принимающее решения (ЛПР). Это дает возможность при наличии достаточно качественной ЭС применять её при оптимизации конструкции. Также этот процесс ЛПР может проводить вручную.

Структура межсистемного взаимодействия имеет поддержку работы с базами данных моделирования. Это особенно актуально при взаимодействии пакета P-CAD и программных пакетов для исследования динамических характеристик печатных плат. Так как P-CAD (и другие программы подобного плана) не имеют в своем составе данных по механическим и массогабаритным характеристикам элементов и печатных плат, то приходится использовать другие источники для получения этих данных. Такие же проблемы появляются и при использовании пакетов для расчета надежности и исследования теплового режима

Таким образом, алгоритм поддерживает работу с открытой пополняемой базой данных по различным элементам. Таблицы включают в себя достаточное количество полей соответственно тому, с какими пакетами будет взаимодействие. Задача настоящей работы решается на примере автоматизации проектирования вибронагру-женных элементов конструкций РЭС.

Далее анализируется математическая модель, построенная на основе метода конечных разностей, которая нашла применение в пакете прикладных программ VuPlat. Обосновывается возможность её использования при решении поставленных задач.

Исходными данными модели являются параметры для конечно-разностной модели, такие как координаты элементов и величины их масс, а также способ закрепления самой печатной платы в блоке и характер вибрационного воздействия. Результатом работы пакета прикладных программ VuPlat является пространственное распределение вибрационных нагрузок печатного узла, которое представляется в виде некоторой трехмерной поверхности.

Расчет колебаний пластинчатых конструкций (или сводимых к ним) при заданных внешних воздействиях - удары, гармоническая вибрация, случайная вибрация - позволяет определить динамические характеристики конструкции (величины коэффициентов виброперегрузки и амплитуды знакопеременных напряжений). По этим характеристикам можно провести оценку работоспособности конструкции в режиме вынужденных колебаний, соответствующих заданным параметрам испытаний. На этапе проектирования с помощью этих оценок конструктор получает возможность говорить о надежности и качестве РЭС.

В результате исследований доказано, что разработанный алгоритм позволяет ускорить процесс подготовки данных, уменьшить число ошибок. Выбор универсального, широко распространенного механизма обмена позволяет расширить число используемых программ. Наличие обратной связи сокращает время, используемое для изменения конструкции. Добавление ЭС позволяет проводить автоматическую оптимизацию конструкции. В качестве основной программы моделирования выбрана система VuPIat, кроме того, существует возможность использования других ППП данного класса.

В четвертой главе описываются программная реализация и функционирование разработанного lililí для исследования вибронагру-женных конструкций РЭС в условиях межсистемного взаимодействия.

Основным отличием разработанного программного пакета от предыдущих версий и других разработок является возможность получения данных из других CAD-систем, обладающих программным интерфейсом DBX и модификацией исходной конструкции по результатам моделирования. При разработке использовались принципы объектного подхода и применялась открытая и пополняемая БДМ.

Объектно-ориентированная структура базируется на основных свойствах объектной модели. Созданная программная система, согласно принципу модульности, состоит из нескольких подсистем, что отражено на рис. 4.

После вызова модуля информационного взаимодействия пользователь указывает имя файла, из которого необходимо транслировать данные. Получение требуемой информации происходит через интерфейс межпрограммного взаимодействия DBX. Используя данные,

Ввод данных

Визуальный ввод из ДДМ

Табличный ввод

I Импорт из САО-систем

I Открытие готовых

Контрольная часть

Автоматическая проверка корректности исходных данных

Расчетная часть

Автоматический! расчет

Пошаговый расчет

Анализ результатов

Выбор форм для анализа

Выбор таблиц для анализа

Выбор графиков для анализа

Рис. 4. Модульная структура ППП исследования динамики конструкций РЭС

предоставляемые САБ-системой, а также собственную БДМ, программа сопоставляет элементам свои данные. Например, микросхеме 74Ь8373М, имеющей корпус 01Р20, ставится в соответствие элемент базы данных №18 «Мех. (корпус 01Р-20)». Это делается вследствие того, что в файлах Р-САБ не хранится информация о массах элементов, а она необходима для расчета.

Если программный модуль не найдет соответствия полученным данным в своей БДМ, он с помощью ЭС распознавания предложит пользователю несколько наиболее подходящих вариантов. После выбора подходящего варианта или добавления нового данные сохраняются в БДМ.

Далее в четвертой главе предлагается разработанная методика подготовки данных для программного пакета исследования вибро-нагруженных конструкций РЭС, так как высокая точность расчетов получается лишь при корректной подготовке исходных данных. Приводится несколько практических примеров.

Проведен анализ вычислительных экспериментов, который показал, что численное решение задачи определения низкочастотных характеристик пластинчатых конструкций РЭС по примененному алгоритму дает удовлетворительное совпадение с имеющимися аналитическими решениями, что позволяет получить достаточную для практики точность решения задач.

По результатам применения системы информационного взаимодействия доказано, что достигаются увеличение надежности конструкций РЭС на 15-17%, уменьшение времени на проектирование в 2-3 раза, сокращение ошибок ввода в среднем на 20%.

Проведенные исследования и полученные результаты дают основание рекомендовать разработанный алгоритм, программную реализацию и методику информационного взаимодействия при создании конструкций РЭС к практическому использованию для проведения анализа переходных процессов (удары, вибрации) с целью увеличения механической надежности.

В заключении приводятся основные результаты и выводы.

В приложениях представлены видеограммы работы с ППП, тексты основных программных модулей и документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана концептуальная модель жизненного цикла, дополненная системой обратной связи на основе межмодельного взаимодействия и позволившая за счет этого увеличить надежность создаваемой конструкции, минимизировать затраты на проектирование, обеспечить информационную интеграцию и, как следствие, повысить эффективность разработки новых изделий.

2. Разработана структура системы управления на основе концептуальной модели жизненного цикла для этапов проектирования и испытания вибронагруженных изделий, отличающаяся наличием двусторонних связей между этапами жизненного цикла и ядром сис-

темы управления. Это позволяет проводить оптимизацию конструкции на ранних стадиях, исключая этап физического моделирования.

3. Предложен алгоритм работы системы двустороннего взаимодействия между информационными моделями, применяемыми в ППП разработки узлов на печатных платах и в ППП для моделирования конструкции. Применение такого алгоритма в соответствии с базовыми CALS-принципами позволяет обеспечить информационную интеграцию за счет стандартизованного информационного описания объектов управления.

4. Создана программная реализация системы взаимодействия между информационными моделями этапов жизненного цикла, связанных с проектированием и разработкой конструкции. Применение разработанного пакета прикладных программ позволило повысить эффективность процесса конструирования и добиться повышения надежности изделий РЭС.

5. Осуществлено внедрение полученных результатов в практику проектирования промышленного предприятия, а также в учебный процесс вуза.

6. Полученные результаты могут использоваться при разработке как комплексных систем управления жизненным циклом изделия, так и систем управления на отдельных его этапах. Дальнейшие исследования необходимо вести в направлении разработки самообучающихся экспертных систем.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кочегаров И. И. Вопросы оптимизации программ имитационного моделирования // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: Межвуз. сб. науч. тр. - Пенза: Инф.-изд. центр ПТУ, 2001.-С. 99-101.

2. Кочегаров И. И. Математическое моделирование конструкций РЭС в электронной среде / И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков, В. Б. Ал-маметов // Информационные технологии в проектировании и производстве. - 2002. - № 3. - С. 41-43.

3. Кочегаров И. И. Интеллектуализация средств математического моделирования конструкций РЭС / И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков, В. Б. Алмаметов // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2002. - С. 149-151.

4. Кочегаров И. И. САПР теплового анализа радиоэлектронной аппаратуры / И. И. Кочегаров, А. В. Карпов // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2002. -С.151-152.

5. Кочегаров И. И. Методика входного контроля элементной базы / И. И. Кочегаров, А. В. Карпов, В. А. Трусов // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2002. -С. 314-316.

6. Кочегаров И. И. Межмодельное взаимодействие при проектировании РЭС / И. И. Кочегаров, В. Б. Алмаметов, Н. К. Юрков, А. К. Гриш-ко // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2003. - С. 159-160.

7. Кочегаров И. И. Многофункциональная оболочка // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп. - Пенза: Изд-во Пенз. гос ун-та, 2003.-С. 160-161.

8. Кочегаров И. И. Моделирование импульсного удара пластинчатых конструкций РЭС / И. И. Кочегаров, Г. В. Таньков, В. А. Трусов // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2003. - С. 230-231.

9. Кочегаров И. И. Программный пакет для анализа моделей пластинчатых конструкций // Актуальные проблемы науки и образования: Тр. Междунар. юбил. симп. - Пенза: Инф.-изд. центр ПТУ,

2003.-Т. 2.-С. 10-11.

10. Кочегаров И. И. Методы межмодельного взаимодействия в проектировании вибронагруженных конструкций РЭС // Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. науч. тр. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004. - С. 496-498.

11. Кочегаров И. И. Информационное взаимодействие этапов жизненного цикла конструкций РЭС // Современные охранные технологии и средства обеспечения безопасности объектов: Материалы V Всерос. науч.-техн. конф. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. -С. 270-273.

12. Кочегаров И. И. Обратная связь на этапах жизненного цикла конструкций РЭС / И. И. Кочегаров, В. А. Трусов // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та,

2004.-С. 200-201.

13. Кочегаров И. И. Программная реализация методики системных связей на этапах проектирования и производства вибронагру-женных конструкций РЭС II Надежность и качество: Тр. Междунар. симп. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. - С. 201-203.

14. Кочегаров И. И. Межсистемные взаимодействия в сложных информационных структурах создания РЭС // Проблемы качества, безопасности и диагностики в условиях информационного общества: Материалы науч.-практ. конф. - М.: МИЭМ, 2004. - С. 130-136.

15. Кочегаров И. И. Моделирование вибрационных воздействий на печатных платах / И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Методы и системы обработки информации: Сб. науч. ст. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - Ч. 2. - С. 149-155.

16. Кочегаров И. И. Применение системного анализа и межмодульного взаимодействия при проектировании конструкций РЭС // Методы и системы обработки информации: Сб. науч. ст. -М.: Горячая линия-Телеком, 2004. -Ч. 2. - С. 155-159.

Кочегаров Игорь Иванович

Межсистемные взаимодействия в сложных информационных структурах создания РЭС

Специальность 05.13.01 -Системный анализ, управление и обработка информации (приборостроение)

Редактор О. Ю. Ещина Технический редактор Н. А. Вьялкова

Корректор С. Н. Сухова Компьютерная верстка С. П. Черновой

ИД № 06494 от 26.12.01 Сдано в производство 13.10.05. Формат 60x84^/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 627. Тираж 60.

Издательство Пензенского государственного университета. 440026, Пенза, Красная, 40.

»25199

РНБ Русский фонд

2006-4 29491

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА КОНСТРУКЦИЙ РЭС.

1.1 Обзор существующих программных пакетов анализа конструкций.

1.1.1 Многоцелевой конечноэлементный пакет ANSYS.

1.1.2 Система инженерных расчетов NASTRAN.

1.1.3 Система статического и динамического анализа конструкций «ПОЛИНА».

1.1.4 Система «АСОНИКА».

1.2 Пакет прикладных программ VuPlat.

1.3 Сравнение современных программных средств анализа конструкций.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МЕЖСИСТЕМНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ НА ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИЙ РЭС.

Л 2.1 Взаимодействия между программными пакетами при проектировании и производстве РЭС.

2.2 Общая структура информационного взаимодействия при проектировании и производстве конструкций РЭС.

2.2.1 Концептуальная модель этапов жизненного цикла конструкций РЭС.

2.2.2 Обратная связь на этапах жизненного цикла.

2.3 Особенности системного модуля исследования динамических характеристик пластинчатых конструкций.

2.3.1 Динамические процессы в сплошной упругой среде.

2.3.2 Способ учета в математическом описании неупругих свойств материалов конструкции.

2.3.3 Способы построения математического описания динамики пластин и пластинчатых конструкций на основе аппроксимирующих функций.

2.4. Модель расчета нестационарных процессов с учетом упругих и неупругих свойств навесных элементов и покрытий.

2.5. Модель печатных узлов для анализа режимов вынужденных колебаний.

2.6. Алгоритм поиска зон навесных электрорадиоэлементов.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ % ОРГАНИЗАЦИИ МЕЖСИСТЕМНЫХ СВЯЗЕЙ НА ЭТАПАХ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА

ВИБРОНАГРУЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ РЭС.

3.1 Структура и задачи пакета для исследования вибронагруженных конструкций РЭС.

3.2 Описание применения базы данных моделирования в процессе анализа вибронагруженных конструкций РЭС.

3.3 Объектно-ориентированная структура пакета прикладных программ.

3.4 Подготовка исходных данных в пакете прикладных программ.

3.4.1 Ввод исходных данных из БДМ с возможностью визуального контроля.

3.4.2 Ввод данных с применением межсистемного взаимодействия.

3.4.3 Хранение исходных данных в INT-файлах с компрессией.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МОДУЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРОНАГРУЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ РЭС В УСЛОВИЯХ МЕЖСИСТЕМНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.

4.1 Методика подготовки данных для программного пакета исследования вибронагруженных конструкций РЭС.

4.1.1 Ввод исходных данных из БДМ с возможностью визуального контроля.

4.1.2 Ввод данных с применением межсистемного взаимодействия.

4.2 Методика расчета и анализа результатов моделирования.

4.3 Исследование моделей вынужденных колебаний пластинчатых конструкций радиоэлектронной аппаратуры.

ВЫВОДЫ.

В настоящее время существует большое число систем, облегчающих разработку и производство конструкций радиоэлектронных средств (РЭС). Одной из задач, появляющейся при их использовании, является необходимость взаимосвязи информационных моделей на различных этапах жизненного цикла (ЖЦ) изделий.

Существует большое число информационных систем, позволяющих исследовать поведение конструкции на этих этапах. Основные методики, применяемые при этом, созданы уже довольно давно [1-5], а на современном этапе следует лишь отметить большую автоматизацию расчетов вследствие развития средств вычислительной техники (ANSYS, NASTRAN и другие пакеты моделирования). Сейчас пользователям по большей части нет необходимости писать свои программы для реализации методов расчета, а можно использовать существующие 1И111, обладающие широким спектром возможностей [6, 7, 8].

В большинстве универсальные пакеты ориентированы на решение задач из различных предметных областей (механические воздействия, электродинамика, магнитные явления). Такая многофункциональность не всегда является плюсом, т.к. это усложняет пакет, увеличивает его стоимость, делает изучение более сложным. Более подробно эти вопросы рассматриваются в первой главе работы.

Важной и актуальной проблемой современных средств моделирования, как было отмечено, являются проблемы совместимости файлов данных, применяемых на различных этапах жизненного цикла.

Например, после моделирования работы электрической схемы в пакетах OrCAD или P-CAD и создания эскизной печатной платы необходимо исследовать её поведение под заданной нагрузкой.

Испытания требуют больших временных и финансовых затрат, но сами по себе фиксируют лишь сам факт работоспособности или отказа конструкции и, практически, не дают информации о причинах отказа. Конструктор должен сам выбрать направление поиска решений при оптимизации конструкций. Кроме того, даже при благоприятном исходе испытаний выбранный вариант изделия может быть далеким от оптимального. Поэтому необходима возможность итерационной работы на этапах разработки.

Для моделирования в пакетах прикладных программ требуется перенос данных из предыдущего пакета. Многие системы моделирования не способны получать данные из пакетов типа OrCAD или P-CAD. Положение может исправить конвертер данных, позволяющий избежать непродуктивного ручного переноса данных.

Такая ситуация повторяется на всех этапах ЖЦ изделия в связи с тем, что разработка единой системы, охватывающей все этапы является трудновыполнимой задачей. Существующие разработки в этой области (например, PDM - Product Data Management, управление данными изделия) теоретически позволяют реализовать полный цикл информационной связи, но существующие системы реализуют либо документооборот предприятия, либо, в лучшем случае, обеспечивают информационную связь лишь на этапах производства [9-11].

Здесь появляется необходимость разработки методики информационного взаимодействия моделей конструкции на всех этапах жизненного цикла конструкций РЭС, позволяющей реализовывать возможности итерационного процесса моделирования. Особенно это актуально на начальных этапах проектирования, когда объект проектирования представлен технической документацией, происходит выбор альтернативных вариантов исполнения изделия, подбор параметров конструкции и т.п. В этом случае появляется возможность проведения проектных исследований без использования макетов, опытных образцов, и получать информацию для прогнозирования поведения объекта.

Для создания модели этапов ЖЦ и разработки методики информационного взаимодействия в работе использованы положения системного анализа и теории управления, заложенные в трудах таких известных отечественных и зарубежных ученых, как Н. Н. Моисеев, Д. А. Поспелов, А. П. Реутов, А. И. Уемов, П. Джексон, К. Негойце, К. Месарович, И. Такахара и др.

Теоретические аспекты системных связей при проектировании конструкций РЭС и разработанная модель этапов ЖЦ и методика системных связей на этапах проектирования и производства изделий приведены во второй главе.

Важной практической задачей является создание конструкций с требуемым уровнем надежности. Одним из факторов, определяющих надежность РЭС, является их способность переносить различные виды внешних дестабилизирующих воздействий, в частности, механических. Темпы развития современной техники вынуждают разработчиков проектировать и производить РЭС в достаточно короткие сроки. При этом для РЭС, использующихся на подвижных объектах, необходимо проводить большой комплекс испытаний при различных видах воздействий (удары, вибрации). На это уходят большие ресурсы, как материальные, так и временные, что сказывается на сроках разработки и конечной цене изделия. Использование систем информационной поддержки ЖЦ позволяет уже на ранних этапах обоснованно выбирать основные параметры изделий, обеспечивая требуемый уровень их надежности и качества до этапа изготовления, в том числе и по устойчивости к вибронагрузкам.

Конструкции современных РЭС, устанавливаемые на подвижных объектах, работают в условиях сложных воздействий окружающей среды. По существующим оценкам из-за механических воздействий в бортовых РЭС происходит около 50% всех отказов, из-за климатических — около 30%, на остальные виды отказов приходится около 20% [12, 13].

Поэтому при создании систем информационного взаимодействия следует учитывать, что одной из наиболее сложных является проблема защиты РЭС от ударов и вибраций.

Для её решения необходимо оценить динамические характеристики проектируемой аппаратуры, такие как резонансные частоты, перегрузки и максимальные перемещения при различных воздействиях [6], и при необходимости внести коррективы в проект на ранних этапах проектирования.

Дальнейший анализ конструкции, включающий исследование механических характеристик, может осуществляться с помощью комплексов программ анализа и оптимизации параметров конструкции. При невыполнении условий и ограничений в ходе такого анализа осуществляется возврат к этапу схемотехнического проектирования и к корректировке компоновочных решений. Далее вновь анализируется вариант конструктивного исполнения. Тем самым обеспечивается обратная связь как непреложный элемент любой системы управления.

Таким образом, на этапе проектирования осуществляется целенаправленный выбор параметров конструкций с учетом всех требований и ограничений.

В этом плане актуальными являются исследования в области развития математических методов, разработки моделей, алгоритмов и программ для моделирования на ЭВМ физических процессов в конструкциях РЭС, применяемых на нестационарных объектах.

Исследования по выбору применяемого метода моделирования также приведены во второй главе.

В работе используются методы моделирования, заложенные в трудах Вермишева Ю. X., Галлагер Р., Маквецова Е. Н., Норенкова Ю. П., Самарского А. А., Тартаковского А. М., Хог Э. и др.

Направленность этих работ [15, 16, 17, 18] и собственные разработки позволили автору подойти к обоснованному решению актуальной научно-технической задачи повышения эффективности производства конструкций РЭС за счет расширения информационных связей и организации методики взаимодействия между различными пакетами прикладных программ (111Ш) на ранних этапах проектирования и производства, а также за счет организации итерационного процесса имитационного моделирования конструкций РЭС на известных пакетах.

Объектом исследования в работе являются комплексные системы проектирования, производства и сопровождения эксплуатации вибронагруженных конструкций РЭС. Предметом исследования выступают методы и средства межсистемного взаимодействия различных систем, подсистем и модулей такой комплексной системы.

Имитационные системы, используемые в работе, представляют собой программные пакеты, позволяющие проводить анализ поведения конструкции, имитацию её реальной работы. Системы имитационного моделирования, кроме основных программ исследования моделей, должны быть снабжены вспомогательными программами, позволяющими достаточно просто и оперативно позволять выполнять вариантные расчеты [13]. Поэтому возникает дополнительный круг задач, связанный с подготовкой исходных данных для расчета конструкций и с контролем этой информации. Подобные задачи также составляют предмет исследования в настоящей работе.

Алгоритм для программной реализации методики информационного взаимодействия на этапах проектирования и производства вибронагруженных конструкций РЭС, позволяющий повысить эффективность ввода данных процесса расчета, описывается в третьей главе. В четвертой главе даны рекомендации по работе с разработанным пакетом прикладных программ.

Целью работы являются теоретическое обоснование, разработка и организация межсистемного взаимодействия пакетов прикладных программ на этапах жизненного цикла, связанных с проектированием и производством вибронагруженных конструкций РЭС, что позволит повысить механическую надежность и сократить сроки разработки.

Достижение указанной цели предполагает обоснованную разработку способов связи между объектами проектирования и производства в информационной среде. Практическая реализация служит для автоматизированного расчета динамических характеристик конструкций РЭС различного уровня сложности.

Для реализации цели в работе решены следующие задачи:

- модернизация существующих моделей этапов ЖЦ путем введения в них двунаправленных связей между самими этапами и системой управления;

- анализ современных средств взаимодействия между CAD-системами и 111111 для расчета динамических характеристик конструкции;

- разработка системы взаимодействия между программными пакетами на соседних этапах ЖЦ для сокращения сроков создания конструкции; разработка системы управления на основе базы данных по моделированию (БДМ) и экспертной системы (ЭС) для повышения эффективности разработки РЭС; разработка алгоритма работы системы двустороннего взаимодействия ППП на начальных этапах создания конструкций РЭС; создание программного обеспечения, позволяющего обеспечить двустороннее взаимодействие между 111 111 для создания узлов на печатных платах и ППП для моделирования поведения конструкций РЭС под механической нагрузкой.

Научная новизна работы заключается в следующем: разработана концептуальная модель ЖЦ, дополненная системой обратной связи на основе межмодельного взаимодействия и позволяющая за счет этого увеличить надежность создаваемой конструкции, минимизировать затраты на проектирование, обеспечить информационную интеграцию и, как следствие, повысить эффективность разработки новых изделий; на базе концептуальной модели создана структура системы управления для этапов проектирования и испытания вибронагруженных изделий, которая позволяет проводить оптимизацию конструкции, исключая этап физического моделирования; разработан алгоритм системы двустороннего взаимодействия между информационными моделями, применяемыми в 111111 разработки узлов на печатных платах и в ППП для моделирования конструкции.

На защиту выносятся следующие результаты работы: концептуальная модель жизненного цикла, дополненная на этапе проектирования и позволяющая увеличить надежность создаваемой конструкции, минимизировать затраты на проектирование, обеспечить информационную интеграцию и, как следствие, повысить эффективность разработки новых изделий;

- структура системы управления для этапов проектирования и испытания вибронагруженных изделий, которая позволяет проводить оптимизацию конструкции на ранних стадиях;

- алгоритм работы системы двустороннего взаимодействия между информационными моделями, применяемыми в 111111 разработки узлов на печатных платах и в 111111 для моделирования конструкции;

- реализация и внедрение результатов диссертационной работы в виде методики и программных систем, предназначенных для создания вибронагруженных конструкций РЭС.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенная система информационного взаимодействия позволяет решить комплекс задач, связанных с увеличением надежности конструкций РЭС, повышением эффективности разработки новых изделий, сокращением временных затрат в процессе проектирования. На основе разработок автора, а также существующих конечно-разностных алгоритмов исследования динамических свойств конструкций РЭС создан пакет прикладных программ и методическое обеспечение, ориентированные на исследование динамических характеристик вибронагруженных конструкций РЭС различного уровня сложности. Существенно облегчен процесс подготовки и ввода исходных данных, на основе разработанного интерфейса, позволяющего осуществлять визуальный контроль и применять базы данных моделирования. Наглядность процесса расчета и широкие возможности анализа результатов дают возможность для применения пакета в различных областях проектирования, в частности при проектировании РЭС, используемых на нестационарных объектах.

Результаты расчетов конструкций позволяют оценить их динамические характеристики, запас прочности путем сравнения с предельными значениями. Экспериментальные оценки виброперегрузок хорошо согласуются с расчетными данными. Знание этих расчетных данных на начальных этапах проектирования позволяет дорабатывать конструкцию с целью увеличения её надежности.

Реализация и внедрение результатов работы.

Работа выполнялась в Пензенском государственном университете в рамках хоздоговорной тематики.

Результаты внедрены в ОАО «Электроприбор» (г. Саратов) и в учебном процессе Пензенского государственного университета. Акты внедрения приведены в приложении А.

Апробация результатов работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международных и российских конференциях и симпозиумах: симпозиум «Надежность и качество» (г.Пенза, 20022004 г.г.), конференция «Актуальные проблемы науки и образования» (г.Пенза, 2003 г.), внутривузовские НТК профессорско-преподавательского состава ПГУ (2000-2004г.г.).

Публикации по работе.

По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ, из них 8 без соавторов.

Структура диссертации.

Диссертационная работа включает введение, четыре главы, выводы по работе, заключение, список использованных источников из 115 наименований, приложения и содержит 146 страниц основного текста, 35 рисунков, 1 таблицу.

выводы

1. Разработана методика подготовки данных для пакета имитационного моделирования VuPlat3, использующая описанные во второй и третьей главах способы подготовки данных (БДМ, модуль визуального контроля ввода, межсистемное взаимодействие с CAD-пакетами сторонних разработчиков). Это сокращает сроки подготовки данных для моделирования и делает пакет более удобным в применении.

2. Отмечено, что проведенные вычислительные эксперименты по оценке существующих и применяемых в 111111 моделей пластинчатых конструкций РЭС показали достаточную для практики точность решения задач, подтвердили адекватность применяемых моделей и адаптацию системы моделирования к погрешностям дискретизации при подготовке данных для решения. Определено, что при анализе вынужденных колебаний использованные модели качественно правильно отражают динамику линейной механической системы, что подтверждается совпадением картины деформирования, полученной на моделях с известными теоретическими представлениями о поведении систем подобного рода.

3. Установлено, что основные погрешности, которые следует учитывать при подготовке данных для исследования конструкций под воздействием вибраций, - это погрешности задания характеристик материалов конструкции, ее размеров и дискретизации. Показано, что модуль визуализации и БДМ позволяют минимизировать эти погрешности.

4. Проведенные исследования и полученные результаты дают основание рекомендовать улучшенную версию 111111 для моделирования пластинчатых конструкций РЭС к практическому использованию в конструировании для проведения анализа переходных процессов (удары, вибрации) с целью увеличения механической надежности. т*

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в диссертационной работе разработаны и исследованы методы и средства межсистемного взаимодействия элементов комплексной системы проектирования, производства и сопровождения эксплуатации РЭС, что позволило получить следующие основные результаты.

1. Разработана концептуальная модель жизненного цикла, дополненная системой обратной связи на основе межмодельного взаимодействия и позволившая за счет этого увеличить надежность создаваемой конструкции, минимизировать затраты на проектирование, обеспечить информационную интеграцию и, как следствие, повысить эффективность разработки новых изделий.

2. Разработана структура системы управления на основе концептуальной модели жизненного цикла для этапов проектирования и испытания вибронагруженных изделий, отличающаяся наличием двусторонних связей между этапами жизненного цикла и ядром системы управления. Это позволяет проводить оптимизацию конструкции на ранних стадиях, исключая этап физического моделирования.

3. Предложен алгоритм работы системы двустороннего взаимодействия между информационными моделями, применяемыми в ППП разработки узлов на печатных платах и в ППП для моделирования конструкции. Применение такого алгоритма в соответствии с базовыми CALS-принципами позволяет обеспечить информационную интеграцию за счет стандартизованного информационного описания объектов управления.

4. Создана программная реализация системы взаимодействия между информационными моделями этапов жизненного цикла, связанных с проектированием и разработкой конструкции. Применение разработанного пакета прикладных программ позволило повысить эффективность процесса конструирования и добиться повышения надежности изделий РЭС.

5. Осуществлено внедрение полученных результатов в практику проектирования промышленного предприятия, а также в учебный процесс вуза.

6. Полученные результаты могут использоваться при разработке как комплексных систем управления жизненным циклом изделия, так и систем управления на отдельных его этапах. Дальнейшие исследования необходимо вести в направлении разработки самообучающихся экспертных систем.

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

2. Карпушин В. Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. — М.: Сов. радио, 1971. — 334 с.

3. Рощин Г. И. Несущие конструкции и механизмы РЭА. — М.: Высшая школа, 1981. — 375 с.

4. Токарев М. Ф. Механические воздействия и защита РЭА/ Токарев М. Ф., Талицкий Е. Н., Фролов В. А. //М.: Радио и связь, 1984. —224 с.

5. Тартаковский А. М. Вибропрочностная и тепловая верификация конструкторского проекта в интегрированной САПР РЭА методами математического моделирования // Техника, экономика. Сер. Автоматизация проектирования., с.20-21.

6. Тартаковский А. М. Математическое моделирование в конструировании РЭС: Монография. — Пенза: Изд-во Пенз. техн. унта, 1995. — 112 с.

7. Шимкович Д. Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. М.: ДМК Пресс, 2003г., 448с.

8. Understanding Product Data Management // http://www.pdmic.com/undrstnd.html

9. Технология управления данными об изделии // http://www.calscenter.com/calstech/techpdm.htm

10. Глинских А. Современное состояние и перспективы развития мирового рынка PDM-систем // http://www.ci.ru/inform0301/p089.htm

11. Вибрационные испытания радиоаппаратуры и приборов / Остроменский П. И. — Новосибирск: Изд-во Новосиб. унта, 1992. —173 с.

12. Суровцев Ю. А. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Сов.радио, 1974. — 175 с.

13. Грибов М. М. Регулируемые амортизаторы радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Сов. радио, 1974. — 142 с.

14. Слепян JI. И. Нестационарные упругие волны. — JL: Судостроение, 1972. — 376 с.

15. Самарский А. А. Устойчивость разностных схем / Самарский А. А., Гулин А. В.// М.: Наука, 1973. — 413 с.

16. Тартаковский А. М. Развитие исследований в области проблем моделирования механических процессов / Сб. научн. тр. АЕН РФ, Саратов, 1994. — Вып. 1., с. 52-55.

17. Норенков И. П. Машинный расчет элементов ЭВМ / Анисимов Б. В., Белов Б. И., Норенков И. П.// М.: Высшая школа, 1976. —336 с.

18. Маквецов Е. Н. Цифровое моделирование вибраций в радиоконструкциях. — М.: Сов. радио, 1976. — 120 с.

19. Галлагер Р. Методы конечных элементов. Основы М.: Мир, 1984.-428 с.

20. Кофанов Ю. Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств: Учеб. для вузов / Ю. Н. Кофанов. — М.: Радио и связь, 1991. — 360 с.

21. ANSYS Описание пакета // http://www.cadfem.ru/program/ansys/ansys.htm

22. ANSYS License agreement // www.ansys.com

23. Система "ANSYS" как средство изучения метода конечных элементов и механики сплошных сред.// http://itfm.ulstu.ru/Previous/docs97/doc50.htm

24. МКЭ пакет "ПОЛИНА" // http://www.samtel.ru/oda/oda.htm

25. Подсистема обеспечения надежности РЭС АСОНИКА-К // www.asonika-k.ru

26. Кофанов Ю.Н. Подсистема анализа и обеспечения тепловых характеристик радиоэлектронной аппаратуры АСОНИКА-Т / Кофанов Ю.Н., Потапов Ю.В., Сарафанов А.В. // http://www.rtf.kgtu.runnet.ru/asonica/

27. Программный пакет для моделирования механических воздействий VuPlat. Руководство пользователя: Отчет о НИР / Руководитель А. М. Тартаковский. — Пенза, 1992. — 45 с.

28. Таньков Г. В. Моделирование вынужденных колебаний пластинчатых конструкций нестационарной РЭА / Голубев А. Г., Таньков Г. В. // Информационные технологии в проектировании и производстве. — М.: ВИМИ, 2000, № 4, с.31-33.

29. Рихтмайер Р. Д. Разностные методы решения краевых задач: Пер. с англ./Под ред. Б. М. Будака и А.Д.Горбунова. — М.: Мир, 1972. —418 с.

30. Торопцев А.В. Желаемое и действительное в методе конечных элементов. // http://www.cad.dp.ua/

31. Назаров Д.И. Современное состояние геометрически нелинейного конечно-элементного анализа конструкций. // http://www.cad.dp.ua/

32. Кочегаров И.И. Межмодельное взаимодействие при проектировании РЭС / Кочегаров И.И., Алмаметов В.Б., Юрков Н.К., Гришко А.К. // Сборник трудов межд. симпозиума «Надежность и качество 2003»-С. 159-160.

33. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учеб. для вузов -3-е изд., пререраб. и доп. / Советов Б.Я., Яковлев С.А. // М.: Высш. шк., 2001.-343с.

34. Кочегаров И.И. Программный пакет для анализа моделей пластинчатых конструкций // Труды международного юбилейного симпозиума «Актуальные проблемы науки и образования», Пенза: ИИЦПГУ, 2003, т.2, с. 10-11.

35. Юрков Н.К. Модели и алгоритмы управления интегрированными производственными комплексами: монография — ИИЦПГУ, 2003,-198 с.

36. Андреев А.Н. Концептуальный подход к внедрению информационных технологии в области моделирования/ А.Н.Андреев, А.В.Блинов, Н.К.Юрков //Измерительная техника.-1999.-№5.-с.7-11.

37. Разевиг В.Д. Система P-CAD 2000. Справочник команд. М.: Горячая линия, 2001г., 256с.

38. Кочегаров И.И. Многофункциональная оболочка // Сборник трудов межд. симпозиума «Надежность и качество 2003»- С. 160-161.

39. Тартаковский А. М. Алгоритмы формирования и исследования имитационных моделей сложных конструкций РЭА // Автоматизация конструкторского проектирования РЭА и ЭВА: Сб. научн. работ Поволжского ДНТП. — Пенза, 1986.

40. Ленк А. Механические испытания приборов и аппаратов / Ленк А., Ренитц Ю. // М.: Мир, 1976. — 220 с.

41. Кочегаров И.И. Моделирование импульсного удара пластинчатых конструкций РЭС / Кочегаров И.И., Таньков Г.В., Трусов В.А. // Сборник трудов межд. симпозиума «Надежность и качество 2003»- С. 230-231.

42. Кочегаров И.И. Интеллектуализация средств математического моделирования конструкций РЭС / Кочегаров И.И., Юрков Н.К., Алмаметов В.Б. // Сборник трудов межд. симпозиума «Надежность и качество 2002»- С. 149-151.

43. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. — М.: Высшая школа, 1961. — 553 с.

44. Доннелл JI. Г. Балки, пластины и оболочки: Пер. с англ. / Под ред. Э. И. Григолюка. — М.: Наука, 1982. — 568 с.

45. Бабаков И. М. Теория колебаний. — М.: Наука, 1965.—560 с.

46. Дейвис Р. М. Волны напряжений в твердых телах: Пер. с англ. / Под ред. Э. И. Григолюка. — М.: ИЛ, 1961. — 435 с.

47. Филиппов А. П. Колебания деформируемых систем. — М.: Машиностроение, 1970. — 736 с.

48. Маквецов Е. Н. Дискретные модели приборов / Маквецов Е. Н., Тартаковский А. М.// — М.: Машиностроение, 1982. — 136 с.

49. Тартаковский А. М. Пакеты прикладных программ для определения динамических характеристик печатных узлов конструкций РЭА / Тартаковский А. М., Таньков Г. В., Селиванов В. Ф. и др. // Измерительная техника. — М.: Изд-во стандартов, 1994, № 5, — с.57-60.

50. Пискунов М. А. Разработка метода автоматизированного проектирования ячеек бортовых радиоэлектронных средств при комплексных механических воздействиях: Автореф. дис. канд. техн. наук. — М., 1992. — 17 с.

51. Архангельский А.Я. Приёмы програмирования в Delphi. Версии 5-7. Справочное пособие. М.: Бином Пресс, 2003г., 784 с.

52. Элиенс А. Принципы объектно-ориентированной разработки программ. М.: Вильяме, 2002г. 496 с.

53. Послед Б.С. Borland С++ Builder 6 . Разработка приложений баз данных. М.: DiaSoft UP, 2003, 320 с.

54. Turbo Pascal 5.5: Руководство по объектно-ориентированному программированию-М.:ПЭМ ВНИИНТПИ Госстроя СССР, 1990.-123с.

55. Мюррей У. Создание переносимых приложений для Windows. СПб.: BHV-СПб., 2003г., 816с.

56. Мандел Т. Разработка пользовательского интерфейса: Пер.с англ.-М.:ДМК Пресс, 2001.- 416с.

57. Послед Б.С. Borland Delphi . Разработка приложений баз данных. М.: DiaSoft UP, 2003г., 320с.

58. Применяемость различных видов САПР в отраслях // http://cad.ru

59. Кочегаров И.И. Вопросы оптимизации программ имитационного моделирования. // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: Межвуз. сб. науч. тр.- Пенза: ИИЦПГУ, 2001.-С. 99-101.

60. Кочегаров И.И. Математическое моделирование конструкций РЭС в электронной среде / Кочегаров И.И., Юрков Н.К., Алмаметов В.Б.// Информационные технологии в проектировании и производстве, №3 2002г.- С. 41-43.

61. Кочегаров И.И. САПР теплового анализа радиоэлектронной аппаратуры / Кочегаров И.И., Карпов А.В. // Сборник трудов межд. симпозиума «Надежность и качество 2002»- С. 151-152.

62. ACCEL DBX Programmer's Interface. User Guide and Reference// http://www.altium.com/pcad/resources/downloads/pdfs/

63. Эпплман Д. Win32 API и Visual Basic, СПб.: Питер, 2001 г., 1120 с.

64. Microsoft delevopers network (MSDN) // www.msdn.com

65. PKWARE Data Compression Library Manuals // http://download.pkzip.com/pub/pkware/manuals/zseries/pkzip 1511 mvs.doc

66. Тестирование архиваторов. // http://argon.com.ru/software/archtest

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

68. ШилейкоЛ. В. Цифровые модели. — М.-Л.: Энергия, 1964. —230 с.

69. КОМПАС ГРАФИК 5.10. Средства разработки приложений APPTOOLS // http://www.kompas.kolomna.ru

70. Описание функций ActiveX T-FLEX CAD // www.TopSystems.ru

71. OLE Automation // www.ascon.ru79. http://www.opengl.org/

72. GLScene. OpenGL Solution for Delphi // http://glscene.org/

73. Тихомиров Ю. OpenGL. Программирование трехмерной графики, 2-е изд, Cn6.:BHV-Cn6., 2002г.-304с.

74. Н.Соколов Сравнение производительности видеокарт на различных чипсетах // www.ixbt.com/video

75. Оптимизация 3D приложений под видеокарты без ускорителей // www.3dnews.ru/video/new-game-for-old.html

76. Таньков Г.В. Моделирование динамики конструкций радиоэлектронных средств подвижных носителей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пенза: Изд.ПГУ, 2000, - 230с.

77. Тартаковский А. М. Краевые задачи в конструировании радиоэлектронной аппаратуры. — Изд-во Саратовского ун-та, 1984. —132 с.

78. Бидерман В. JI. Прикладная теория механических колебаний. — М.: Высшая школа, 1972. — 408 с.

79. ANSYS, Inc. Theory. Release 5.7 // www.ansys.com

80. Хайкин С. Э. Физические основы механики. — М.: Физматгиз, 1962. — 772 с.

81. А. С. Вольмир Прочность, устойчивость, колебания в 3-х т. / В. В. Болотин, А. С. Вольмир и др. // т.З. — М.: Машиностроение, 1968. —568 с.

82. Голубев А.Г. Особенности вибрационного воздействия на бортовую РЭА / Голубев А.Г., Селиванов В.Ф., Таньков Г.В.// Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: Межвуз. сб. научн. трудов. Пенза: ИИЦ ПГУ', 2001 г, с. 101-107.

83. Беликов Г. Г. Разработка структурных схем пакетов прикладных программ для расчета монолитных блоков / Беликов Г. Г.,

84. Беликова Е. П., Таньков Г. В.//сб.: Труды семинара "Автоматизация конструкторского проектирования РЭА и ЭВА. — Пенза: Пензенский ДНТП, 1982, —с.8.

85. Самарский А. А. Введение в теорию разностных схем. — М.: Наука, 1971. —550 с.

86. Математическое моделирование / Пер. с англ. под ред. Ю. П. Гупало. — М.: Мир, 1979. — 277 с.

87. Разработка I illli для расчета резонансных частот плоских элементов конструкций РЭА при различных видах закреплений: Отчет о НИР (заключительный) / Руководитель Е. Н. Маквецов — Пенза, 1985. — 92 с.

88. Коллатц JI. Задачи на собственные значения (с техническими приложениями): Пер. с нем. / Под ред. В. В. Никольского. — М.: Наука, 1968. — 503 с.

89. Маквецов Е. Н. Модели из кубиков. — М.: Сов. радио, 1978. — 128 с.

90. Маквецов Е. Н. Математические основы цифрового моделирования вибраций в радиоконструкциях. — В сб.: Вопросы проектирования специальных радиоэлектронных устройств, вып.2. — Пенза: Пензенский политехнический институт, 1972, — с.5-10.

91. Вермишев Ю.Х. Информационные технологии поддержки жизненного цикла изделия в сквозных процессах «проектирование-производство-эксплуатация» // Информационные технологии в проектировании и производстве. — Вып. 4. М.: ВНИИМИ, 1997. - С. 3-7.

92. Юрков Н.К. Автоматизированные и информационные технологии и аппаратура: Учебное пособие. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000.- 172 с.

93. Ерош И.Л. Адаптивные робототехнические системы (Методы анализа и системы обработки изображений): Учебное пособие / И.Л. Ерош, М.Б. Игнатьев, Э.С. Москалев // Л.: Ленингр. инт авиац. приборостр., 1985. 144 с.

94. Блинов А.В. Методика диагностирования восстанавливаемых компонентов специализированных бортовых информационно-измерительных систем / А.В. Блинов, Д.С. Максуд, Н.К. Юрков // Измерительная техника. 2000. - №7. - С. 17-19.

95. Кочегаров И.И. Методика входного контроля элементной базы / Кочегаров И.И., Карпов А.В, Трусов В.А. // Сборник трудов межд. симпозиума «Надежность и качество 2002»- С. 314-316.

96. Джексон, Питер Введение в экспертные системы// М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.-624 с.

97. Рапинчук А.С. Алгебраические группы и теория чисел / Платонов В.П., Рапинчук А.С. // М.: Наука, 1991, 656 с.

98. Richrdson J.M. Pattern recognition and group theory // NY-Londod.: Academic press, 1972, 530 c.

99. Платонов В.П. Алгебраические группы // Алгебра, топология, геометрия. Итоги науки и техники. Т.И М.: ВИНИТИ, 1974.-С. 5-36

100. Коксетер Г.С.М. Порождающие элементы и определяющие и определяющие соотношения дискретных групп / Коксетер Г.С.М., Мозер У.О.Дж.//М.:Наука, 1980.

101. Кочегаров И.И. Методы межмодельного взаимодействия в проектировании вибронагруженных конструкций РЭС // Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. научн. тр. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004.- С.496-498

102. Кочегаров И.И. Обратная связь на этапах жизненного цикла конструкций РЭС / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Надежность и качество. Труды межд. симпозиума Пенза: Изд. Пенз. гос. ун-та, 2004-С. 200-201.

103. Кочегаров И.И. Программная реализация методики системных связей на этапах проектирования и производства вибронагруженных конструкций РЭС // Надежность и качество. Труды межд. симпозиума-Пенза: Изд. Пенз. гос. ун-та, 2004— С. 201-203.

104. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г.Корн, Т.Корн.// -М.:Наука,1984. 831с.