автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модели и средства синтеза несущих конструкций автоматизированных систем управления в радиоэлектронной промышленности

На правах рукописи

КОНДРАШЕНКОВ ИГОРЬ СТАНИСЛАВОВИЧ

МОДЕЛИ И СРЕДСТВА СИНТЕЗА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.13.06- Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- Санкт-Петербург - 2006

Работа выполнена в Северо-Западном государственном заочном техническом университете.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Анкудинов Георгий Иванович Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Меньшиков Григорий Григорьевич; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Тимохин Алексей Павлович

Ведущая организация: ОАО «НПО «Прибор»

Защита состоится 23 мая 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.244.01 при Северо-Западном государственном заочном техническом университете по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Западного государственного заочного технического университета.

Автореферат разослан 21 апреля 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Иванова И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Решение комплексных проблем ускорения развития страны непосредственно связано с повышением эффективности и темпов роста масштаба производства конкурентоспособных изделий новой техники во всех отраслях промышленности. Одним из ключевых направлений успешного решения этих системных задач является интенсификация разработки и внедрения больших распределенных автоматизированных систем управления (АСУ) в радиоэлектронной промышленности. При этом главной задачей становится создание новых методов и средств проектирования этого особого и, в настоящее время, перспективного класса АСУ.

Мировая практика совершенствования АСУ различного назначения показывает, что эффективность внедрения достижений науки и техники в значительной степени зависит от их конструкторской реализации при создании радиоэлектронных средств (РЭС), которые занимают центральное место среди различных классов технических средств АСУ, как по наиболее широкому диапазону выполняемых функций, так и по объему серийного производства. При этом существенные возможности повышения эффективности конструирования РЭС АСУ закладываются на этапе проектирования базовых несущих конструкций (БЫК), которые занимают 15-20% объема электронных модулей (ЭМ) и РЭС и составляют до 2$% трудоемкости их производства. В своем развитии БНК совершенствовались вместе со схемотехнической, конструктивной и технологической базами создания новых поколений РЭС и с расширением области внедрения, главным образом, больших распределенных АСУ народнохозяйственного и военного назначения.

В настоящее время БНК играют все более значительную роль в обеспечении требований качественного и надежного функционирования РЭС и создаваемых на их основе больших распределенных АСУ. Например, на первый план выдвигается необходимость обеспечения требований высокой скорости и защищенности передаваемой информации, электромагнитной совместимости, нормального теплового режима, снижения сроков и стоимости разработки и производства.

Анализ конструктивно-технологических характеристик и перспектив развития конструктивных модулей (КМ) систем БНК показал, что комплексное решение задач их проектирования и производства возможно только на основе разработки и внедрения методов и средств математического синтеза. Однако системному исследованию и разработке этой актуальной проблемы не уделялось достаточного внимания, что подтверждается малым количеством публикаций.

Актуальность исследования и решения задач математического синтеза КМ БНК для системы структурных РЭГ ^^¿цд^^Ц^я

БИБЛИОТЕКА С.-Петербург . ОЭ 200^акт'

АСУ подтверждается также комплексом НИОКР, которые проводятся ведущими предприятиями в рамках программы Минобороны РФ «Разработка концепции комплексной унификации типоразмеров и компоновочных схем БНК для перспективных изделий РЭС»; «Межотраслевой программы комплексной унификации, стандартизации и развития БНК РЭС»; программы Госстандарта РФ «Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж стандартных электронных модулей» и других.

Цель диссертационной работы - повышение эффективности АСУ в радиоэлектронной промышленности на основе разработки математических методов, алгоритмов и программного обеспечения структурного и параметрического многокритериального синтеза системы БНК РЭС.

Для достижения цели представлялось необходимым решить следующие основные задачи:

1. Системный анализ действующих факторов, определяющих специфику проектирования, подготовки производства и непосредственно производства БНК РЭС как сложных систем.

2. Построение целевой функции векторной оптимизации и математическая постановка задач структурного и параметрического синтеза БНК РЭС АСУ по совокупности практически значимых показателей качества.

3. Разработка математических моделей, учитывающих зависимости между структурно-геометрическими и производственно-технологическими параметрами и показателями качества перспективных БНК ЭМ различного уровня иерархии РЭС АСУ.

4. Разработка алгоритмов структурного и параметрического синтеза БНК РЭС АСУ, учитывающих схемотехнические, конструктивные и технологические показатели качества.

5. Разработка и внедрение специального программного обеспечения синтеза БНК РЭС с учетом требований проектирования, производства, эксплуатации и модернизации АСУ в радиоэлектронной промышленности.

Методы исследований. Теоретические исследования диссертационной работы строятся на основе методов анализа сложных систем, исследования операций, математического программирования и современных методов вычислительной математики. В работе используются элементы теории множеств, теории алгоритмов, а также общие вопросы теории и методов конструирования и технологии производства РЭС.

Научная новизна. Принципиальный вклад в развитие комплексных исследований в области проектирования и производства БНК РЭС АСУ в радиоэлектронной промышленности составляют следующие новые научные результаты, полученные лично автором:

1. Предложены критерии, состав ограничений и переменных векторной оптимизации КМ различных иерархических уровней БНК и их совокупности, а также общая математическая постановка задач структурного и параметрического синтеза системы оптимальных БНК, комплексно учитывающая практически важные требования всех этапов создания и эксплуатации перспективных АСУ.

2. Разработаны математические модели, которые отражают реальные условия проектирования и изготовления БНК и позволяют рассчитывать трудоемкости проектирования, подготовки производства и изготовления модулей БНК различного уровня иерархии.

3. Разработаны алгоритмы структурного и параметрического синтеза системы БНК на основе функционально-стоимостного анализа, позволяющие создавать БНК с максимальной функциональной емкостью при минимуме затрат на их изготовление с учетом схемотехнических, электромагнитных, теплофизических, механических, технологических и других практически вероятных ограничений.

4. Разработано программное обеспечение синтеза БНК как сложных технических систем, а также методы решения с помощью ЭВМ задач синтеза структуры и параметров БНК на основе разработанных математических моделей и алгоритмов.

Основные новые научные положения, выносимые на защиту:

1. Методы, модели и алгоритмы векторной оптимизации структуры и параметров системы КМ БНК, позволяющие синтезировать компромиссные конструктивно-технологические решения в интересах всего процесса проектирования многоуровневых и многофункциональных РЭС за счет системного согласования функционально-экономического критерия оптимальности и технических показателей качества, комплексно учитывающих практически необходимые условия разработки, производства и эксплуатации РЭС и АСУ в целом.

2. Математическая постановка задач структурной и параметрической оптимизации КМ любого уровня иерархии и их совокупности, целевой функцией которой является минимизация компоновочных потерь объема (площади) системы БНК и затрат на их проектирование, подготовку производства и производство, создающая возможность для проектирования высокоэффективных многоуровневых РЭС при построении перспективных АСУ в радиоэлектронной промышленности.

3. Комплекс разработанных и обоснованно выбранных экономико-математических и физико-математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации конструктивных и стоимостных параметров и показателей качества перспективных БНК, позволяющий построить эффективные алгоритмы решения сформулированных задач синтеза, отличающихся высокой размерностью и недостаточностью априорной информации.

4. Общесистемные и частные алгоритмы синтеза КМ и системы БНК в целом, основанные на применении метода дискретного программирования - метода многократного отсечения по множеству разнородных и противоречивых критериев, ранжирования определяющих фиксируемых и управляемых параметров, эвристических приемов направленного перебора возможных; вариантов, автоматического и автоинтерактивного режимов обработки информации, обеспечивающих решение задач структурной и параметрической векторной оптимизации БНК за практически приемлемое время на современных ЭВМ.

5. Применение прогрессивных принципов построения специального программного обеспечения синтеза БНК с учетом организации функционального взаимодействия программных компонентов моделирования электромагнитных, теплофизических, механико-прочностных и других процессов, позволяющее практически реализовать действительно системный подход к оптимизации структуры и параметров БНК и, благодаря этому, существенно повысить экономическую эффективность, технический уровень и качество разработки и производства перспективных РЭС АСУ, в частности народнохозяйственного и военного назначения.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании методов и средств структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимальных КМ системы БНК для перспективных РЭС АСУ в радиоэлектронной промышленности. Практические результаты работы используются при создании совместно с ОАО «Авангард» (г. Санкт-Петербург) и ОАО «ЦНИИРЭС» (г. Москва) системы новых государственных стандартов в соответствии с «Межотраслевой программой комплексной унификации, стандартизации и развития БНК РЭС» и программой Госстандарта РФ «Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж электронных модулей». Результаты работы используются в учебном процессе Северо-Западного государственного заочного технического университета и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ), что подтверждается соответствующими актами.

Реализация в промышленности. Результаты диссертационной работы в виде разработанных и программно реализованных алгоритмов структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимальных БНК используются ведущими предприятиями Министерства обороны РФ и Министерства промышленности и энергетики РФ при создании унифицированных систем БНК РЭС для различных классов АСУ, соответствующих перспективным стандартам Международной электротехнической комиссии (МЭК) и не уступающих лучшим мировым аналогам. Результаты диссертационной работы в виде математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения используются в НИОКР

предприятий Федерального агентства по промышленности (в том числе ОАО «Авангард», г. Санкт-Петербург, ОАО «НПО «Прибор», г. Санкт-Петербург; ООО «НПП «ЭлектроРадиоАвтоматика-Р», г.Санкт-Петербург; ОАО «НПО «Такт», г. Пермь), что подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на 4-й и 8-й международных научно-практических конференциях «Системы и средства передачи и обработки информации» (г. Одесса, 2000 г. и г.Черкассы, 2004 г.); на 2-й, 5-й и 7-й международных научно-практических конференциях «Современные информационные и электронные технологии» (г. Одесса, 2001,2004 и 2006 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, втом числе 1 монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. Основной текстовый материал изложен на 132 страницах. Работа содержит 7 таблиц и 11 рисунков. Список литературы включает 108 наименований отечественных и зарубежных публикаций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе на основе системных исследований тенденций развития отечественных и зарубежных БНКРЭСАСУ за последние более чем двадцать лет формулируются перспективные направления их разработки, обосновывается актуальность применения системного подхода к решению проблемы создания высокоэффективных КМ различного уровня иерархии системы БНК.

Здесь доказано, что БНК присущи свойства сложных систем: иерархичность структуры, взаимодействие с окружающей средой и стохастичность поведения. Поэтому для применения системного подхода к проектированию перспективных БНК как сложных систем на каждом уровне структурной иерархии БНК можно выделить следующие основные функциональные подсистемы: подсистема размещения и компоновки РЭС; подсистема обеспечения механической прочности; подсистема обеспечения нормального теплового режима размещаемых РЭС; подсистема размещения и крепления электромонтажа в составе БНК; подсистема обеспечения электромагнитной совместимости размещаемых РЭС; подсистема внешней и межуровневой коммутации.

Также доказано, что показателем качества, единым для всего ряда подсистем БНК любого уровня конструктивной иерархии, можно считать следующую целевую функцию:

FV(») = kl • + k2 • . 0)

V n С шах(и)

Здесь у/ - номер подсистемы БНК для и-го КМ i'-го уровня

конструктивной иерархии РЭС; F'^(n) - значение целевой функции при

синтезе у/ -й подсистемы и-го проектируемого КМ; С1 (л,-затраты на проектирование и изготовление у/ -й подсистемы и-го проектируемого

КМ; С' тах(л) - заданный максимальный уровень затрат на проектирование и изготовление и-го проектируемого КМ; V'n - объем и-го проектируемого КМ; - объем, занимаемый у/ -Vi подсистемой и-го проектируемого

КМ; kl,k2- весовые, коэффициенты, выбираемые пользователем в зависимости от условий синтеза конструктивной подсистемы БНК, которые необходимы для достижения желаемого баланса между стоимостью (трудоемкостью) изготовления и функциональной емкостью проектируемых БНК.

Здесь сформулирована общесистемная математическая постановка задачи многокритериального синтеза КМ БНК и их совокупности, которая позволяет определять не только структуру и параметры БНК с учетом схемотехнических, электромагнитных, теплофизических, механико-прочностных, технологических и других практически необходимых требований на основе разработанных и выбранных математических моделей, взаимоувязывающих критерии, показатели качества и параметры БНК, но и определять структуру и параметры РЭС АСУ на ранних этапах схемотехнического проектирования.

Во втором разделе разработан комплекс математических моделей для расчета, анализа и оптимизации стоимостных и конструктивных параметров КМ и системы БНК РЭС АСУ. К числу основных разработанных математических моделей относятся следующие.

1. На основе анализа геометрических моделей систем БНК, получивших наиболее широкое применение в перспективных отечественных и зарубежных РЭС АСУ в радиоэлектронной промышленности, выявлены детерминированные аналитические соотношения, которые обеспечивают построение единой математической модели системы КМ БНК. При этом установлены соотношения между полными и полезными объемами и площадями КМ всех уровней структурной иерархии БНК как сложных систем.

2. На основе статистического анализа систем БНК РЭС АСУ с помощью методов факторного планирования эксперимента и наименьших

квадратов получены аналитические выражения для определения эффективной площади печатных плат (ПП), занимаемой разногабаритными изделиями электронной техники (ИЭТ), которая учитывает ширину печатных проводников, расстояния между ними, число коммутационных слоев, выполнение требований 100% - ной трассировки электромонтажных соединений и другие практически значимые критерии.

3. Получены выражения для определения минимально необходимого числа контактов электросоединителей КМ всех уровней конструктивной иерархии РЭС АСУ различного радиоэлектронного назначения, которые необходимы для обеспечения межмодульных коммутационных электрических связей размещаемых ЭМ, построенных на ИЭТ заданных типов.

4. В результате проведенных статистических исследований ЭМ РЭС АСУ выведены удобные для практического использования аналитические зависимости для расчета параметров статической и динамической помехоустойчивости ЭМ на всех уровнях структурной иерархии РЭС.

5. На основе статистического анализа стоечных БНК РЭС АСУ с помощью методов факторного планирования эксперимента и наименьших квадратов получены аналитические выражения для расчета максимального числа электромонтажных соединений, проходящих через поперечные сечения зон электромонтажа секций РЭС стоечного исполнения и через поперечные сечения кабельных каналов стоек различных типоразмеров.

6. С помощью статистического моделирования с применением СВТ получены аналитические выражения для определения трудоемкостей изготовления электромонтажа различного вида (объемного, печатного, комбинированного) в составе всей системы КМ БНК для РЭС АСУ.

7. С помощью статистического моделирования получены аналитические выражения для определения трудоемкостей производства КМ различного уровня иерархии в зависимости от объема КМ системы БНК.

В целом комплекс математических моделей системы БНК разработан таким образом, чтобы обеспечивалась программная совместимость общесистемных алгоритмов расчета и анализа схемотехнических, конструктивных, технологических и других параметров и показателей качества при многокритериальном структурно-параметрическом синтезе БНК как сложных систем.

В третьем разделе разработаны общесистемные алгоритмы расчета, анализа и синтеза структур и параметров подсистем БНК с учетом комплекса функциональных и производственных критериев и ограничений. Здесь предлагаются принципы алгоритмического решения задач многокритериального структурного и параметрического синтеза системы БНК и оптимизации КМ различного уровня иерархии и БНК как сложной системы в целом (см. рис. 1).

Рис. 1.Укрупненная схема структурно-параметрического синтеза системы БНК РЭС АСУ в радиоэлектронной промышленности

В блоке 1, представленном на рис. 1, осуществляется ввод исходных данных, определяемых пользователем с использованием банков данных по элементной, конструктивной, технологической, эксплуатационной и другим базам проектирования. В блоке 2 происходит выбор старшего уровня иерархии системы КМ БНК, выбор младшего уровня иерархии БНК, выбор шагов приращения размеров краевых и межмодульных полей системы КМ, выбор системы коммутации и определение размеров краевых и межмодульных полей КМ. В блоке 3 проверяется, все ли варианты подсистемы коммутации были проанализированы. В блоке 4 производится фиксация полученных значений размеров краевых и межмодульных полей КМ, а также синтез подсистемы электромонтажа КМ. В блоке 5 проверяется, проанализированы ли все варианты синтеза подсистемы электромонтажа. В блоке 6 осуществляется фиксация полученных размеров краевых и межмодульных полей КМ, синтез подсистемы электромагнитной совместимости ЭМ, определение размеров краевых и межмодульных полей КМ, минимально достаточных для размещения элементов подсистемы электромагнитной совместимости размещаемых ЭМ. В блоке 7 проверяется, проанализированы ли все варианты подсистемы электромагнитной совместимости в размещаемых ЭМ. В блоке 8 фиксируются полученные значения размеров краевых и

и

межмодульных полей КМ, результаты синтеза подсистемы обеспечения нормального теплового режима размещаемых ЭМ. В блоке 9 производится проверка, проанализированы ли все варианты подсистемы обеспечения нормального теплового режима размещаемых ЭМ РЭС. В блоке 10 производится фиксация размеров краевых и межмодульных полей КМ, достаточных для обеспечения нормального теплового режима ЭМ и обеспечения механической прочности КМ. Блок 11 предназначен для проверки вариантов подсистемы обеспечения механической прочности КМ. Блок 12 предназначен для фиксации размеров краевых и межмодульных полей проектируемого КМ; определения максимального числа ячеек выбранной метрической сетки, которая определяет внутренние (для КМ 3-го уровня конструктивной иерархии) и наружные (для КМ 1-го и 2-го уровней конструктивной иерархии) установочные размеры синтезируемого типоразмерного ряда КМ. В блоке 13 рассматриваются, все ли размеры КМ БНК синтезированы. В блоке 14 осуществляется фиксация значения целевой функции для структурной схемы построения типоразмерного ряда КМ. В блоке 15 рассматриваются, все ли варианты построения КМ размещаются в синтезируемой системе БНК. В блоке 16 фиксируются минимальные значения целевой функции, приведенной в математической постановке задач структурно-параметрического синтеза системы БНК. В блоке 17 определяется, возможно ли изменение технических требований пользователя. В блоке 18 по минимуму целевой функции осуществляется выбор структуры и параметров системы КМ БНК. Блок 19 предназначен для оформления и вывода результатов синтеза.

Общий принцип действия разработанного основного общесистемного алгоритма многокритериального синтеза системы перспективных БНК заключается в том, что сначала на основании данных об элементной базе, количестве и составе ЭМ в проектируемых РЭС АСУ, сведений об условиях эксплуатации и других исходных данных (внешних первичных параметров) последовательно, начиная с КМ БНК низших уровней конструктивной иерархии РЭС, определяются величины краевых и межмодульных полей синтезируемых КМ и габаритные размеры их компоновочного пространства.

На основании этих данных определяются внутренние (зависимые) параметры КМ всех уровней иерархии системы БНК. Затем происходит проверка синтезированной системы БНК на соответствие прочностным, теплофизическим, экономическим и другим критериям, включенным в формальную постановку задачи синтеза. При удовлетворении всему комплексу требований вариант фиксируется как возможный с определенным уровнем целевой функции (1), и происходит переход к рассмотрению следующего возможного набора первичных параметров. Так происходит до тех пор, пока не будут рассчитаны все варианты структур

БНК и сочетаний первичных параметров. В случае нарушения каких-либо ограничений синтеза происходит отсечение заведомо худшей области параметров, и область возможных состояний сужается. В итоге из совокупности найденных приемлемых вариантов выбирается один, который соответствует минимальному значению целевой функции.

Для ускорения процесса поиска системы оптимальных БНК, в алгоритме синтеза организованы процедуры направленного перебора потенциально возможных решений с последовательным отсечением недопустимых или заведомо худших решений путем сочетания .

оригинальных эвристических процедур и известных строго формализованных методов оптимизации. Общесистемный алгоритм синтеза системы оптимальных БНК позволяет решать следующие основные задачи:

- определять оптимальные размеры, конструкционные материалы и геометрические формы несущих элементов КМ БНК, эффективные способы обеспечения механической прочности, нормального теплового режима и электромагнитной совместимости;

- синтезировать совокупность КМ БНК с учетом минимизации затрат на их изготовление, обладающих максимальной функциональной емкостью при соблюдении практически значимых ограничений (например, обеспечение нормального теплового режима и механической прочности), а также с учетом различных конструктивно-технологических факторов, в том числе методов конструирования, технологии изготовления и контроля качества;

- производить сравнительную оценку вариантов БНК с учетом различных критериев и прогнозировать разработку новых систем БНК при изменении схемотехнической, конструкторской и технологической баз (например, при внедрении перспективных ИЭТ и материалов).

Следует отметить, что все общесистемные алгоритмы разработаны таким образом, что их можно использовать как в составе основного общесистемного алгоритма структурно-параметрического синтеза системы оптимальных БНК, так и в автономном режиме для реализации соответствующих расчетных процедур, например, при обеспечении механической прочности и нормального теплового режима. ^

В четвертом разделе приведены результаты разработки и внедрения специального программного обеспечения для решения задач синтеза БНК РЭС больших распределенных АСУ.

К числу основных разработанных комплексных программ системы автоматизированного многокритериального синтеза оптимальных КМ всех уровней структурной иерархии БНК РЭС АСУ относятся следующие:

программы расчета целевой функции (1) и выбора ее минимального значения при многокритериальном синтезе оптимальных структур и

параметров КМ системы БНК с учетом трудоемкостей их проектирования и производства, а также их надежного и качественного функционирования;

программы расчета и анализа определяющих параметров КМ БНК, обеспечивающих взаимосвязь параметров и показателей качества БНК как сложных систем;

программы расчета и анализа параметров кабельных изделий, кабельных каналов, зон электромонтажа, размещения ИЭТ, электросоединителей, ПП, несущих элементов и КМ БНК с учетом целевой функции (1) и требований обеспечения электрической надежности, 100%-ной трассировки электрических цепей, электромагнитной совместимости, нормального теплового режима и механической прочности;

программы, обеспечивающие множество организационных и сервисных процедур (например, ввода и вывода информации, управления базами данных, обеспечения интерфейса между пользователем и пакетом прикладных программ, контроля результатов синтеза).

Разработанные программы, а также выбранные и доработанные программы обладают следующими свойствами: универсальностью - могут быть синтезированы структуры и параметры КМ системы БНК РЭС АСУ в радиоэлектронной промышленности; быстродействием - благодаря применению эффективных методов обработки информации и рационализации вычислительных процедур; доступностью - состав входной и выходной информации понятен пользователям. Программы написаны на широко распространенном языке С++ и приспособлены к ЭВМ современного типа; сервисностью - результаты синтеза выдаются на принтер, снабжены необходимыми комментариями и имеют общепринятые обозначения.

Следует отметить, что программы имеют модульную структуру и могут по желанию разработчика использоваться как в пакетном, так и в диалоговом режимах, а также дополняться при изменении, например, схемотехнической или технологической базы многокритериального структурно-параметрического синтеза оптимальных КМ системы БНК РЭС больших распределенных АСУ народнохозяйственного и военного назначения, в том числе больших АСУ производственно-технологического назначения: АСУТП, АСТПП и других.

С использованием результатов диссертационной работы в рамках вышеперечисленных программ создаются унифицированные системы перспективных многоуровневых БНК РЭС больших распределенных АСУ в различных отраслях радиоэлектронной промышленности (рис. 2).

При этом на рисунке не показаны все разрабатываемые конструктивы БНК, относящиеся к объектам народнохозяйственного и военного назначения.

Рис. 2. Основные конструктивы унифицированных систем БНК РЭС АСУ в радиоэлектронной промышленности: 1 - стойка; 2 - блок; 3 - тележка с набором приборов; 4 - прибор; 5 - пульт; 6 - вставной каркас с блоками.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

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

1. Определены перспективные способы реализации и предложена новая конструкторско-технологическая реализация наиболее эффективных вариантов построения БНК как сложных иерархических систем на основе системных исследований практически возможных вариантов БНК РЭС АСУ и тенденций развития отечественных и зарубежных РЭС АСУ в радиоэлектронной промышленности, разработанных за последние два десятилетия, .

2. Построена целевая функция оптимизации структуры и параметров КМ и их совокупности, включающая в себя плотность компоновки и стоимость (трудоемкость) их проектирования, подготовки производства и собственно производства.

3. Сформулирована математическая постановка задач структурного и параметрического синтеза системы многоуровневых БНК с учетом практически вероятных схемотехнических, конструкторских и технологических критериев и ограничений.

4. Разработан комплекс статистически обоснованных аналитических зависимостей для расчета, анализа, оптимизации и прогнозирования стоимостных и конструктивных показателей качества и параметров перспективных КМ системы БНК.

5. Разработан обобщенный алгоритм структурного и параметрического синтеза системы многоуровневых БНК, основанный на применении метода целочисленного программирования - метода отсечения, на ранжировании фиксируемых и управляемых параметров, использовании автоинтерактивного режима обработки информации и разработке эвристических приемов, обеспечивающих решение системных задач синтеза с учетом реализации всей совокупности предъявляемых к системе БНК требований.

6. Разработаны алгоритмы моделирования механико-прочностных, теплофизических и электромагнитных процессов для структурного и параметрического синтеза многоуровневых БНК, обеспечивающие расчет и анализ множества показателей (параметров) надежности, входящих в систему ограничений математической постанови задач синтеза БНК: деформаций, напряжений, коэффициентов перегрузки в условиях внешних динамических воздействий в виде вибраций и ударов, температурных полей перегревов в зависимости от плотности компоновки ЭМ, классов и групп эксплуатации РЭС; емкостей и индуктивностей паразитных связей, времени задержки распространения информационного сигнала, и многих других.

7. Проведены экспериментальные исследования перспективных вариантов БНК, которые подтвердили преимущества математического синтеза по сравнению с существующим инженерным (эвристическим) синтезом, а именно: стоимость (трудоемкость) и сроки проектирования, подготовки производства и непосредственно производства КМ БНК уменьшились в среднем на 30%, а плотность их компоновки увеличилась на 20-30% в зависимости от функционального назначения и условий эксплуатации РЭС больших распределенных АСУ.

Теоретические и практические результаты работы используются в НИОКР, которые проводятся в рамках федеральных программ: «Целевая программа развития авиатехники РФ»; «Целевая программа регулирования и развития оборонно-промышленного комплекса РФ»; «Координация деятельности в области промышленной автоматизации и системостроения», «Российская электроника», «Российские верфи» и других.

Результаты диссертационной работы использовались при создании конкретных разработок: «АСУ аппаратно-кабельным комплексом для волоконно-оптических подводных кабельных систем», «АСУ комплексом разведывательно-сигнальных устройств», «АСУ системы сбора и обработки полетной информации». При этом полезный компоновочный объем этих систем увеличился до 30%, трудоемкость производства уменьшилась на 25-35%, скорость передаваемой информации и наработка на отказ соответственно увеличились в 1,3 - 1,6 раза. Результаты работы внедрены на четырех ведущих предприятиях различных отраслей промышленности.

Теоретические и практические результаты работы в виде математических моделей, алгоритмов и специального программного обеспечения структурного и параметрического синтеза БНК РЭС АСУ в радиоэлектронной промышленности предлагается использовать в НИОКР, проводимых ФГУП НИИАА им. акад. B.C. Семенихина, ФГУП «ВНИИНМ им. акад. А.А.Бочвара», ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова», ФГУП НИИ «Системы управления», ОАО «ЦНИИ «Техномаш», ОАО «ЦНИИ «Технологии судостроения» и на других предприятиях, занимающихся созданием новых поколений больших распределенных АСУ в радиоэлектронной промышленности.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Кондрашенков И.С. Проблемы и задачи разработки базовых несущих конструкций радиоэлектронных средств производственного назначения // Системы и средства передачи и обработки информации: Труды 4-й международной НПК. Тез. доклада. - Одесса, 2000. - С. 125.

2. Кондрашенков И.С. Алгоритмы решения задач синтеза БНК для систем автоматизации и управления технологическими процессами // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2001.-№ 2. -С. 18-24.

3. Кондрашенков И.С. Математические модели и алгоритмы для проектирования технических средств АСУ // Современные информационные и электронные технологии: Труды 2-й международной НПК. Тез. доклада. - Одесса, 2001. - С. 195.

4. Кондрашенков И.С. Математическая постановка задач структурно-параметрического синтеза несущих конструкций РЭС как сложных иерархических систем // Технологии приборостроения. - 2002. - № 4. -С. 54-68.

5. Кондрашенков И.С. Целевая функция многокритериального синтеза нестандартных конструкций радиоэлектронных систем производственно-технологического назначения И Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2003. - № 1. - С. 3 - 8.

6. Кондрашенков И.С. Математический анализ и синтез несущих конструкций РЭС АСУ. - СПб.: Политехника, 2003. - 103 с.

7. Кондрашенков И.С. Разработка подсистемы «Теплофизическое проектирование РЭС специального назначения» // Современные информационные и электронные технологии: Труды 5-й международной НПК. Тез. доклада. - Одесса, 2004. - С. 128.

8. Кондрашенков И.С. Проблемы обеспечения механической прочности и устойчивости РЭС производственно-технологических АСУ // Системы и средства передачи и обработки информации: Труды 8-й международной НПК. Тез. доклада. - Черкассы, 2004. - С. 114.

9. Кондрашенков И.С. Алгоритм проектирования РЭС с многоуровневым электромонтажом с учетом электромагнитной совместимости // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2006. - № 1. -С. 7-8.

10. Кондрашенков И.С. Проблемы, задачи и варианты выбора формы и структуры конструктивных модулей при автоматизированном проектировании несущих конструкций // Технологии приборостроения -2006.-№ 1.-С. 44-51.

11. Кондрашенков И.С. Моделирование тепловых режимов активных компонентов электронных модулей // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2006. - № 2. - С. 5 - 9.

12. Кондрашенков И.С. Основные аналитические зависимости для определения структурно-геометрических параметров базовых несущих конструкций как сложных систем // Технологии приборостроения. - 2006. - № 2. - С. 34-41.

13. Кондрашенков И.С. Механические и математические модели несущих конструкций радиоэлектронных средств в условиях

вибрационных и ударных воздействий // Современные информационные и электронные технологии: Труды 7-й международной НПК. Тез. доклада. -Одесса, 2006. - С. 147.

14. Кондрашенков И.С. Аналитические зависимости для построения единой математической модели многоуровневых базовых несущих конструкций // Современные информационные и электронные технологии: Труды 7-й международной НПК. Тез. доклада. - Одесса, 2006. - С. 148.

КОНДРАШЕНКОВ ИГОРЬ СТАНИСЛАВОВИЧ

МОДЕЛИ И СРЕДСТВА СИНТЕЗА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Автореферат

Сводный темплан 2006 г.

Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003 г.

Подписано в печать 05.04.2006. Формат 60x87 1/16 Б. кн.-журн. Пл. 1,0. Б.л. 0,5. Издательство СЗТУ _Тираж 100 экз. Заказ № 1393_

Северо-Западный государственный заочный технический университет

Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России

191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5

í !

>f

I

л

f i

t

I к

{

!

i

i !

! ¡

i

£оо 6 Д №7

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИНФОРМАЦИОННОЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СИНТЕЗА БАЗОВЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ $ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

1.1. Анализ динамики и перспективы развития базовых несущих конструкций как сложных иерархических систем.

1.2. Исследование комплекса требований, предъявляемых к перспективным многоуровневым базовым несущим конструкциям

1.3. Общесистемная математическая постановка задач структурно-параметрического синтеза базовых несущих конструкций.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕПЕЧЕНИЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СИНТЕЗА БАЗОВЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

2.1. Построение основных аналитических соотношений для единой общесистемной математической модели

6 базовых несущих конструкций как сложных систем.

2.2. Аналитическая зависимость для расчета полезной площади коммутационных плат на ранних этапах проектирования.

2.3. Аналитические зависимости для расчета метрических параметров электромагнитной совместимости электронных модулей.

2.4. Аналитические зависимости для расчета максимального числа электромонтажных соединений, проходящих через кабельные каналы конструктивных модулей базовых несущих конструкций.

2.5. Аналитические зависимости для расчета трудоемкости производства различных видов многоуровневого электромонтажа.

2.6. Аналитические зависимости для расчета трудоемкости производства конструктивных модулей базовых несущих конструкций.

§ 3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СИНТЕЗА БАЗОВЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

3.1. Общесистемный алгоритм синтеза с учетом обеспечения требований электромагнитной совместимости.

3.2. Общесистемный алгоритм синтеза с учетом обеспечения требований механической прочности.

3.3. Общесистемный алгоритм синтеза с учетом обеспечения требований нормального теплового режима

3.4. Общесистемный алгоритм многокритериального ф структурно-параметрического синтеза.

4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ПРИМЕРЫ

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СИНТЕЗА БАЗОВЫХ НЕСУШИХ КОНСТРУКЦИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

• АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

• 4.1. Построение программного обеспечения синтеза.

4.2. Система базовых несущих конструкций.

В настоящее время решение множества комплексных проблем существенного ускорения социального и экономического развития страны непосредственно связано с радикальным повышением эффективности и темпов роста масштаба отечественного производства конкурентоспособных на внутреннем и внешнем рынках изделий новой техники во всех отраслях промышленности. Одним из ключевых направлений успешного решения этих системных задач является интенсификация разработки и внедрения высокоэффективных больших распределенных автоматизированных систем управления (АСУ) различного назначения. При этом главной задачей становится создание принципиально новых методов и средств проектирования этого особого и, в настоящее время, важнейшего и перспективного класса АСУ.

Мировая практика совершенствования АСУ различного назначения показывает, что эффективность внедрения достижений науки и техники, прежде всего в микроэлектронике, схемотехнике и технологии, в значительной степени зависит от их конструкторской реализации при создании радиоэлектронных средств (РЭС), которые занимают центральное место среди различных классов технических средств АСУ как по наиболее широкому диапазону выполняемых функций, так и по объему серийного производства. При этом существенные возможности повышения эффективности конструирования РЭС АСУ закладыф ваются на этапе проектирования базовых несущих конструкций (БНК), которые занимают 15-20% объема электронных модулей (ЭМ) и РЭС как сложных систем в целом и составляют до 25% трудоемкости их производства. В своем развитии БНК претерпевали множество изменений и совершенствовались вместе со схемотехнической, конструктивной и технологической базами создания новых поколений РЭС и с расширением области внедрения, главным образом, больших распределенных и интегрированных АСУ специального и профессионального назначения в различных сферах человеческой деятельности.

Заниматься решением задач совершенствования БНК, которые являются сложными системами, необходимо уже на ранних стадиях проектирования РЭС. В этом проявляется системность подхода, позволяющая реализовать многие преимущества БНК как составной части РЭС и создать благоприятные условия для адаптации БНК к разрабатываемым ЭМ различного уровня иерархии.

В настоящее время БНК играют все более значительную роль в обеспечении ключевых требований качественного и надежного функционирования РЭС и создаваемых на их основе больших распределенных АСУ различного назначения. Например, на первый план выдвигается необходимость обеспечения требований высокой скорости и защищенности передаваемой информации, электромагнитной совместимости, нормального теплового режима, снижения сроков и стоимости разработки и производства.

Анализ конструктивно-технологических характеристик и перспектив развития конструктивных модулей (КМ) систем БНК показал, что комплексное решение задач их проектирования и производства возможно только на основе разработки и внедрения методов и средств математического синтеза. Однако системному исследованию и разработке этой актуальной проблемы не уделялось достаточного внимания, что подтверждается малым количеством публикаций.

Актуальность исследования и решения задач математического синтеза оптимальных КМ БНК для системы структурных модулей РЭС при создании АСУ подтверждается также комплексом НИОКР, которые проводятся ведущими предприятиями и организациями в рамках проФ граммы Минобороны РФ «Разработка концепции комплексной унификации типоразмеров и компоновочных схем БНК для перспективных изделий РЭС»; «Межотраслевой программы комплексной унификации, стандартизации и развития БНК РЭС», разработанной Российским агентством по системам управления; программы Госстандарта РФ

Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж стандартных электронных модулей»; федеральных программ Российского агентства по судостроению, Российского авиационно-космического агентства, утвержденных постановлениями Правительства РФ 17.05.96 г. №609, 21.12.99 г. №1404, 30.12.00 г. №1034 и другими.

Целью диссертации является разработка физико-математических моделей, алгоритмического и программного обеспечения структурного и параметрического синтеза системы БНК РЭС при построении АСУ различного назначения. В соответствии с этим в диссертационной работе ставились и решались следующие основные задачи: системный анализ комплекса действующих факторов, определяющих специфику проектирования, подготовки производства и непосредственно производства многоуровневых БНК РЭС как сложных систем; построение целевой функции оптимизации и математическая постановка задач структурного и параметрического синтеза БНК РЭС АСУ по совокупности практически необходимых показателей качества; разработка пригодных для алгоритмизации математических моде-^ лей, учитывающих зависимости между производственнотехнологическими и структурно-геометрическими параметрами и показателями качества перспективных БНК ЭМ различного уровня иерархии РЭС АСУ;

• разработка экономичных алгоритмов структурного и параметрического синтеза оптимальных БНК РЭС АСУ, учитывающих схемотехнические, конструктивные и технологические показатели качества; разработка и внедрение специального программного обеспечения синтеза оптимальных БНК РЭС с учетом реализации множества практически вероятных требований процессов проектирования, производства, эксплуатации и модернизации АСУ;

Теоретические исследования диссертационной работы строятся на основе методов анализа сложных систем, исследования операций, математического программирования и современных методов вычислительной математики. В работе используются элементы теории множеств, теории алгоритмов, а также общие вопросы теории и методов конструирования и технологии производства РЭС.

В диссертационной работе предложен, разработан и исследован новый класс методов и средств анализа и синтеза БНК как сложных систем, а также оптимизации их структуры и параметров с комплексным учетом реальных условий проектирования, подготовки производства, непосредственно производства и эксплуатации перспективных РЭС при создании больших распределенных АСУ различного назначения.

Принципиальный вклад в развитие комплексных исследований в области автоматизации проектирования и производства БНК РЭС АСУ составляют следующие новые научные результаты, полученные лично автором: предложены критерии, состав ограничений и переменных векторной оптимизации КМ различных иерархических уровней БНК и их совокупности; общая математическая постановка задач структурного и параметрического синтеза системы оптимальных БНК, комплексно учитывающая практически важные требования всех этапов создания и эксплуатации пер спективных АСУ; разработаны и выбраны математические модели, которые отражают реальные условия проектирования и изготовления БНК и позволяют рассчитывать трудоемкости проектирования, подготовки производства и изготовления модулей БНК различного уровня иерархии, а также оценивать в стоимостном выражении потери от неэффективного использования объема (площади) БНК при компоновке в них РЭС АСУ; разработаны принципы алгоритмизации и методика структурного и параметрического синтеза БНК на основе функционально-стоимостного анализа, позволяющие создавать БНК с максимальной функциональной емкостью при минимуме затрат на их изготовление с учетом схемотехнических, электромагнитных, теплофизических, механических, технологических и других практически вероятных ограничений; предложены и программно реализованы принципы организации специального программного обеспечения векторного синтеза оптимальных БНК как сложных технических систем; методы и результаты решения с помощью ЭВМ задач синтеза структуры и параметров БНК на основе разработанных и выбранных физико-математических моделей и алгоритмов.

На защиту выносятся следующие новые научные положения: методы, модели и алгоритмы векторной оптимизации структуры и параметров системы КМ БНК позволяют синтезировать компромиссные конструктивно-технологические решения в интересах всего процесса проектирования многоуровневых и многофункциональных РЭС за счет системного согласования функционально-экономического критерия оптимальности и технических показателей качества, комплексно учитывающих практически необходимые условия разработки, производства и эксплуатации РЭС и АСУ в целом; математическая постановка задач структурной и параметрической оптимизации КМ любого уровня иерархии и их совокупности, целевой функцией которой является минимизация компоновочных потерь объема (площади) системы БНК и затрат на их проектирование, подготовку производства и производство, создает возможность для проектирования высокоэффективных многоуровневых РЭС при построении перспективных АСУ различного назначения; комплекс разработанных и обоснованно выбранных экономико-математических и физико-математических моделей и методик для расчета, анализа и оптимизации стоимостных и конструктивных параметров и показателей качества перспективных БНК позволяет построить эффективные алгоритмы автоматизированного решения сформулированных задач синтеза, отличающихся высокой размерностью и недостаточностью априорной информации; общесистемные и частные алгоритмы синтеза КМ и системы БНК в целом, основанные на применении метода дискретного программирования - метода многократного отсечения по множеству разнородных и противоречивых критериев, ранжирования определяющих фиксируемых и управляемых параметров, эвристических приемов направленного перебора возможных вариантов и автоинтерактивного режима обработки информации, обеспечивают решение задач структурной и параметрической векторной оптимизации БНК за практически приемлемое время на современных ЭВМ; применение прогрессивных принципов построения специального программного обеспечения синтеза БНК с учетом организации функционального взаимодействия программных компонентов моделирования электромагнитных, теплофизических, механико-прочностных и других процессов позволяет практически реализовать действительно f системный подход к оптимизации структуры и параметров БНК и, благодаря этому, существенно повысить экономическую эффективность, технический уровень и качество разработки и производства перспективных РЭС и АСУ.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании методов и средств автоматизированного структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимальных КМ системы БНК для перспективных РЭС АСУ различного назначения. Практические результаты работы используются при создании системы новых государственных стандартов в соответствии с «Межотраслевой программой комплексной унификации, стандартизации и развития БНК РЭС» Российского агентства по системам управления и программой Госстандарта РФ «Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж электронных модулей». Результаты работы используются в учебном процессе Северо-Западного государственного заочного технического университета, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета и Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, что подтверждается соответствующими актами.

Результаты диссертационной работы в виде разработанных и программно реализованных алгоритмов структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимальных БНК были использованы при создании ведущими предприятиями Российского агентства по системам управления унифицированной системы БНК для различных классов РЭС АСУ, соответствующей перспективным стандартам МЭК и не уступающей лучшим мировым аналогам. Результаты диссертационной работы в виде математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения также используются в НИОКР, проводимых предприятиями Российского агентства по судостроению, Российского авиационно-космического агентства и других ведомств (ОАО «Авангард», г. Санкт-Петербург; ОАО «НПО «Прибор», г. Санкт-Петербург; ООО «НПП «ЭлектроРадиоАвтоматика», г. Санкт-Петербург; ОАО «НПО «Такт», г. Пермь), что подтверждается соответствующими актами.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на 4-й и 8-й международных научно-практических конференциях «Системы и средства передачи и обработки информации» (г. Одесса, 2000 г. и г. Черкассы, 2004 г.); на 2-й, 5-й и 7-й международных научно-практических конференциях «Современные информационные и электронные технологии» (г. Одесса, 2001, 2004 и 2006 г.г.).

По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 1 монография.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. Текстовый материал изложен на 132 страницах. Работа содержит 7 таблиц и 11 рисунков. Список литературы включает 108 наименований отечественных и зарубежных публикаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тема диссертации находится в русле актуального и важнейшего направления, отвечающего запросам большинства отраслей народного хозяйства страны и требованиям повышения ее обороноспособности, а также имеющего своей целью создание принципиально новых и эффективных методов и средств проектирования БНК РЭС АСУ различного назначения. В настоящей работе в научном плане решена и на практическом уровне реализована крупная задача, имеющая важное значение во всех сферах человеческой деятельности и непосредственно связанная с созданием перспективных технических средств больших распределенных АСУ с высокими технико-экономическими характеристиками. Это, в существенной мере, достигается на основе проведенных исследований, обобщения, разработки и внедрения методов и средств анализа, синтеза и оптимизации практически возможных вариантов БНК как сложных иерархических систем РЭС, занимающих ключевое положение среди различных классов технических средств АСУ.

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

1. На основе системных исследований практически возможных вариантов БНК РЭС АСУ и тенденций развития отечественных и зарубежных РЭС АСУ различного назначения, разработанных за последние два десятилетия, определены перспективные способы реализации и предложена новая конструкторско-технологическая реализация наиболее эффективных вариантов построения БНК как сложных иерархических систем.

2. Благодаря применению системного подхода выбрана главная концепция структурного и параметрического синтеза БНК как технической системы - оптимизация на базе использования достижений теории математического программирования и внедрения быстродействующих ЭВМ. С учетом этого разработана общесистемная классификация качественных показателей прогрессивных способов проектирования БНК, учитывающая схемотехнические, электромагнитные, теп-лофизические, механико-прочностные и другие, практически необходимые требования.

3. На основе исследования перспектив развития БНК как сложных систем построена целевая функция оптимизации структуры и параметров КМ и их совокупности, включающая в себя плотность компоновки и стоимость (трудоемкость) их проектирования, подготовки производства и производства; сформулирована математическая постановка задач структурного и параметрического синтеза системы многоуровневых БНК с учетом практически вероятных схемотехнических, конструкторских и технологических критериев и ограничений.

4. Разработан комплекс статистически обоснованных аналитических зависимостей для расчета, анализа, оптимизации и прогнозирования стоимостных и конструктивных показателей качества и параметров перспективных КМ системы БНК. Эти зависимости, наряду с обоснованно выбранными математическими моделями: механико-прочностными, теплофизическими, электромагнитной совместимости и другими, характеризующими отдельные функции любого синтезируемого варианта КМ, позволили построить для него единую математическую модель, пригодную для алгоритмизации и адекватно отражающую функционирование этого варианта КМ БНК как системного объекта.

5. Разработаны методики и обобщенный алгоритм структурного и параметрического синтеза системы многоуровневых БНК, основанные на применении метода целочисленного программирования -метода отсечения, на ранжировании ряда фиксируемых и управляемых параметров, использовании автоинтерактивного режима обработки информации и разработке оригинальных эвристических приемов, обеспечивающих решение системных задач синтеза с учетом реализации всей совокупности предъявляемых к системе БНК требований за практически приемлемое время с помощью современных ЭВМ.

6. Разработаны общесистемные алгоритмы моделирования механико-прочностных, теплофизических и электромагнитных процессов для структурного и параметрического синтеза многоуровневых БНК, обеспечивающие расчет и анализ множества показателей (параметров) надежности, входящих в систему ограничений математической постанови задач синтеза БНК: деформаций, напряжений, коэффициентов перегрузки в условиях внешних динамических воздействий в виде вибраций и ударов, особенно, сейсмических; температурных полей перегревов в зависимости от плотности компоновки ЭМ, классов и групп эксплуатации РЭС; емкостей и индуктивностей паразитных связей, времени задержки распространения информационного сигнала, и многих других.

7. Разработаны принципы организации и состав специального программного обеспечения структурного и параметрического синтеза КМ БНК многоуровневых и многофункциональных РЭС АСУ различного схемотехнического назначения и широкого диапазона условий эксплуатации.

8. На основе разработанного и внедренного специального программного обеспечения проведены экспериментальные исследования перепективных вариантов БНК, которые подтвердили преимущества математического синтеза по сравнению с существующим инженерным (эвристическим) синтезом, а именно: стоимость (трудоемкость) и сроки проектирования, подготовки производства и непосредственно производства КМ БНК уменьшились в среднем на 30%, а плотность их компоновки увеличилась на 20 - 30% в зависимости от функционального назначения и условий эксплуатации РЭС больших распределенных АСУ.

9. Практические результаты работы, также как и экспериментальные исследования, подтвердили эффективность разработанных методов и средств математического программно реализованного структурного и параметрического синтеза вариантов КМ БНК как технических систем.

Теоретические и практические результаты работы используются в НИОКР, которые проводятся в рамках федеральных программ: «Координация деятельности в области промышленной автоматизации и системостроения», «Российская электроника» и «Российские верфи»; программы Госстандарта РФ «Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж стандартных электронных модулей»; «Межотраслевой программы комплексной унификации, стандартизации и развития БНК РЭС». Результаты диссертационной работы внедрены на четырех ведущих предприятиях различных отраслей промышленности и используются в учебном процессе трех ВУЗов, которые перечислены во «Введении».

Теоретические и практические результаты работы в виде математических моделей, алгоритмов и специального программного обеспечения структурного и параметрического синтеза БНК РЭС АСУ предлагается использовать в НИОКР, проводимых ФГУП НИИ «Автематическая аппаратура» им. акад. B.C. Семинихина, ФГУП НИИ «Системы управления», ОАО «ЦНИИ «Техномаш», ОАО «ЦНИИ «Технологии судостроения» и на других предприятиях, занимающихся созданием новых поколений больших распределенных АСУ различного назначения.

1. Максимов А.В. Системный подход к проектированию базовых несущих конструкций радиоэлектронных средств. СПб.: СПб. ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 1997. - 118 с.

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

3. Кондратов А.С. Модели и алгоритмы системного синтеза несущих конструкций радиоэлектронных средств. СПб.: Политехника, 1998.-168 с.

4. Шерин К.Ю. Синтез типоразмерных рядов базовых несущих конструкций радиоэлектронных средств АСУ. СПб.: СПб. ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2000. - 116с.

5. Варжапетян А.Г. Надежность радиоэлектронных систем. М.: Сов. радио, 1968. - 336 с.

6. Ильинский B.C. Защита аппаратов от динамических воздействий. -М.: Энергия, 1970. 320 с.

7. Цветков А.Г. Принципы количественной оценки эффективности радиоэлектронных средств. М.: Сов. радио, 1971. - 200 с.

8. Гроднев И.П. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот. М.: Связь, 1972. - 110 с.

9. Карапетян A.M. Автоматизация оптимального конструирования электронных вычислительных машин. М.: Сов. радио, 1973. - 152 с.

10. Коненков Ю.К., Ушаков И.А. Вопросы надежности радиоэлектронной аппаратуры при механических нагрузках. М.: Сов. радио, 1975.-144 с.

11. И. Шапиро Д.Н. Основы теории электромагнитного экранирования. Д.: Энергия, 1975. - 109 с.

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

13. Окунев Ю.Б., Плотников В.Г. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи. М.: Связь, 1976. - 182 с.

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

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

16. Сагановский В.Н. Системная деятельность и ее философское осмысление. Системные исследования. М.: Наука, 1977. - 288 с.

17. Полонский Н.Б. Конструирование электромагнитных экранов для радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1979. - 216 с.

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

19. Гуткин JI.C. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. М.: Наука, 1979. - 344 с.

20. Деньдобренко Б.Н., Малика А.С. Автоматизация конструирования РЭА. М.: Высшая школа, 1980. - 384 с.

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

22. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании)/ А.И. Половинкин, Н.К. Бобков, Г.Я. Буш и др.; Под ред. А.И. Половинкина. М.: Радио и связь, 1981.344 с.

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

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

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

26. Конструирование и расчет больших гибридных интегральных схем, микросборок и аппаратуры на их основе / Г.В. Алексеев, Б.Ф.Высоцкий,

27. T.JI. Воробьева и др.; Под ред. Б.Ф. Высоцкого. М.: Радио и связь, 1981.— 216 с.

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

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

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

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

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

33. Верхопятницкий П.Д., Латинский B.C. Справочник по модульному конструированию радиоэлектронной аппаратуры. Л.: Судостроение, 1983.- 232 с.

34. Донец A.M., Львович Я.Е., Фролов В.М. Автоматизированный анализ и оптимизация конструкций и технологии РЭА. М.: Радио и связь, 1983 - 104 с.

35. Конструкции СВЧ устройств и экранов / A.M. Чернушенко, Н.Е. Меланченко, Л.Г. Малорацкий, Б.В. Петров; Под ред. A.M. Чернушенко. М.: Радио и связь, 1983.- 400 с.

36. Морозов К.К., Одиноков В.Г., Курейчик В.М. Автоматизированное проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1983.- 280 с.

37. Норенков И.П., Мамичев В.Б. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры. М.: Высшая школа, 1983.- 272 с.

38. Романов Ф.И., Шахнов В.А. Конструирование системы микроЭВМ. М.: Радио и связь, 1983.- 120 с.

39. Селютин В.А. Автоматизированное проектирование топологии БИС. М.: Радио и связь, 1983.- 112 с.

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

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

42. Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. М.: Радио и связь, 1983- 272 с.

43. Алексеев В.Г. и др. Технология ЭВА, оборудование и автоматизация. М.: Высшая школа, 1984.- 160 с.

44. Гель П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984.— 536 с.

45. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. М.: Мир, 1984.- 318 с.

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

47. Кузьмин Б.А., Эйдес А.А., Иругов Б.С. Адаптируемые системы автоматизированного проектирования печатных плат. М.: Радио и связь, 1984 - 140 с.

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

49. Унифицированные интерактивные средства проектирования изделий электронной техники / Б.Л. Толстых, И.Л. Талов, В.Н. Харин, В.Е. Межов, Ю.Н. Черняев. М.: Радио и связь, 1984.- 136 с.

50. Абрайтис Л.Б. Автоматизация проектирования топологии цифровых интегральных микросхем. М.: Радио и связь, 1985.- 200 с.

51. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводимости твердых тел. — М.: Высшая школа, 1985.— 480 с.

52. Справочник конструктора РЭА: Компоновка, механизмы, надежность / Н.А. Барканов, Б.Е. Бердичевский, П.Д. Верхопятницкий и др.; Под ред. Р.Г. Варламова. М.: Радио и связь, 1985.- 384 с.

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

54. Автоматизация проектирования и производства микросборок и электронных модулей / Н.П. Меткин. М.С. Лапин, Б.Н. Деньдобренко, И.А. Домарацкий; Под ред. Н.П. Меткина. М.: Радио и связь, 1986.280 с.

55. Автоматизированное конструирование монтажных плат РЭА / А.Т. Абрамов, В.Б. Артемов, В.П. Богданов и др.; Под ред. Л.П. Рябова. -М.: Радио и связь, 1986.- 192 с.

56. Баничук Н.В. Введение в оптимизацию конструкций. М.: Наука, 1986 - 302 с.

57. Петровский В.И., Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1986.216 с.

58. САПР изделий и технологических процессов в машиностроении / Р.А. Алик, В.И. Бородянский. А.Г. Бурин и др.: Под ред. Р.А. Аллика. -М.: Машиностроение, 1986.-319 с.

59. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике / Е.В. Авдеев, А.Т. Еремин, И.П. Норенков, М.И. Песков; Под ред. И.П. Норенкова. М.: Радио и связь, 1986.- 319 с.

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

61. Корячко В.П., Курейчик В.М., Норенков И.П. Теоретические основы САПР. М.: Энергоатомиздат, 1987.- 400 с.

62. Петухов Г.А., Смолин Г.Г., Юлин Б.И. Алгоритмические методы конструкторского проектирования узлов с печатным монтажом. -М.: Радио и связь, 1987.- 152 с.

63. Смирнов O.JI., Падалко С.Н., Пиявсктй С.А. САПР: Формирование и функционирование проектных модулей. М.: Машиностроение, 1987.- 272 с.

64. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования. М.: Радио и связь, 1988.- 280 с.

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

66. Сорокопуд В.А. Автоматизированное конструирование микроэлектронных блоков с помощью ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988.— 128 с.

67. Теория и методы оценки электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств / Ю.А. Феоктистов, В.В. Матасов, Л.И. Батурин и др.; Под ред. Ю.А. Феоктистова. М.: Радио и связь, 1988.216 с.

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

69. Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. -М.: Высшая школа, 1990.- 431 с.

70. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена. М.: Высшая школа, 1990.- 207 с.

71. Лутченков Л.С. Оптимальное проектирование несущих конструкций как сложных систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990 - 112 с.

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

73. Искусственный интеллект: Применение в интегрированных производственных системах / Под ред. Э. Кьюсиака; пер. с англ. А.П. Фомина; Под ред. П.Р.Дащенко, Е.В. Леввнера. М.: Машиностроение, 1991.- 544 с.

74. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств: Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1991.-360 с.

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

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

77. Гаскаров Д.В., Вихров Н.М. Управление и оптимизация научно-технических процессов. СПб.: Энергоатомиздат, 1995.- 302 с.

78. Тартаковский A.M. Математическое моделирование в конструировании РЭС. Пенза.: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1995.—112 с.

79. Шелест В.И. Оптимальное проектирование систем с волоконно-оптическим электромонтажом. СПб.: Политехника, 1995.- 232 с.

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

81. Шелест В.И., Кондратов А.С., Алгоритмизация методов расчета электромагнитной совместимости функциональных узлов радиоэлектронных средств. СПб.: Лениздат, 1996.— 105 с.

82. Шелест В.И. Модели, алгоритмы и средства синтеза электромонтажа радиоэлектронных средств.— М.: Радио и связь, 1997.— 186 с.

83. Меньшиков Г.Г. Модель процесса передачи цифрового сигнала и ее оптимизации по критерию скорости // Межвуз. сб. «Математические методы оптимизации и управления в сложных системах». Каз.ГУ. - 1980. -С. 39-47.

84. Тимохин А.П., Шерин К.Ю. Общесистемный алгоритм структурного и параметрического синтеза оптимальных базовых несущих конструкций РЭС // Технологии приборостроения. -2005-№ 1- С.7 13.

85. Шелест В.И., Сухарев А.В. Моделирование процессов синтеза печатного электромонтажа РЭС как сложных систем. СПб.: СПб. ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 1999.- 227 с.

86. ГОСТ Р 52003-2003. Уровни разукрупнения радиоэлектронных средств. Термины и определения.

87. ГОСТ Р 51676-2000. Конструкции базовые несущие радиоэлектронных средств. Термины и определения.

88. Бусленко М.П. Моделирование сложных систем М.: Наука, 1978.-400 с.

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

90. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990.- 544 с.

91. ГОСТ Р 51623-2000. Конструкции базовые несущие радиоэлектронных средств. Система построения и координационные размеры.

92. ГОСТ Р 50756.0-2000. Конструкции базовые несущие радиоэлектронных средств. Типы. Основные размеры.

93. ГОСТ 23592-96. Монтаж электрической радиоэлектронной аппаратуры и приборов. Общие требования к объемному монтажу изделий электронной техники и электротехнических.

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

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

96. Кондрашенков И.С. Проблемы и задачи разработки базовых несущих конструкций радиоэлектронных средств производственного назначения // Системы и средства передачи и обработки информации: Труды 4-й международной НПК. Тез. доклада. Одесса, 2000. - С. 125.

97. Кондрашенков И.С. Алгоритмы решения задач синтеза БНК для систем автоматизации и управления технологическими процессами // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2001. - № 2. -С. 18-24.

98. Кондрашенков И.С. Математические модели и алгоритмы для проектирования технических средств АСУ // Современные информационные и электронные технологии: Труды 2-й международной НПК. Тез. доклада. Одесса, 2001. - С. 195.

99. Кондрашенков И.С. Математическая постановка задач структурно-параметрического синтеза несущих конструкций РЭС как сложных иерархических систем // Технологии приборостроения. — 2002. № 4. - С. 54-68.

100. Кондрашенков И.С. Целевая функция многокритериального синтеза нестандартных конструкций радиоэлектронных систем производственно-технологического назначения // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2003. - № 1. - С. 3 - 8.

101. Кондрашенков И.С. Математический анализ и синтез несущих конструкций РЭС АСУ. СПб.: Политехника, 2003. - 103 с.

102. Кондрашенков И.С. Разработка подсистемы «Теплофизическое проектирование РЭС специального назначения» // Современные информационные и электронные технологии: Труды 5-й международной НПК. Тез. доклада. Одесса, 2004. - С. 128.

103. Кондрашенков И.С. Проблемы обеспечения механической прочности и устойчивости РЭС производственно-технологических АСУ //

104. Системы и средства передачи и обработки информации: Труды 8-й международной НПК. Тез. доклада. Черкассы, 2004. - С. 114.

105. ЮЗ.Кондрашенков И.С. Алгоритм проектирования РЭС с многоуровневым электромонтажом с учетом электромагнитной совместимости // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2006. - № 1. - С.7 - 8.

106. Кондрашенков И.С. Проблемы, задачи и варианты выбора формы и структуры конструктивных модулей при автоматизированном проектировании несущих конструкций // Технологии приборостроения -2006. № 1.-С. 44-51.

107. Кондрашенков И.С. Моделирование тепловых режимов активных компонентов электронных модулей // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2006. - № 2. - С. 5 — 9.

108. Юб.Кондрашенков И.С. Основные аналитические зависимости для определения структурно-геометрических параметров базовых несущих конструкций как сложных систем // Технологии приборостроения. 2006. - № 2. - С. 34-41.

109. Кондрашенков И.С. Аналитические зависимости для построения единой математической модели многоуровневых базовых несущих конструкций // Современные информационные и электронные технологии: Труды 7-й международной НПК. Тез. доклада. Одесса, 2006.-С. 148.