автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка 3-D модели визуализации тепловых и механических процессов в блоках электронных приборов

На правах рукописи

ООЗ164729

ЩЕМЕ ЛИНИИ Дмитрий Александрович

РАЗРАБОТКА 3-0 МОДЕЛИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В БЛОКАХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 05 13 01 - Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 о

Санкт-Петербург - 2008 г

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им проф МА Бонч-Бруевича

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Дегтярев Владимир Михайлович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Ястребов Анатолий Степанович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Коврегин Валерий Николаевич

Ведущая организация ОАО ХК «Ленинец»

Защита состоится « 13 » марта 2008 г в 16-00 часов на заседании диссертационного совета Д 219 004 02 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им проф М А Бонч-Бруевича по адресу 191065, Санкт-Петербург наб р Мойки, 61

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им проф МА Бонч-Бруевича

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета

Автореферат разослан « 7 » февраля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного срвета^ кандидат технических наук, доцент

В X Харитонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. На многих отечественных предприятиях разработчики блоков электронных приборов (ЭП) затрачивают на проектирование до 5-7 лет При этом, несмотря на столь значительные сроки создания опытных образцов, освоение их серийного выпуска и первые годы эксплуатации сопровождаются многочисленными доработками, целью которых является устранение различного рода недостатков, дефектов, предпосылок как к простым, так и к системным отказам, а также самих системных отказов (обуславливаются комплексным воздействием дестабилизирующих факторов) Причины такого положения лежат в недостатках процессов проектирования и отработки создаваемых образцов, связанных, в первую очередь, с недостаточным уровнем развития автоматизированных методов проектирования, базирующихся на комплексном (учет наиболее существенных взаимных связей) математическом моделировании разнородных физических процессов в ЭП и интегрирующихся с методологией современных информационных технологий проектирования наукоемкой продукции — CALS-технологий (Continuous Acquisition and Life-cycle Support), реализующих непрерывную информационную поддержку всего жизненного цикла изделия

Применение компьютерного моделирования тепловых и механических процессов, протекающих при эксплуатации блоков электронных приборов, позволит сократить количество промежуточных вариантов конструкций ЭП, сроки и затраты на проектирование

Существующие специализированные программы моделирования механических и тепловых процессов в приборах и системах не учитывают всех факторов геометрической сложности и неоднородности конструкции, наличия в печатных платах (Ш1) тысяч ЭРИ, механические и тепловые характеристики которых надо определить, многообразия видов механических воздействий, одновременного приложения к аппаратуре двух и более видов механических воздействий, комплексного характера приложения механических и тепловых воздействий, приводящего к влиянию тепловых процессов на механические, нелинейности

3

физических характеристик материалов конструкций, не достаточно развиты применительно к моделированию блоков электронных приборов, не позволяют построить всю иерархию конструкций от блока до отдельного ЭРИ для передачи воздействий и результатов моделирования между отдельными уровнями иерархии, например, от блока к ПП

Выход из сложившегося положения заключается в разработке специализированных средств компьютерной графики - ЗБ модели визуализации тепловых и механических процессов, составляющих основу графических интерфейсов для моделирования ЭП и позволяющих разработчику приборов и систем в минимальные сроки собирать сложную конструкцию из типовых элементов и работать с математическим ядром универсальной САЕ-системы посредством понятных ему графических интерфейсов ввода-вывода

В данной работе представлена разработка и применение средств компьютерной графики - ЗБ модели визуализации тепловых и механических процессов для синтеза и анализа проектных решений ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях, составляющих основу графических интерфейсов для моделирования ЭП

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка ЗБ модели визуализации тепловых и механических процессов в блоках электронных проборов для повышение показателей надежности разрабатываемых блоков электронных приборов, отвечающих требованиям нормативно-технической документации по тепловым и механическим характеристикам, сокращение сроков и стоимости их создания за счет применения средств компьютерной графики - ЗЭ модели визуализации тепловых и механических процессов для синтеза и анализа проектных решений

Методы исследования. В процессе исследования использовались методы теории системного анализа, прикладной механики, методах вычислительной математики и компьютерной графики Разработанные теоретические положения и методы проверены в рамках экспериментов с использованием вычислительной техники 4

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Анализ особенностей несущих конструкций ЭП и состояния моделирования механических и тепловых процессов в ходе проектирования ЭП

2 Метод моделирования комплексных механических и тепловых процессов в блоках электронных приборов на основе графических интерфейсов

3 Методы визуализации исходных данных и результатов моделирования конструкций ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях

4 Информационные модели типовых и нетиповых несущих конструкций

5 Алгоритмы графических интерфейсов на основе 3-0 модели визуализации тепловых и механических процессов для синтеза моделей механических и тепловых процессов типовых и нетиповых конструкций блоков ЭП

6 Структура автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений электронных приборов при комплексных механических и тепловых воздействиях

7 Структура справочной базы данных по параметрам электрорадиоизделий и материалов конструкций электронных приборов

Научная новизна В процессе решения поставленных задач получены следующие новые научные результаты

- Создан метод моделирования комплексных механических и тепловых процессов в блоках электронных приборов на основе графических интерфейсов,

- Разработан метод визуализации исходных данных и результатов моделирования ЭП при комплексных механических и тепловых воздействиях,

- Разработаны алгоритмы графических интерфейсов на основе ЗБ моделей визуализации тепловых и механических процессов,

- Предложена структура автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений электронных приборов при комплексных механических и тепловых воздействиях

- Разработана структурная схема справочной базы данных по параметрам ЭРИ и по параметрам материалов конструкций ЭП

Практическая ценность работы состоит в том, что использование созданных методических и программных средств позволяет повысить эффективность моделирования ЭП, обеспечить более высокие показатели надежности разрабатываемой аппаратуры, сократить сроки и стоимость проектных работ ЭП с соблюдением требований НТД по механическим и тепловым характеристикам

Для освоения разработанного программного и методического обеспечения требуется не более 8 рабочих дней, в то время как освоение универсальных САЕ-систем требует несколько месяцев и более Достоинством разработанного метода визуализации следует отметить то, что, прежде всего, он позволяет избежать ошибок, вызванных человеческим фактором при моделировании, за счет специализированных графических интерфейсов ввода исходных данных и вывода результатов моделирования

Реализация результатов работы Результаты работы использовались в Конструкторском бюро информатики, гидроакустики и связи НПП «Волна» при разработке изделий БНК-3 и в ДООО «Особое конструкторское бюро Ижевского радиозавода» при разработке узлов и блоков бортовой телеметрии, навигационных систем и космических систем связи (подтверждено актами о внедрении)

Апробация работы Результаты работы докладывались на заседании секции дома ученых им М Горького (РАН) «Начертательная геометрия, графика и автоматизация проектирования» в мае и октябре 2007 года, на 61-ой Научно-технической конференции студентов и аспирантов Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций, май, 2007, на заседании кафедры «Инженерная Машинная Графика» Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций, декабрь, 2007

Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы, а также результаты компьютерных экспериментов, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, из них две в изданиях, находящихся в перечне ВАК

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 75 наименований и двух приложений Работа изложена на 138 страницах, содержит 40 рисунков, 4 таблицы, объем приложения составляет 68 страниц

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность темы исследования, показана история развития и современное состояние процессов моделирования в ходе проектирования изделий и применение визуальных методов проектирования На основе анализа определены научные направления настоящей работы, отмечена ее практическая необходимость

В первой главе проведен анализ состояния проектирования конструкций ЭП с учетом механических и тепловых воздействий, анализ современных методов и подходов, существующих автоматизированных систем и средств компьютерной графики, используемых для моделирования механических и тепловых процессов в конструкциях ЭП

Проведен анализ программного обеспечения, применяемого для моделирования механических и тепловых процессов в ЭП Рассмотрен перечень применяемых специализированных программ, а также универсальных конечно-элементных САЕ-систем для моделирования несущих конструкций блоков и печатных плат электронных телекоммуникационных приборов

Исследования процесса проектирования ЭП с применением компьютерного моделирования механических и тепловых процессов и существующих универсальных и специализированных программ моделирования, проведенные в диссертации, показали отсутствие на сегодняшний день необходимого математического, программного и методического обеспечения, позволяющего конструктору ЭП в сжатые сроки проводить моделирование и принимать решение об обеспечении стойкости ЭП к комплексным механическим и тепловым воздействиям и о повышении показателей надежности разрабатываемой аппаратуры

Выход из создавшегося положения лежит в объединении возможностей математического ядра универсальной САЕ-системы, например, А№У8 с существующими специализированными программами, в частности с автоматизированной подсистемой комплексного анализа печатных узлов на комплексные механические и тепловые воздействия АЛЬФА-ТМ и подсистемой расчета систем виброизоляции «ВИБРОЗАЩИТА», посредством специальных препроцессора и постпроцессора в рамках общей управляющей программы, позволяющей отследить всю иерархию конструкции ЭП от блока до отдельного ЭРИ, с целью автоматизированной передачи воздействий и результатов моделирования от высшего уровня иерархии ЭП к низшему, например от блока к ПП Метод применения программы должна основываться на технологии хранения и управления данными о ЭП (РЭМ-технология) В диссертации приведена структура такой РБМ-системы

На основе анализа современных разработок было сделано заключение об актуальности задачи моделирования механических и тепловых процессов при проектировании конструкций ЭП, отвечающих требованиям НТД по тепловым и механическим характеристикам, повышения показателей надежности разрабатываемой аппаратуры, сокращения сроков и стоимости их создания за счет применения средств компьютерной графики для синтеза и анализа проектных решений

В соответствии с актуальностью обозначенной проблемы была поставлена цель диссертационной работы и сформулированы задачи для достижения поставленной цели.

Во второй главе проведено исследование наиболее распространенных несущих конструкций ЭП и разработаны информационные модели типовых и нетиповых несущих конструкций ЭП с точки зрения визуализации исходных данных и результатов моделирования при комплексных механических и тепловых воздействиях На основе анализа расчетов по хоздоговорным темам сделаны допущения на модели несущих конструкций, выявлен требуемый уровень детализации моделей, необходимый для получения приемлемого для ранних этапов проектирования результата.

Процесс визуализации исходных данных и результатов моделирования механических и тепловых процессов в электронных приборах показан на рис 1

Рис 1 Структура процесса визуализации исходных данных и результатов моделирования электронных телекоммуникационных приборов при комплексных тепловых и механических

воздействиях

Разработаны рекомендации по выбору сетки разбиения на конечные элементы в зависимости от времени и точности расчета

Разработаны алгоритмы идентификации неизвестных физико-механических и теплофизических параметров материалов конструкций ЭП Разработан принцип идентификации параметров моделей на основе принципа настраиваемой модели, отличающийся от последнего в замене опытных данных на данные, полученные из расчета микромодели, автоматически построенной в САЕ-системе

В третьей главе, согласно предложенной схеме моделирования и разработанного метода визуализации исходных данных и результатов моделирования конструкций ЭП, разработана структура автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений ЭП при комплексных механических и тепловых воздействиях, отличающейся от существующих наличием препроцессора и постпроцессора для моделирования механических и тепловых процессов в несущих конструкциях ЭП в универсальной САЕ-системе, обеспечивающих удобный проектировщику ЭП язык взаимодействия на базе графических интерфейсов ввода-вывода, возможостью построить всю иерархию конструкций ЭП от блока до отдельного ЭРИ для передачи воздействий и результатов моделирования между отдельными уровнями иерархии (рис 2)

Рис 2 Структура автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях

Рассмотрены вопросы решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) с действительными и комплексными коэффициентами и сильно разреженными матрицами, вопросы хранения разреженных матриц в памяти ЭВМ

Рассмотрена разработанная автором программа решения СЛАУ усовершенствованным методом Ы1-разложения, используемая в качестве решателя в подсистеме АЛЬФА-ТМ

Разработаны алгоритмы графических интерфейсов синтеза типовых и нетиповых конструкций блоков ЭП

Разработана структура справочной базы данных по параметрам ЭРИ и материалам, отличающейся от существующих наличием полных условных записей ЭРИ, наличием моделей вариантов установки ЭРИ, позволяющих значительно сократить время на ввод геометрических, физико-механических, тепловых и др параметров ЭРИ, возможностью создания новых моделей вариантов установки ЭРИ, наличием необходимых графических параметров, позволяющих придавать реалистичность изображению ЭРИ в пространстве, возможностью создания дополнительных таблиц параметров ЭРИ, содержащих числовые, строковые, функциональные, логические, текстовые и графические данные об ЭРИ

В четвёртой главе разработан метод моделирования комплексных механических и тепловых процессов в блоках электронных приборов на основе графических интерфейсов

Этот метод отличается от существующих методов наличием доступного разработчику языка взаимодействия на базе графических интерфейсов автоматизированного синтеза типовых и нетиповых конструкций ЭП и универсального графического интерфейса вывода результатов моделирования Он позволяет в минимальные сроки и с минимальными затратами принимать решение об обеспечении стойкости ЭП к комплексным механическим и тепловым воздействиям и о повышении показателей надежности разрабатываемых ЭП

Основные положения разработанного метода

1 Согласно требованиям ТЗ формируется первоначальная информация о проекте основные конструктивные решения, применяемый материал, эскиз конструкции, тип и параметры механического и теплового воздействия, используемые типовые элементы конструкции ЭП

2 Синтез геометрии несущей конструкции, задание параметров материалов элементов конструкции с допустимыми значениями напряжений, температур элементов, параметров сетки разбиения конструкции на конечные элементы, задание параметров закрепления конструкции на объекте при помощи специализированных графических интерфейсов ввода

3 Задание механических и тепловых воздействий по осям координат

4 Выбор вида теплового и механического воздействия и проведение расчета

5 Анализ полученных результатов с применением универсального графического интерфейса вывода и их сохранение в РБМ-системе

6 Принятие решение об обеспечение стойкости несущей конструкции к тепловым и механическим воздействиям согласно

7 В случае превышения расчетных напряжений над допустимыми редактирование геометрии конструкции, изменение параметров материалов или применение программы «ВИБРОЗАЩИТА»

8 В случае корректировки несущей конструкции повторение расчета и анализ результатов моделирования Корректировка конструкции продолжается до тех пор, пока не будут обеспечены требования к стойкости конструкции ЭП к внешним тепловым и механическим воздействиям

9 Формирование отчета и его сохранение в РБМ-системе хранения и управления данными о ЭТП

10 Моделирование печатных узлов конструкции ЭП

- ввод или редактирование ПУ с заданием допустимых ускорений ЭРИ,

- моделирование ПУ на воздействие комплексных тепловых и механических воздействий

- анализ полученных результатов с применением универсального графического интерфейса вывода результатов моделирования ПУ и их сохранение в РБМ-системе

12

1 Принятие решения об обеспечении стойкости ПУ и ЭРИ к тепловым и механическим воздействиям Проектное решение принимается на основе ограничений

47и.-кХ'ЭРИ,+\)>о,

где аЭРИ1 - максимальное расчетное значение ускорения ЭРИ, гэш - максимальное расчетное значение температуры ЭРИ, - допустимое значение ускорения ЭРИ для заданного типа воздействия, 4иг. - допустимое значение температуры ЭРИ, к, - коэффициент запаса ускорения или температуры, А, -допуск на ускорение или температуру г -го ЭРИ

2 В случае превышения расчетных напряжений участков ПУ или расчетных ускорений и температур ЭРИ над допустимыми значениями - редактирование ПУ или редактирование несущей конструкции ЭП и повторение расчета

3 Сохранение исходных данных и результатов в РБМ-системе

4 Формирование карт режимов тепловых и механических режимов работы ЭРИ и их сохранение в РОМ-системе

5 Формирование отчета и его сохранение в РБМ-системе

Разработанный метод уменьшает влияние человеческого фактора на адекватность результатов моделирования, что приводит к повышению показателей надежности разрабатываемой аппаратуры

Разработанный метод представляет меньшую по сравнению с существующими методами трудоемкость операций ввода и редактирования конструкций ЭП и анализа результатов моделирования Сокращение времени при этом, в общем, по сравнению с использованием универсальной САЕ-системы, составляет до 95% на ввод и редактирование конструкции и до 80% на анализ результатов в зависимости от опыта пользователя

Проведена экспериментальная проверка разработанных моделей, структурных схем, алгоритмов и показана их эффективность Результаты представлены в Приложении 1 и Приложении 2 Сравнение с АШУв дано в таблице

Сравнительная таблица по затратам времени на моделирование ЭП с применением разработанных методов _

Вид задания Использование разработанных средств Использование АЫ8У8 (для профессионального пользователя)

Ввод конструкции до 5 мин (зависит от сложности) 15-20 мин

Ввод воздействия 2-3 мин (зависит от количества воздействий) 5-15 мин, не менее 10 мин (для случайной вибрации, несколько воздействий одновременно задать нельзя)

Расчет на гармоническую вибрацию до 1,5 часа (зависит от количества итераций на диапазоне частот) 15 часа+20 25 мин

Расчет на гармоническую вибрацию с учетом нелинейности 5-10 ч невозможно

Расчет на случайную вибрацию 20 мин 25 35 мин

Расчет на случайную вибрацию с учетом нелинейности 1 5-2 ч Невозможно

Расчет на удар 30-40 мин 40+20 25 мин

Расчет на удар с учетом нелинейности 1 5-2 ч Невозможно

Вывод результатов 5-10 мин 30-40 мин

Всего 2-3 часа (до 15 ч с учетом нелинейности) до 6 ч (расчет с учетом нелинейности невозможен)

Заключение по результатам проведенных исследований и разработок

1 Проведен анализ особенностей несущих конструкций электронных приборов с точки зрения моделирования механических и тепловых процессов

2 Предложен метод моделирования комплексных механических и тепловых процессов в блоках и печатных платах электронных телекоммуникационных приборов на основе графических интерфейсов, отличающийся от существующих методов наличием доступного разработчику языка взаимодействия на базе графических интерфейсов

3 Разработан метод визуализации исходных данных и результатов моделирования электронных приборов при комплексных тепловых и механических воздействиях, отличающийся от известных методов наличием комплексных информационных, топологических, математических и 3-0 моделей визуализации тепловых и механических процессов

14

1 визуализации тепловых и механических процессов

2 Даны информационные модели типовых и нетиповых несущих конструкций, разъемов плат управления, крепежных и внутренних элементов, корпусных деталей и несущих конструкций

3 Разработаны алгоритмы графических интерфейсов на основе 3-Б моделей визуализации тепловых и механических процессов для синтеза типовых и нетиповых конструкций блоков электронных приборов, позволяющие конструктору собирать сложную модель несущей конструкции электронных приборов из типовых элементов,

4 Представлена и реализована структура автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений электронных приборов при комплексных механических и тепловых воздействиях, отличающаяся от существующих наличием препроцессора и постпроцессора для моделирования механических и тепловых процессов в несущих конструкциях электронных приборов в универсальной САЕ-системе

5 Разработана и реализована структура справочной базы данных по параметрам ЭРИ и параметрам материалов конструкций ЭП, отличающаяся от существующих наличием полных условных записей ЭРИ, наличием моделей вариантов установки ЭРИ

6 Проведена экспериментальная проверка предложенных методов, структурных схем, алгоритмов и показана эффективность полученных результатов по сравнению с существующими САЕ-системами

7 Предложены пути дальнейшего развития полученных теоретических и практических результатов

- Определение и включение в разработанный метод моделирования комплексных механических и тепловых процессов дополнительных воздействий таких как, например, ультразвуковых, космических и т п на ЭП;

- Развитие З-Б модели визуализации тепловых и механических процессов для решения задач разработки сложных комплексных изделий,

- Расширение разработанного справочника по электрорадиоизделиям

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Щемелинин Д А Информационные модели электронных приборов с точки зрения визуализации исходных данных // Объединенный научный журнал/ Агенство научной печати Москва, 2007 № 13(201) С 66-79

2 Щемелинин ДА Проблемы моделирования механических и тепловых процессов в блоках и печатных платах электронных приборов и пути их решения на основе 3D моделей // Объединенный научный журнал/ Агенство научной печати Москва, 2007 № 17(205) С 57-65

3 Щемелинин ДА Алгоритм методики визуализации исходных данных и результатов моделирования при комплексных воздействиях // Естественные и технические науки/ Агенство научной печати M, 2008 № 1 С 101-103 (В перечне изданий, рекомендуемых ВАК)

4 Щемелинин ДА Информационные модели блоков и шкафа электронных приборов с точки зрения визуализации исходных данных // Аспирант и соискатель/ Агенство научной печати Москва, 2008 №1 С 81-87

5 Методика визуализации исходных данных и результатов моделирования блоков и печатных плат электронных телекоммуникационных приборов при комплексных тепловых и механических воздействиях / В M Дегтярев, ДА Щемелинин // Вопросы радиоэлектроники - 2008 - серия Общетехническая (ОТ), Выпуск 1 - С 44-51 (В перечне изданий, рекомендуемых ВАК)

Подписано к печати 1101 2008г Объем 1 печ л Тир 80 экз

Тип СПбГУТ 191186, С-Петербург, наб р Мойки 61

Введение

Глава 1. Современное состояние графических интерфейсов и баз данных 10 для моделирования блоков и печатных электронных приборов

1.1. Проблемы моделирования механических и тепловых процес- 10 сов в блоках и печатных платах электронных приборов

1.2. Анализ современных графических интерфейсов и баз знаний, 24 используемых для моделирования электронных приборов

1.3. Основные задачи исследования

1.4. Выводы

Глава 2. Разработка методики визуализации исходных данных и ре- 44 зультатов моделирования блоков и печатных плат электронных приборов при тепловых и механических воздействиях

2.1. Структура процесса визуализации исходных данных и резуль- 44 татов моделирования ЭП

2.2. Выбор сетки в зависимости от точности и времени расчета

2.3. Идентификация физико-механических параметров

2.4. Информационные модели несущих конструкций ЭП с точки 55 зрения визуализации результатов моделирования

2.5. Метод визуализации исходных данных и результатов модели- 58 рования ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях

2.6. Выводы

Глава 3. Разработка автоматизированной подсистемы синтеза и ана- 74 лиза проектных решений электронных приборов при комплексных тепловых и механических воздействиях

3.1. Организация и структура автоматизированной подсистемы 74 АЛЬФА-М

3.2. Организация и структура автоматизированной подсистемы 78 АЛЬФА-ТМ

3.3. Структура входных и выходных данных подсистем АЛЬФА- 82 ТМ и АЛЬФА-М

3.4. Алгоритмы графических интерфейсов синтеза типовых и не- 85 типовых конструкций блоков и шкафов ЭП

3.5. Расчет систем линейных алгебраических уравнений усовер- 90 шенствованным методом LU-разложения

3.6. Организация и структура справочной базы данных

3.7. Выводы

Глава 4. Разработка метода синтеза и анализа проектных решений 115 электронных приборов при комплексных тепловых и механических воздействиях на основе графических интерфейсов

4.1. Структура метода синтеза и анализа проектных решений ЭП 115 при комплексных тепловых и механических воздействиях на основе графических интерфейсов

4.2. Пример применения метода синтеза и анализа проектных 117 решений ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях на основе графических интерфейсов

4.3. Внедрение результатов диссертационной работы

4.4. Выводы 125 Заключение 127 Литература 130 Приложение 1. Информационные модели 139 Приложение 2. Организация и структура справочной базы данных

На многих отечественных предприятиях разработчики блоков и печатных плат электронных приборов (ЭП) затрачивают на проектирование до 5-7 лет. При этом, несмотря на столь значительные сроки создания опытных образцов, освоение их серийного выпуска и первые годы эксплуатации сопровождаются многочисленными доработками, целью которых является устранение различного рода недостатков, дефектов, предпосылок как к простым, так и к системным отказам, а также самих системных отказов (обуславливаются комплексным воздействием дестабилизирующих факторов). Причины такого положения лежат в недостатках процессов проектирования и отработки создаваемых образцов, связанных, в первую очередь, с недостаточным уровнем развития автоматизированных методов проектирования, базирующихся на комплексном (учет наиболее существенных взаимных связей) математическом моделировании разнородных физических процессов в ЭП и интегрирующихся с методологией современных информационных технологий проектирования наукоемкой продукции - CALS-технопотй (Continuous Acquisition and Life-cycle Support), реализующих непрерывную информационную поддержку всего жизненного цикла изделия.

Жесткие условия эксплуатации сильно влияют на работоспособность и надежность работы ЭП. Подавляющее большинство отказов блоков и печатных плат электронных приборов связано с тепловыми и механическими воздействиями [1-3], которые приводят к выходам за пределы, установленные нормативно-технической документацией (НТД), механических характеристик конструкций - ускорений, перемещений, напряжений и температур электрорадиоиз-делий (ЭРИ), что приводит к нарушению прочности и устойчивости работы ЭП [4-7].

Кроме того, к нарушениям прочности блоков и печатных плат электронных приборов часто приводит накопление усталостных повреждений в выводах ЭРИ и их разрушение [8].

Отказы, связанные с потерей механической и тепловой прочности и устойчивости ЭП, выявляются на завершающих этапах разработки и приводят к возможно длительной оптимизации конструкции, что в конечном итоге сказывается на сроках и стоимости выполнения проектных работ. Проектирование современных блоков и печатных плат электронных приборов в заданные сроки и в соответствии с требованиями НТД по механическим и тепловым характеристикам, в общем случае, невозможно без использования информационных технологий.

Применение компьютерного моделирования тепловых и механических процессов, протекающих при эксплуатации блоков и печатных плат электронных приборов, позволит сократить количество промежуточных вариантов конструкций ЭП, сроки и затраты на проектирование [9,10].

Компьютерное моделирование механических и тепловых процессов в ЭП требует взаимного учета целого ряда факторов: геометрической сложности и неоднородности конструкции; наличия в печатных платах (ПП) тысяч ЭРИ, механические и тепловые характеристики которых надо определить; многообразия видов механических воздействий; одновременного приложения к аппаратуре двух и более видов механических воздействий; комплексного характера приложения механических и тепловых воздействий, приводящего к влиянию тепловых процессов на механические; нелинейности физических характеристик материалов конструкций.

Существующие специализированные программы моделирования механических и тепловых процессов в приборах и системах не учитывают всех вышеизложенных факторов, не достаточно развиты применительно к моделированию блоков и печатных плат электронных приборов, не позволяют построить всю иерархию конструкций от блока до отдельного ЭРИ для передачи воздействий и результатов моделирования между отдельными уровнями иерархии, например, от блока к ПП.

Для моделирования механических и тепловых процессов в несущих конструкциях приборов и систем применяются следующие универсальные САЕ-системы: NASTRAN, COSMOS-M, MARC, ANSYS и т.д.

Как показывает практика, на предприятиях, где это имеет место, моделированием занимаются специалисты в области прочности и тепла, не разбирающиеся в особенностях объекта проектирования. Поэтому прочнисту и тепловику требуется значительное время на построение модели конструкции и ее анализ. В это время разработчик простаивает. Затем возникает множество итераций по согласованию результатов моделирования между расчетчиком и разработчиком. За это время разработчик при наличии удобного инструмента - графического интерфейса ввода конструкции - вывода тепловых и механических полей, построенного на основе предложенной в данной работе 3-D модели визуализации тепловых и механических процессов, - мог уже перебрать множество вариантов, работая в интерактивном режиме. Следовательно, необходимо отказаться от подобной практики и передать вопросы моделирования разработчику. Однако для этого конструктор ЭП помимо пользовательских навыков работы с универсальной CAE-системой должен обладать глубокими теоретическими знаниями в области математики метода конечных элементов и физики протекания механических и тепловых процессов в конструкциях блоков и печатных плат электронных приборов. Подготовка разработчика ЭП, сочетающего в себе знания конструктора, аналитика-расчетчика и пользователя CAE-системой, требует значительных временных и финансовых затрат, что, учитывая динамику темпов производства и нестабильность кадров в современных условиях неэффективно. Однако даже наличие высококвалифицированного разработчика не решает проблемы моделирования механических и тепловых процессов в конструкциях ЭП. Использование компьютерного моделирования требует от разработчика построить расчетную модель несущей конструкции, провести сбор входных данных, осуществить ввод этих данных, подготовить данные для передачи в решатель CAE-системы, произвести расчет, обработать результаты и принять решение по полученным результатам. В результате время, потраченное на моделирование изделия, может превышать время, отводимое на проектирование. Следует отметить, что большую часть времени, потраченного на моделирование, занимает ввод конструкции приборов и систем в CAE-систему и анализ результатов моделирования.

Выход из сложившегося положения заключается в разработке специализированных средств компьютерной графики - 3-D модели визуализации тепловых и механических процессов, составляющих основу графических интерфейсов для моделирования ЭП и позволяющих разработчику приборов и систем в минимальные сроки собирать сложную конструкцию из типовых элементов и работать с математическим ядром универсальной CAE-системы посредством понятных ему графических интерфейсов ввода-вывода.

Значительную роль в развитии методов автоматизированного проектирования приборов и систем и информационных технологий сыграли работы Но-ренкова И.П. [11-16], Вермишева Ю.Х. [17], Зарудного Д.И. [18-20], Гридина В.Н. [21], Новикова Е.С. [9, 22-26], Редкозубова С.А. [27], Петрова Г.М. [28], Моисеева Н.Н. [29], Солодовникова И.В. [30], Деньдобренько Б.Н. [31], Кузнецова О.А., Сергеева B.C. [32, 33] и др. [34-40]. Первые работы в направлении автоматизации расчета механических характеристик конструкций приборов и систем за рубежом принадлежат американскому ученому Стейнбергу Д.С. [41].

Решением задачи моделирования механических и тепловых процессов в конструкциях приборов и систем занимались специалисты Маквецов Е.Н. [42, 43], Тартаковский A.M. [42, 44], Кофанов Ю.Н. [9,45-51], Кожевников A.M. [51, 52], Крищук В.Н. [53], Шалумов А.С. [10,45,47-50,54-60,61-63], Фадеев О.А. [61-65] и др. Но в данных работах детально не рассматривались вопросы повышения эффективности моделирования конструкций приборов средствами инструментария, сочетающего в себе преимущества универсальных и специализированных программ, обладающего минимальными требованиями по времени и сложности к освоению его теоретической и пользовательской базы, что по сути дела представляет собой графические интерфейсы для моделирования блоков и печатных плат электронных приборов.

Таким образом, актуальным является разработка и применение 3-D модели визуализации тепловых и механических процессов для синтеза и анализа проектных решений ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях, составляющих основу графических интерфейсов для моделирования ЭП.

Целью работы является исследование и разработка 3-D модели визуализации тепловых и механических процессов для синтеза и анализа проектных решений, что позволит повысить надежность разрабатываемых блоков и печатных плат электронных приборов, отвечающих требованиям нормативно-технической документации по тепловым и механическим характеристикам, и сократить сроки и стоимость их создания.

Для реализации цели данной задачи необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ особенностей несущих конструкций ЭП и современных процессов моделирования механических и тепловых процессов при проектировании ЭП.

2. Разработка информационных моделей типовых и нетипоых несущих конструкций.

3. Разработка метода визуализации исходных данных и результатов моделирования конструкций ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях.

4. Разработка алгоритмов графических интерфейсов на основе 3D модели визуализации тепловых и механических процессов для синтеза моделей механических и тепловых процессов типовых и нетиповых конструкций блоков ЭП.

5. Практическая реализация алгоритмов в виде автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений ЭП при комплексных механических и тепловых воздействиях.

6. Разработка справочной базы данных (БД) по параметрам ЭРИ и параметрам материалов конструкций ЭП.

7. Разработка метода моделирования комплексных механических и тепловых процессов в блоках и печатных платах электронных приборов на основе графических интерфейсов.

8. Внедрение созданной метода моделирования комплексных механических и тепловых процессов в блоках и печатных платах электронных приборов на основе графических интерфейсов в практику проектирования на промышленных предприятиях и в учебный процесс вузов.

Для решения поставленных задач используется теория системного анализа, прикладной механики, методы вычислительной математики и компьютерной графики.

Основные результаты работы внедрены в практику проектирования Российских предприятий: Ракетно-космическая корпорация «Энергия» (г. Королев), Раменское проектное конструкторское бюро (г. Раменское Московской обл.), КБ ИГАС «Волна» (г. Москва), ГНИИ Приборостроения (г. Москва), НИИ автоматической аппаратуры имени академика В.С.Семенихина (г. Москва), ОКБ Ижевского радиозавода (г. Ижевск).

Технический, экономический и социальный эффекты от внедрения результатов работы в практику проектирования конструкций ЭП обусловлен:

1. доступностью использования разработанных программных средств конструктором, не имеющим специализированных знаний расчетчика;

2. возможностью оперативно проводить синтез и анализ проектных решений ЭП при комплексных воздействиях, а также возможностью обеспечения устойчивости работы конструкций ЭП на базе представленных в данной работе программного и методического обеспечения;

3. повышением показателей надежности разрабатываемой аппаратуры ввиду уменьшения влияния человеческого фактора на адекватность результатов моделирования, вследствие использования специализированных графических интерфейсов синтеза конструкций ЭП и визуализации результатов моделирования;

4. сокращением сроков и затрат проектирования конструкций ЭП с учетом требований НД по тепловым и механическим характеристикам за счет уменьшения количества промежуточных вариантов опытных образцов и снижения трудоемкости конструкторских работ.

Внедрения результатов диссертационной работы в практику проектирования предприятий и в учебный процесс высших учебных заведений подтверждены соответствующими актами внедрения, приведенными в Приложении. 4.4. Выводы

Основным научным и практическим результатом, полученным в данной главе, является метод синтеза и анализа проектных решений ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях на основе графических

126 интерфейсов, отличающаяся от существующих наличием доступного разработчику языка взаимодействия на базе графических интерфейсов автоматизированного синтеза моделей типовых и нетиповых конструкций ЭП и универсального графического интерфейса вывода результатов моделирования, позволяющая в минимальные сроки и с минимальными затратами принимать решение об обеспечении стойкости ЭП к комплексным тепловым и механическим воздействиям.

Разработанный метод уменьшает влияние человеческого фактора на адекватность результатов моделирования, что приводит к повышению показателей надежности разрабатываемой аппаратуры.

Разработанный метод предоставляет меньшую трудоемкость операций ввода и редактирования конструкций ЭП и анализа результатов моделирования. Сокращение времени при этом, в общем, по сравнению с использованием универсальной CAE-системы, составляет до 95% на ввод и редактирование конструкции и до 80% на анализ результатов в зависимости от опыта пользователя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным результатом работы является повышение показателей надежности разрабатываемых блоков и печатных плат электронных приборов, отвечающих требованиям нормативно-технической документации по тепловым и механическим характеристикам, сокращение сроков и стоимости их создания за счет применения средств компьютерной графики -3-D модели визуализации тепловых и механических процессов для синтеза и анализа проектных решений.

Основные научные теоретические и практические результаты работы состоят в следующем.

1. Исследованы особенности несущих конструкций ЭП с точки зрения моделирования механических и тепловых процессов.

2. Разработаны информационные модели типовых и нетиповых несущих конструкций таких как ПУ, разъем ПУ, шпилька, направляющая, внутренний элемент, ребро жесткости, корпус, лапка корпуса, контрольная точка, а также несущих конструкций: блок цилиндрического, кассетного, этажерочного и сложного этажерочного типов, шкаф, - с точки зрения визуализации исходных данных и результатов моделирования конструкций ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях.

3. Разработаны алгоритмы графических интерфейсов на основе 3-D моделей визуализации тепловых и механических процессов для синтеза типовых и нетиповых конструкций блоков ЭП, позволяющих конструктору в минимальные сроки собирать сложную модель несущей конструкции ЭП из типовых элементов;

4. Разработана методика визуализации исходных данных и результатов моделирования ЭП при комплексных тепловых и механических воздействиях, отличающаяся от известных наличием комплексных информационных, топологических, математических и 3-D моделей визуализации тепловых и механических процессов.

5. Разработана и реализована структура автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений ЭП при комплексных механических и тепловых воздействиях, отличающаяся от существующих наличием препроцессора и постпроцессора для моделирования механических и тепловых процессов в несущих конструкциях ЭП в универсальной САЕ-системе, обеспечивающих удобный проектировщику ЭП язык взаимодействия на базе графических интерфейсов ввода-вывода, возможностью построить всю иерархию конструкций ЭП от блока до отдельного ЭРИ для передачи воздействий и результатов моделирования между отдельными уровнями иерархии;

6. Разработана и реализована структура справочной базы данных по параметрам ЭРИ и параметрам материалов конструкций ЭП, отличающаяся от существующих наличием полных условных записей ЭРИ, наличием моделей вариантов установки ЭРИ, позволяющих значительно сократить время на ввод геометрических, физико-механических, тепловых и др. параметров ЭРИ, возможностью создания новых моделей вариантов установки ЭРИ, наличием необходимых графических параметров, позволяющих придавать реалистичность изображению ЭРИ в пространстве, возможностью создания дополнительных таблиц параметров ЭРИ, содержащих числовые, строковые, функциональные, логические, текстовые и графические данные об ЭРИ;

7. Разработана методика моделирования комплексных механических и тепловых процессов в блоках и печатных платах электронных приборов на основе графических интерфейсов, отличающаяся от существующих наличием доступного разработчику языка взаимодействия на базе графических интерфейсов автоматизированного синтеза типовых и нетиповых конструкций ЭП и универсального графического интерфейса вывода результатов моделирования, позволяющая в минимальные сроки и с минимальными затратами принимать решение об обеспечении стойкости ЭП к комплексным механическим и тепловым воздействиям и о повышении показателей надежности разрабатываемых ЭП.

Разработанная автоматизированная подсистема синтеза и анализа проектных решений ЭП при комплексных механических и тепловых воздействиях АЛЬФА-ТМ используется в рамках Министерства обороны РФ для проведения контроля за правильностью применения изделий электронной техники в аппаратуре специального назначения, рекомендуется комплексом стандартов "МОРОЗ-6" для применения в процессе проектирования и замены испытаний на ранних этапах проектирования согласно РДВ 319.01.05-94, ред.2-2000.

Проведено внедрение созданного методического и программного обеспечения в практику ведущих Российских предприятий при проектировании электронных приборов таких объектов как Международная Космическая Станция, истребители СУ, подводные лодки, крылатые ракеты, системы бортовой телеметрии, спутниковые навигационные системы и системы космической связи, а также в учебный процесс вузов.

Внедрение результатов работы в практику проектирования Российских предприятий дает следующий экономический эффект. В частности КБ ИГАС «Волна», только в 2004 году, используя результаты данной работы при проектировании системы управления подводной лодки, сэкономила порядка 30 миллионов рублей на изготовлении опытных образцов и проведении испытаний, при параллельном сокращении сроков проектирования на 1 год.

В заключении приношу благодарность и глубокую признательность моему научному руководителю д.т.н., профессору Дегтяреву Владимиру Михайловичу за научное руководство в процессе работы над диссертацией и за постоянное внимание и направление моей научной деятельности.

1. Токарев М.Ф., Талицкий Е.Н., Фролов В.А. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры. - М., 1983. - 256с.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

11. Норенков И.П., Маничев В.Б. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1983. - 272с.

12. Системы автоматизированного проектирования: В 9 кн. Кн.1. И.П. Норенков. Принципы построения и структура: Учеб. пособие для втузов. -М.: Высшая школа, 1986. 127с.

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

14. Системы автоматизированного проектирования: В 9 кн. Кн.5. П.К.Кузьмик, В.Б.Маничев. Автоматизация функционального проектирования: Учеб. пособие для втузов; Под ред. И.П. Норенкова. М.: Высшая школа, 1986. - 144с.

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

16. Зарудный Д.И., Сыпчук П.П., Яншин А.А. Статистический анализ электронных схем на ЭЦВМ. М.: Машиностроение, 1978. - 52с.

17. Зарудный Д.И., Соколов А.Г. Практические задачи и численные методы оптимизации электронных схем. М.: Машиностроение, 1980. - 86с.

18. Зарудный Д.И., Сыпчук П.П. Численные методы анализа нелинейных электронных схем. М.: Машиностроение, 1980. - 60с.

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

20. Новиков Е.С. Об одном методе повышения функциональной надежности алгоритмов управляющих ЦВМ. Сб. Структура сложных АСУ и методы обработки информации для них - НТО им. Кралова, 1975, вып. 10. -7с.

21. Новиков Е.С., Хетагуров Я.А. Некоторые вопросы надежностного проектирования программ. Сб. Организация решения задач в вычислительных системах в реальном масштабе времени - М., изд. МДНТП, 1977 - 5с.

22. Новиков Е.С., Хетагуров Я.А. О совместном критерии достоверности точности решения задач. Сб. Вопросы судостроения, серия Выч. Техника 1980, вып. 32 - 5с.

23. Новиков Е.С. Состояние и перспективы разработки больших программных комплексов в АСУ (обзор). ЦНИИ «Румб» 1981. - 44с.

24. Новиков Е.С. Об оценке качества программного обеспечения цифровых вычислительных систем. Сб. Вопросы кораблестроения, серия Выч. Техника, 1982, вып. 24. - Зс.

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

26. Петров Г.М., Лакунин Н.Б., Бартолъд Э.Е. Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах. М.: Машиностроение, 1975. - 256с.

27. Моисеев Н.Н. Неформальные процедуры и автоматизация проектирования. М.: Знание, 1979. 64с.

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

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

30. Кузнецов О.А., Погалов А.И., Сергеев B.C. Прочность элемента микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1990 - 144с.

31. Напряжения и деформации в элементах микросхем/ B.C. Сергеев, О.А. Кузнецов, Н.П. Захаров, В.А. Летягин. М.: Радио и связь, 1987. - 88с.

32. Ильинский В. С. Защита аппаратов от динамических воздействий. М., Энергия, 1970. 224 с.

33. Каленкович Н.И., Фастовец Е.П., Шамгин Ю.В. Механические воздействия и защита радиоэлектронных средств: Учеб.пособие для вузов. -Минск: Высшая школа, 1989. 244с.

34. Парфенов Е.М. Базовый принцип конструирования РЭА. М.: Радио и связь, 1981. - 160с.

35. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры. М: «Радио и связь», 1988. - 232 с.

36. Автоматизированное проектирование цифровых устройств/ С.С. Бадулин, Ю.М. Барнаулов, В.А. Бердышев и др. М.: Радио и связь, 1981,-240с.

37. Гусев А.С., Светлицкий В А. Расчет конструкций при случайных воздействиях. М.: Машиностроение, 1984. - 240с.

38. Черноруцкий И.Г. Оптимальный параметрический синтез: Электротехнические устройства и системы. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 128с.

39. Steinberg D.S. Vibrations analyses for electronic equipment. New York. 1973. - 456p.

40. Маквецов Е.Н., Тартаковский A.M. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1993. - 200с.

41. Маквецов Е.Н. Цифровое моделирование вибраций в радиоконструкциях. М.: Сов.радио, 1976. - 123с.

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

43. Кофанов Ю.Н., Шалумов А. С., Журавский В.Г., Голъдин В.В. Математическое моделирование радиоэлектронных средств при механических воздействиях. М.: Радио и связь, 2000. - 226с.

44. Автоматизация проектирования и моделирования печатных узлов электронной аппаратуры: Научное издание / Ю.Н. Кофанов, Н.В. Малютин, А.В. Сарафанов и др. М.: Радио и связь. - 2000 - 389с.

45. Подсистема анализа и обеспечения стойкости конструкций радиоэлектронной аппаратуры к тепловым, механическим и комплексным воздействиям АСОНИКА-ТМ/ Ю.Н. Кофанов, А.С. Шалумов, КБ. Варицев и др.: Учеб. пособие. М.: МГИЭМ, 2000. - 61с.

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

47. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С. Применение аналитического метода для исследования динамических характеристик печатных узлов в процессе автоматизированного проектирования// Информационные технологии в проектировании и производстве. 1996. -Вып.1-2. - С.32-39.

48. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С., Гладышев Н.И. Идентификация параметров материалов несущих конструкций радиоэлектронных средств с применением компьютерного измерительного стенда // Измерительная техника. 1996. - №12. - С.52-55.

49. А.С.496573. Устройство для моделирования упругих пластин/ Ю.Н. Кофанов, A.M. Кожевников. Опубл. в Б.Н., 1975, N 47.

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

51. Крищук В.Н. Исследование и разработка машинных методов расчета конструкций бортовой РЭС этажерочного типа на вибрационные и ударные воздействия / Дис. канд.техн.наук. М.: МИЭМ, 1977. - 213с.

52. Шалу мое А. С. Динамический анализ конструкций измерительных приборов с применением подсистемы АСОНИКА-М: Учебное пособие. -Ковров: КГТАД996. 48с.

53. Шалу мое А. С. Автоматизация проектирования конструкций радиоэлектронных средств с применением систем P-CAD и АСОНИКА// Техника, экономика. Сер. Автоматизация проектирования. М.,1995. - Вып.1-2. -С.45-48.

54. Шалумое А.С. Методология комплексного обеспечения стойкости конструкций РЭС // Информатика-машиностроение. 1998. Вып. 1. - С.2-7.

55. Шалумое А.С. Моделирование механических процессов в конструкциях РЭС при воздействии акустического шума// Надежность и контроль качества. М.,1995. - № 1. - с.26-31.

56. Шалумое А.С. Метод моделирования конструкций РЭС при комплексных механических воздействиях // Информационные технологии в проектировании и производстве. 1997. - Вып.1. - С.27-31.

57. Шалу мое А.С. Компьютерный измерительный стенд для определения динамических характеристик радиоэлектронных средств// Измерительная техника. 1996. - №3. - С.22-24.

58. Фадеев О.А., Ваченко А.С. Автоматизация прочностного анализа сложных конструкций радиоэлектронных средств// Техника машиностроения 2002 - №3 - С.22-30.

59. Система государственных испытаний продукции. Испытания изделий машиностроения. Классификация механических воздействий. Методические рекомендации MP 132-84. М.: ВНИИНМАШ, 1984. - 68с.

60. ГОСТ Р 50756.0-95 Базовые несущие конструкции радиоэлектронных средств. М: НПО «Авангард», 1996. - 80с.

61. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер.с англ. М.: Радио и связь, 1988. - 42с.

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

63. Щемелинин Д.А. Информационные модели электронных приборов с точки зрения визуализации исходных данных // Объединенный научный журнал/ Агенство научной печати. Москва, 2007. № 13(201). С. 66-79.

64. Щемелинин Д.А. Проблемы моделирования механических и тепловых процессов в блоках и печатных платах электронных приборов и пути их решения на основе 3D моделей // Объединенный научный журнал/ Агенство научной печати. Москва, 2007. № 17(205). С. 57-65.

65. Щемелинин Д.А. Алгоритм методики визуализации исходных данных и результатов моделирования при комплексных воздействиях // Естественные и технические науки/ Агенство научной печати. М., 2008. № 1. С. 101-103. (В перечне изданий, рекомендуемых ВАК)

66. Рассмотрим влияние различных уровней иерархии конструкции ЭП друг на друга.

67. Рис. 1. Форма колебаний конструкции блока преобразователя для железнодорожного транспорта на резонансной частоте 95.144 (107) Гц

68. ANSYS 5.6 MAR 27 2003 22:09:54 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =51. FRECF445.782 U5 DM (AVG)1. RSYS=0

69. PowerGraphics EFACET=1 AVRES=Mat DMX =.423948 SMX =.423948047105 .094211 .141316 .188421 .235526 .282632 .329737 .376842 .4239481.Dрезонансной частоте 445.782 (506) Гц

70. Рис. 3. Системный подход при моделировании несущих конструкций ЭП

71. На рис. 4 представлена схема иерархических конструктивных уровней разукрупнения блоков и шкафов ЭП с точки зрения визуализации исходных данных в соответствии с требуемым уровнем детализации.

72. Рис. 4. Схема иерархических конструктивных уровней разукрупнения блоков ишкафов ЭП

73. Рассмотрим информационные модели типовых элементов согласно схеме иерархических конструктивных уровней разукрупнения блоков и шкафов ЭП.

74. С точки зрения визуализации исходных данных при моделировании несущих конструкций ЭП корпус блока или шкафа рассматривается как параллелепипед с гранями разной толщины. Внешний вид корпуса блока или шкафа показан на рис. 5.

75. Информационная модель корпуса описывается выражением (4).

76. Геометрия корпуса блока или шкафа описывается следующим множеством:

77. Рис. 5. Внешний вид корпуса блока или шкафа

78. Алгоритм формирования информационной модели корпуса блока или шкафа ЭП представлен на рис. 6.началоконецI1. Dpw5> w6I1. К = Л -Л( ■(Т- -2о;1. Я. -Л, •(Т- 20)1. E, ju, p, Xv,I1. Ett Я{, adon

79. Информационная модель лапки

80. С точки зрения визуализации исходных данных при моделировании несущих конструкций ЭП лапка корпуса рассматривается как пластина прямоугольной формы заданной толщины, параллельная плоскости XY. Внешний вид лапки корпуса показан на рис. 7.

81. Рис. 7. Внешний вид лапки корпуса

82. Информационная модель лапки корпуса описывается выражением (4). Геометрия лапки описывается следующим множеством:1. Г =4x4 хм/, (8)где Llx, L'y размеры лапки вдоль осей X и Y соответственно; w' - толщиналапки (размер вдоль оси Z).

83. Алгоритм формирования информационной модели лапки корпуса представлен на рис. 8.

84. Параметры материала и температура всех лапок несущей конструкции ЭП принимаются равными соответствующим параметрам корпуса.

85. Информационная модель направляющей

86. Рис. 9. Внешний вид направляющей

87. Информационная модель направляющей корпуса шкафа описывается в логико-аналитическом виде выражением (4).

88. Геометрия направляющей корпуса шкафа описывается следующим множеством:1. Г1 = 4 х 4 х w!,9)где 4 ^ 4 ~ размеры направляющей вдоль осей Y, Z соответственно; wl-у > "гтолщина направляющейначалоконецI4' ^1. Dp