Диссертация (Маршрут автоматизации системного проектирования микрооптоэлектромеханических систем), страница 5

В данном продукте реализован комплексныйподход к решению задач моделирования МЭМС. Существует возможностьпроведения моделирования разрабатываемых устройств в различных средахпри комбинации воздействий различной физической природы, напримертепловое воздействие и виброаккустическое. Так же в COVENTOR естьвозможностьмоделированиянелинейныхматериаловисуществуетспециализированная библиотека материалов со всеми необходимымихарактеристиками, такими как модуль Юнга, коэффициент Пуассона,плотность, удельное сопротивление, кристаллографическая ориентация идругие.Основным недостатком программного комплекса COVENTOR являетсяего узкая специализация в области моделирования МЭМС, поскольку в немвозможно проводить моделирование различных типов МЭМС и невозможноучитывать иные физические эффекты [33].ПрограммныйкомплексPTCPro/Engineerявляетсясистемойтвердотельного моделирования и быстрого прототипирования.

Основнымдостоинством данного комплекса является возможность разработки исоздания устройства в кратчайшие сроки благодаря имеющимся в наличииинструментам проектирования и разработки.Однакоданныйпрограммныйкомплексобладаетсерьезныминедостатками:1. Ограниченные возможности моделирования физических нагрузок инедостаточноеколичестворазличныхразработанного устройства;26типованализаповедения2. Отсутствие совместимости с языком формального описания VHDLAMS;3.

Направленность на быстрое прототипирование разрабатываемогоустройства, нежели на его математическое моделирование и исследованиеповедения разрабатываемого устройства при приложенных нагрузках [34].Программный комплекс Intellisuite от компании Intellisense являетсяузкоспециализированнымпакетомпредоставляющимбогатыйнаборинструментов для проведения полного жизненного цикла изделия – от идеидо подготовки технологической документации для серийного производства.Цикл от идеи до документации в Intellisuite показан на рисунке 1.6.Рисунок 1.6 – Жизненный цикл изделия в программном комплексе IntellisuiteОсновной упор в данном программном комплексе сделан намаксимальную скорость разработки МЭМС и доведения до конечногопотребителя, а так же быстрое перестроение существующих МЭМС подновыетребованияистандартырынка.Набормодулейпозволяетосуществлять быструю разработку устройств, подразделяемых по принципудействия.

Например пьезоэлектрические МЭМС, емкостные МЭМС и т.д.Одним из достоинств программного комплекса Intellisuite являетсявозможность моделирования наноразмерных объектов, таких как опаловыематрицы, наноразмерные резонаторы и углеродные нанотрубки.Программный комплекс MEMSpro компании softMEMS предоставляетширокий спектр инструментов по моделированию МЭМС устройств. Однимизосновныхдостоинствданногокомплексаявляетсявозможностьмоделирования микроэлектромеханическго устройства в виде электрическойпринципиальной схемы, на основе которой проводится дальнейшее27моделирование и получение электрических характеристик разрабатываемогоустройства. Другой модуль данного комплекса позволяет проводитьтрехмерноемоделированиеразрабатываемогоустройства,егопреобразование в модель, описанную на языке VHDL.Одним из важнейших достоинств данного программного продуктаявляется взаимодействие и импортирование/экспортирование модели измодуля в модуль внутри программного комплекса, так и взаимодействие сдругими программными комплексами, такими как ANSYS,посредствомVHDL-модели.сложных микрооптоэлектромеханических систем1.4 Интернет вещейПонятие «интернет вещей» основано на концепции вычислительнойсетифизическихобъектов(«вещей»),оснащённыхвстроеннымитехнологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой.Даннаясетьрассматриваетсякакявление,способноеперестроитьэкономические и общественные процессы, исключающее из части действий иопераций необходимость участия человека.Концепция сформулирована в 1999 году как осмысление перспективширокогоприменениясредстврадиочастотнойидентификациидлявзаимодействия физических объектов между собой и с внешним окружением.Наполнение концепции «интернета вещей» многообразным технологическимсодержанием и внедрение практических решений для её реализации начинаяс 2010-х годов считается восходящим трендом в информационныхтехнологиях, прежде всего, благодаря повсеместному распространениюбеспроводныхсетей,появлениюоблачныхвычислений,развитиютехнологий межмашинного взаимодействия, началу активного перехода наIPv6 и освоению программно-конфигурируемых сетей.Понятие «интернет вещей» базируется на трех технологиях.Первая из них – это средства идентификации.

Участие в «интернетевещей»объектовфизическогомира,28необязательнооснащённыхинтерфейсами подключения к сетям передачи данных, требует применениятехнологий идентификации объектов («вещей»). Хотя триггером дляпоявления концепции стала технология RFID, но в качестве такихтехнологиймогутиспользоватьсявсесредства,применяемыедляавтоматической идентификации: оптически распознаваемые идентификаторы(штрих-коды, Data Matrix, QR-коды), средства определения местонахожденияв режиме реального времени. При всеобъемлющем распространении«интернетавещей»принципиальнообеспечитьуникальностьидентификаторов объектов, что, в свою очередь, требует стандартизации.Для объектов, непосредственно подключённых к интернет-сетямтрадиционныйидентификатор—MAC-адрессетевогоадаптера,позволяющий идентифицировать устройство на канальном уровне, при этомдиапазон доступных адресов практически исчерпаем (248 адресов впространстве MAC-48), а использование идентификатора канального уровняне слишком удобно для приложений.

Более широкие возможности поидентификации для таких устройств даёт протокол IPv6, обеспечивающийуникальными адресами сетевого уровня не менее 300 млн. устройств наодного жителя Земли.Следующей неотъемлемой частью «интернета вещей» являютсясредства измерения. Особую роль в «интернете вещей» играют средстваизмерения, обеспечивающие преобразование сведений о внешней среде вмашиночитаемые данные, и тем самым наполняющие вычислительную средызначимой информацией. Используется широкий класс средств измерения, отэлементарных датчиков (например, температуры, давления, освещённости),приборов учёта потребления (таких, как интеллектуальные счётчики) досложных интегрированных измерительных систем.

В рамках концепции«интернета вещей» принципиально объединение средств измерения в сети(такие, как беспроводные сенсорные сети, измерительные комплексы), засчёт чего возможно построение систем межмашинного взаимодействия.Как особая практическая проблема внедрения «интернета вещей»29отмечается необходимость обеспечения максимальной автономности средствизмерения, прежде всего, проблема энергоснабжения датчиков.

Нахождениеэффективных решений, обеспечивающих автономное питание сенсоров(использованиефотоэлементов,преобразованиеэнергиивибрации,воздушных потоков, использование беспроводной передачи электричества),позволяет масштабировать сенсорные сети без повышения затрат наобслуживание (в виде смены батареек или подзарядки аккумуляторовдатчиков).Одним из решений в области энергосберегающих датчиков может статьразработанный микрооптоэлектромеханический акселерометра на основеинтерферометра Фабри-Перо.

Он основан на комбинации оптических имеханических эффектов. Комбинация данного датчика с солнечнымибатареямииRFID-меткамипозволитсоздаватьэнергонезависимыеизмерительные модули.И последней частью «интернета вещей» являются средства передачиданных. Спектр возможных технологий передачи данных охватывает всевозможные средства беспроводных и проводных сетей.Для беспроводной передачи данных особо важную роль в построении«интернета вещей» играют такие качества, как эффективность в условияхнизкихскоростей,отказоустойчивость,адаптивность,возможностьсамоорганизации. Основной интерес в этом качестве представляет стандартIEEE 802.15.4, определяющий физический слой и управление доступом дляорганизации энергоэффективных персональных сетей, и являющийсяосновой для таких протоколов, как ZigBee, WirelessHart, MiWi, 6LoWPAN.Средипроводныхтехнологийважнуюрольвпроникновении«интернета вещей» играют решения PLC — технологии построения сетейпередачи данных по линиям электропередач, так как во многих приложенияхприсутствует доступ к электросетям (например, торговые автоматы,банкоматы, интеллектуальные счётчики, контроллеры освещения изначальноподключены к сети электроснабжения).

6LoWPAN, реализующий слой IPv630как над IEEE 802.15.4, так и над PLC, будучи открытым протоколом,стандартизуемым IETF, отмечается как особо важный для развития«интернета вещей».31ВЫВОДЫМатематическоемоделированиеявляетсянеотъемлемойчастьмаршрута автоматизации системного проектирования МОЭМС. Совмещениеколичественного и качественного подходов для получения структурытребуют разработки алгоритма, повышающего эффективность методовмоделирования механических подсистем МОЭМС на примере МОЭМакселерометра на основе интерферометра Фабри-Перо.С учетов требований к методам моделирования, не все методысчитаются адекватными при проведении математического моделированиямеханической подсистемы.Обоснованоприменениемногомасштабногоподходакматематическому моделированию.