Автореферат (Комплексирование моделей при автоматизированном проектировании бортовых источников вторичного электропитания)

На правах рукописиУДК 681.518.52СОТНИКОВА СВЕТЛАНА ЮРЬЕВНАКОМПЛЕКСИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМПРОЕКТИРОВАНИИ БОРТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГОЭЛЕКТРОПИТАНИЯ05.13.12 – Системы автоматизации проектирования (промышленность)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукВолгоград – 2013Работа выполнена на кафедре радиоэлектроники и телекоммуникацийМосковского института электроники и математики федеральногогосударственного автономного образовательного учреждения высшегопрофессионального образования Национального исследовательскогоуниверситета «Высшая школа экономики»НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬдоктор технических наук, профессор,Увайсов Сайгид Увайсович.ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Яковлев Алексей Андреевич,доктор технических наук, доцент,Волгоградский государственныйтехнический университет,профессор кафедры автоматизациипроизводственных процессов;Шалумов Александр Славович,доктор технических наук, профессор,Владимирский филиал Российскойакадемии народного хозяйства игосударственной службы при ПрезидентеРФ, заведующий кафедройинформационных технологий.ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:Открытое акционерное общество«Московский ордена Трудового КрасногоЗнамени научно-исследовательскийрадиотехнический институт».Защита состоится «09» декабря 2013 г.

в 15 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.028.04, созданного на базе Волгоградскогогосударственного технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград,пр. Ленина, 28, ауд. 209.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградскогогосударственного технического университета.Автореферат разослан «__» ноября 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного советаВодопьянов Валентин Иванович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.

Для бортовых источников вторичногоэлектропитания (ИВЭП) характерно наличие больших тепловыделений имеханических воздействий (вибрации, удары, линейные ускорения,акустические шумы). На электрические, тепловые, механические параметрыэлектрорадиоизделий (ЭРИ) и конструктивных материалов заданы предельнодопустимые значения в технических условиях (ТУ).

При этом для обеспечениянадёжности бортовых ИВЭП, как и большинства электронных средств (ЭС),требуется иметь достаточно большие запасы по нагрузкам ЭРИ иконструктивных материалов. Поэтому при автоматизации проектированииИВЭП особое внимание уделяется моделированию электрических, тепловых, атакже механических процессов.Как правило бортовые ИВЭП конструктивно выполняются в видепечатных узлов, что обусловлено применением принципа раздельногоэлектропитания каждого бортового функционального блока.

В связи с этим висследовании рассматриваются бортовые ИВЭП, выполненные в видепечатных узлов, а также кассет или модулей на печатных платах.Точность расчета выходных характеристик бортовых ИВЭП зависит отусловий протекания соответствующих физических процессов в применяемыхЭРИ и материалах несущих конструкций. Решение задачи сниженияпогрешностей моделирования бортовых ИВЭП с помощью программныхсредств требует учёта технологических разбросов параметров ЭРИ иконструктивных материалов. Эта задача остается до конца нерешенной насегодняшний момент.

Предлагается решение задачи методами идентификации(уточнения) геометрических и физических параметров (ГФП) применяемыхЭРИ и материалов конструкций на том этапе, когда для текущей разработкибортового ИВЭП определена конкретная элементная база и применяемыематериалы несущих конструкций.На ранних этапах автоматизации проектирования, естественно,отсутствует полный макет (опытный образец), необходимый дляидентификации ГФП. Однако, имеется возможность проведения испытанийфизических моделей (фрагментарных макетов) бортовых ИВЭП.

Эти макетывыполняют с из тех же ЭРИ и материалов, из которых будут изготавливатьсяпроектируемые ИВЭП. Таким образом, идентификация параметров пофизическим фрагментам бортовых ИВЭП даёт возможность получитьуточненную информацию по значениям параметров моделей, котораянеобходима для автоматизированного проектирования.Вопросам моделирования физических процессов, протекающих вразличной радиоэлектронной аппаратуре, посвящён ряд работ таких авторов,как Дульнев Г.Н., Кожевников А.М., Кофанов Ю.Н., Маквецов Е.Н., Норенков3И.П., Сарафанов А.В., Тартаковский А.М., Увайсов С.У., Шалумов А.С.,Желтов Р.Л., Воловиков В.В., Бесшейнов А.В. и др. Однако в работахуказанных авторов недостаточно внимания уделялось вопросам идентификациитех параметров моделей физических процессов, значения которых известныприближённо или неизвестны.Таким образом, актуальной является задача создания метода и средствкомплексирования электрического, теплового и механического моделированиясфрагментарныммакетированием(физическиммоделированием),позволяющих получить реальные ГФП моделей применяемых ЭРИ иконструктивных материалов для компьютерного моделирования бортовогоИВЭП с принятием обоснованных проектных решений.Цель работы.

Целью диссертационной работы является снижениепогрешностей моделирования при автоматизированном проектированиибортовых ИВЭП.Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующиезадачи.1. Анализсовременногосостоянияпрограммно-методическогообеспечения для автоматизации проектирования бортовых ИВЭП.2.

Разработка метода комплексирования физической модели (фрагментапечатного узла) с математическими моделями взаимно связанныхэлектрических, тепловых и механических процессов в ИВЭП, реализуемых напечатных платах.3. Разработка алгоритма идентификации геометрических и физическихпараметров ЭРИ и конструктивных материалов бортовых ИВЭП на основепроцедуры оптимизации с применением комплексированной модели.4. Разработка структуры программного комплекса идентификацииэлектрических, тепловых и механических параметров бортовых ИВЭП.5. Разработкаметодикипринятияпроектныхрешенийприавтоматизированном проектировании ИВЭП по результатам моделирования сидентифицированными параметрами, обеспечивающими заметное снижениепогрешностей расчёта необходимых запасов по электрическим, тепловым имеханическим нагрузкам ЭРИ и материалов.6.

Экспериментальная проверка и внедрение результатов работы.Методы исследования. В процессе решения поставленных задачиспользованы методы автоматизированного проектирования, теориисистемного анализа, методы математического моделирования, теорияоптимизацииипараметрическойидентификации,принципыэкспериментальных исследований.Научная новизна работы заключается в развитии методологииавтоматизированного проектирования, отличающейся введением этапафрагментарного макетирования для уточнения значений исходных данных4(параметров) математических моделей физических процессов, протекающих вЭС. В рамках методологии на примере ИВЭП:1. Предложен метод компьютерного моделирования электронныхсредств, который в отличие от известных предполагает комплексированиематематических моделей электрических, тепловых и механических процессов вЭС с его физической моделью.2.

Разработаналгоритмидентификациипараметровмоделейпроектируемого ЭС, отличающийся тем, что для уточнения исходных данныхиспользуется репрезентативный фрагмент ЭС.3. Создано программно-методическое обеспечение автоматизированногопроектирования ЭС, отличающееся от существующих меньшей погрешностьюмоделирования за счет введения процедур предварительной идентификациипараметров комплектующих элементов схем и конструкций ЭС.Практическая значимость работы состоит в том, что разработанныйалгоритм идентификации геометрических и физических параметров ЭРИ иматериалов несущих конструкций с помощью репрезентативных фрагментовконструкций бортовых ИВЭП позволяет при автоматизированномпроектировании уменьшить погрешности расчётов выходных характеристикбортовых ИВЭП по сравнению с расчётами по номинальным значениям этих жепараметров.Погрешность проектных расчётов проверена при проектированиибортовых ИВЭП на указанных ниже предприятиях.На защиту выносятся.1.

Метод комплексирования математических моделей электрических,тепловых и механических процессов в ЭС с его физической моделью.2. Алгоритм идентификации модельных параметров ЭС.3. Программно-методическоеобеспечениеавтоматизированногопроектирования ЭС с предварительной идентификацией исходных данных дляматематического моделирования физических процессов.Реализация результатов. Результаты диссертационной работы внедреныв инженерную практику идентификации геометрических и физическихпараметров ЭРИ и конструктивных материалов при проектировании печатныхузлов бортовых ИВЭП предприятиях ОАО «НПП «Салют», ОАО «МКБ«Компас», ОАО «РПКБ» и в учебный процесс Московского институтаэлектроники и математики НИУ ВШЭ.Апробация результатов работы. Работа в целом и ее отдельныерезультаты докладывались и обсуждались на международных конференциях исеминарах: Международной конференции и Российской научной школы«Системныепроблемынадежности,качества,информационнотелекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах(ИННОВАТИКА)», Сочи 2010-2012 г.г; Инновационные информационные5технологии, 66-й Всероссийской конференции, посвящённой Дню радио,Москва, 2011 г.; Научно-технической конференции студентов, аспирантов имолодых специалистов МИЭМ, Москва, 2012 г., а также на научно-техническихсеминарах кафедры «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства исистемы» МИЭМ с 2010 по 2012 г.г.Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, втом числе 3 статьи в журналах из перечня ВАК, 1 монография, 4 статьи вматериалах международных и всероссийской конференций. Позиция 10 всписке трудов – это отчёт по НИР (рукописная работа).Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав свыводами, заключения, списка литературы, приложения.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность работы, формулируются целии задачи исследования, основные научные положения и результаты, а такжепрактическая ценность и степень апробации работы.Приводятся логическая связь и краткое содержание глав диссертации.В первой главе проведено исследование роли моделированияфизических процессов в жизненном цикле электронных средств.