Аджаи Aдекунле Бабатопе

Факультет: электротехнический (ЭТФ)

Кафедра: электротехнических станций (ЭС)

Специальность: «Электрические станции» (ЭС)

Тема магистерской работы:

Автоматизачия проектирования электрической части тепловых электростанций работающах на органическом топлве в условиях Нигерии.

Научный руководитель: Павлюков Валерий Александрович

Библиотека по теме выпускной работы

Собственные публикации и доклады

АВТОМАТИЗАЦИЯ СОЗДАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ МОДЕЛЕЙ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТ

ШАЛУМОВА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА
АВТОМАТИЗАЦИЯ СОЗДАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ МОДЕЛЕЙ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Специальность 05.13.12 – «Системы автоматизации проектирования»
Автореферат
диссертации на соискание
ученой степени кандидата технических наук
МОСКВА 2009

Работа выполнена на кафедрe информационных технологий Владимирского филиала Российской академии государственной службы при Президенте Российской Федерации Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Увайсов С.У. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Семин В.Г. кандидат технических наук Желтов Р.Л. Ведущее предприятие: ОАО «НПП «Волна» (г. Москва) Защита состоится «____» _________ 2009 г. в _______ часов на заседании диссертаци-онного Совета Д217.047.01 в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский экспериментальный институт автомобильной электроники и электрообору-дования» (ФГУП НИИ АЭ) по адресу: 105187, г. Москва, ул. Кирпичная, д. 39-41. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП НИИ АЭ по адресу: 105187, г. Москва, ул. Кирпичная, д. 39. Автореферат диссертации разослан «_____»____________ 2009 г. Ученый секретарь диссертационного Совета Д217.047.01 кандидат технических наук Л.И. Мартинова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследований. В настоящее время при проектировании радиоэлек-тронных средств (РЭС) обязательными требованиями технических заданий на разработку яв-ляются требования к обеспечению жестких тепловых режимов работы. Современные РЭС характеризуются не только сложными алгоритмами работы, но и слож-ной физической реализацией. С точки зрения теплового анализа картина представляется сле-дующей: с одной стороны плотность монтажа и мощности растут, а с другой – повышается чув-ствительность элементной базы к температуре. В этой ситуации становится все сложнее и сложнее обеспечить заданные тепловые режимы работы РЭС. В настоящее время существует большое количество современных программных продук-тов, позволяющих проводить тепловые расчеты конструкций любой сложности. Проведенный в рамках диссертации анализ программных средств, применяемых для теп-ловых расчетов, проводимых при проектировании РЭС, показал, что в настоящее время рынок наполнен достаточно большим количеством зарубежных программных продуктов: BETAsoft, COSMOS, NeiNastran, ANSYS, MENTOR GRAPHICS, FLOTHERM и др. При проведении тепловых расчетов с помощью зарубежных программных комплексов возникает ряд проблем, например, сложность их освоения: отсутствие методического обеспече-ния, отсутствие документации на русском языке, отсутствие сопровождения и обучения пред-ставителями фирмы-разработчика; невозможность изменения параметров модели без перера-ботки всей конструкции, отсутствие баз данных отечественных электрорадиоизделий (ЭРИ), несоответствие ГОСТам (для расчета РЭС). Кроме того, при моделировании тепловых процес-сов в сложных конструкциях трудоемким является ввод исходных данных для расчета. Также из-за универсальности программных средств затруднительно осуществить в минимальные сро-ки предварительные расчеты и получить необходимые для принятия решения результаты. Среди отечественных программных продуктов можно выделить подсистему АСОНИКА-Т системы АСОНИКА, программные продукты Пилот, Триана. Система АСОНИКА специально разрабатывалась для нужд отечественной промышленности. В ней отсутствуют все выше пере-численные недостатки. Это первая российская автоматизированная система моделирования, ко-торая рекомендуется специальными руководящими документами Министерства обороны РФ для замены натурных испытаний РЭС моделированием на ранних этапах проектирования. Сис-тема АСОНИКА внедрена более чем на 60 отечественных предприятиях промышленности, раз-рабатывающих РЭС военного и народнохозяйственного назначения, а также на ряде предпри-ятий стран СНГ. Но в системе АСОНИКА, а также в выше приведенных отечественных про-граммных продуктах практически отсутствуют средства автоматизированного создания пара-метрических моделей тепловых процессов (МТП) несущих конструкций РЭС. Создан лишь препроцессор для построения МТП печатных узлов (ПУ). Однако реально существует стандар-тизированный ряд типовых конструкций РЭС – шкафы, блоки этажерочного и кассетного ти-пов, блоки цилиндрического типа и др., для которых могли бы быть созданы автоматы для по-строения МТП. При этом тепловые модели должны не просто строиться автоматически, но быть параметрическими, то есть автоматически перестраиваться при изменении отдельных па-раметров конструкции, задаваемых пользователем. Над созданием систем моделирования тепловых процессов в РЭС работали многие отече-ственные специалисты. Анализу тепловых процессов в РЭС посвящены работы Дульнева Г.Н., Вермишева Ю.Х., Норенкова И.П., Кофанова Ю.Н., Лисицина А.В., Шалумова А.С., Сарафано-ва А.В и других авторов. Но в данных работах специально не рассматривались вопросы автома-тизации синтеза параметрических моделей тепловых процессов типовых конструкций. Анализ показал, что в настоящее время существующие программные комплексы не пре-доставляют в достаточной мере средств автоматического построения параметрических моделей тепловых процессов типовых конструкций РЭС.

Таким образом, на сегодняшний день актуальна разработка программного и методическо-го обеспечения, позволяющего повысить эффективность – сократить время и снизить трудоем-кость – при моделировании тепловых процессов в конструкциях РЭС на ранних этапах проек-тирования за счет автоматизированного создания параметрических тепловых моделей типовых конструкций радиоэлектронных средств. Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности про-ектирования теплонагруженных конструкций РЭС за счет автоматизации создания параметри-ческих тепловых моделей типовых конструкций радиоэлектронных средств. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие за-дачи: 1. Проведение исследований моделей тепловых процессов основных типовых конструкций РЭС – блока кассетного типа (БКТ), блока этажерочного типа (БЭТ), блока цилиндрического типа (БЦТ), блока этажерочного типа сложного (БЭТС), шкафов – с целью определения исход-ных данных, необходимых для построения параметрических тепловых моделей. Отбор мини-мального набора входных данных для организации диалогового ввода моделей типовых конст-рукций. 2. Разработка концепции построения параметрических тепловых моделей объемных конст-рукций РЭС на базе графических интерфейсов подсистемы АСОНИКА-М. 3. Разработка алгоритмов автоматического построения тепловых моделей типовых конст-рукций РЭС – БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, шкафа. 4. Разработка структуры автоматизированной подсистемы анализа конструкций РЭС на тепловые воздействия АСОНИКА–Т на базе параметрических моделей, интегрированной с графическими интерфейсами подсистемы анализа объемных конструкций РЭС на механические воздействия АСОНИКА-М. 5. Разработка программных модулей «БКТ», «БЭТ», «БЦТ», «БЭТС», «ШКАФ» для ввода исходных данных и автоматического построения моделей тепловых моделей с учетом парамет-ризации. 6. Разработка методики проектирования конструкций РЭС с учетом тепловых характери-стик на основе параметрических моделей. 7. Организация вычислительных экспериментов по проверке разработанных алгоритмов автоматического построения тепловых моделей типовых конструкций РЭС – БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, шкафа. Анализ временных затрат в сравнении с ручным построением моделей. 8. Внедрение разработанного программного и методического обеспечения в практику про-ектирования РЭС на промышленных предприятиях. Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, теории тепло- и массообмена, объектно-ориентированного программиро-вания. Новые научные результаты. При решении задач, поставленных в диссертационной ра-боте, получены следующие новые научные результаты: 1. Разработан метод построения параметрических тепловых моделей объемных конструк-ций РЭС на базе графических интерфейсов, отличающийся от существующих наличием графи-ческих средств автоматизации создания МТП типовых конструкций. 2. Разработаны алгоритмы автоматического построения тепловых моделей типовых конст-рукций РЭС – БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, шкафа, позволяющие значительно сократить по сравне-нию с ручным построением моделей временные затраты на осуществление анализа тепловых процессов и снизить вероятность возникновения ошибки. 3. Разработана структура автоматизированной подсистемы анализа конструкций РЭС на тепловые воздействия АСОНИКА–Т на базе параметрических моделей, интегрированной с графическими интерфейсами подсистемы анализа объемных конструкций РЭС на механические воздействия АСОНИКА-М.
4. Разработана методика проектирования конструкций РЭС с учетом тепловых характери-стик на основе параметрических моделей, отличающаяся от существующих возможностью существенно повысить эффективность проектирования теплонагруженных конструкций РЭС и сократить сроки проектирования с соблюдением требований нормативно-технической докумен-тации (НТД) по тепловым характеристикам. Практическая полезность работы состоит в том, что использование созданной методики и программных средств автоматизированного создания параметрических тепловых моделей ти-повых конструкций РЭС позволяет повысить эффективность проектирования теплонагружен-ных конструкций РЭС и сократить сроки проектирования с соблюдением требований НТД по тепловым характеристикам. Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы (метод, алгоритмы, методика и программное обеспечение) внедрены в практику проек-тирования и производства ОАО «НПП «Волна» (г. Москва) при проектировании многоэтажных шкафов, а также при проектировании БЭТС ОАО «РКК «Энергия». Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Московского государ-ственного института электроники и математики и используются при выполнении студентами специальности «Управление качеством» курсовых и дипломных работ. Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международных и российских конференциях: Международной науч-но-технической конференции «Информационные системы и технологии» (Нижний Новгород, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2008 г.), Вось-мом Международном симпозиуме «Интеллектуальные системы» (Нижний Новгород, 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Современ-ные информационные технологии в науке, образовании и практике» (Оренбург, 2006 г.), IX, X, XI, XII, XIII Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Москва, МИЭМ, 1997 г., 1998 г., 1999 г., 2000 г., 2001 г.), Международной научно-технической конференции и Российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (Сочи, 2000 г.), III Междуна-родной научно-технической конференции «Управление в технических системах – XXI век» (Ковров, 2000 г.), Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студен-тов, посвященной 104-й годовщине Дня радио «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, КГТУ, 1999 г.), Всероссийском совещании-семинаре «Высокие технологии в ре-гиональной информатике» (Воронеж, 1998 г.), Международной научно-технической конферен-ции «Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий» (Сочи, 1998 г.), LIII Научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 1998 г.), Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (Ковров, 1998 г.), Российской научно-технической конференции «Проблемы повышения на-дежности и эффективности в машино- и приборостроении» (Ковров, 1997 г.), Всероссийском совещании-семинаре «Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине» (Воронеж, 1996 г.), Международной научно-технической конферен-ции «Системы управления – конверсия – проблемы» (Ковров, 1996 г.) Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 25 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 1 учебное пособие для вузов. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, за-ключения, списка использованных источников и приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе анализируется современное состояние проблемы и ставится задача иссле-дования.

В данной главе проводится анализ современного состояния существующих методов моделирования тепловых процессов и программных средств и обосновывается необходимость и целесообразность разработки методик и программных средств автоматизированного создания параметрических тепловых моделей типовых конструкций РЭС на базе подсистемы АСОНИКА-Т и на базе графических интерфейсов подсистемы АСОНИКА-М, а также использования метода электротепловой аналогии (ЭТА). Сформулированы основные задачи исследования Во второй главе на основе методов математического моделирования тепловых процессов конструкций РЭС, применяемых в подсистеме АСОНИКАТ, и на основе графических интерфейсов ввода конструкции подсистемы АСОНИКА-М разрабатывается метод построения параметрических тепловых моделей объемных конструкций РЭС на базе графических интерфейсов.
Для практической реализации данного метода разрабатываются алгоритмы автоматического построения тепловых моделей типовых конструкций РЭС – БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, шкафа.
Метод электротепловой аналогии – это один из методов, позволяющих с достаточной точностью исследовать тепловые поля в конструкции РЭС с учетом особенностей их конструктивного построения и условий охлаждения. Метод ЭТА позволяет представить тепловые процессы,
протекающие в конструкциях РЭС, в виде эквивалентной электрической цепи, которая в дальнейшем анализируется при помощи хорошо отработанного в настоящее время математического аппарата по численному анализу электрических цепей. Математически такой прием можно представить заменой дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих тепловые процессы в конструкциях, уравнениями в конечных разностях. Дифференциальное уравнение Фурье-Кирхгофа в применении к твердым изотропным телам при решении стационарной задачи в декартовой системе координат имеет вид:

где ? - коэффициент теплопроводности материала изотропного твердого тела; qV- удельная
мощность внутренних источников энергии; Т – температура; ? - оператор Лапласа. В диссертации конечно-разностное уравнение, описывающее теплообмен в элементарном тела, приведено к следующему виду: , , имеют физический смысл и размерность (Вт/К) тепловых проводимостей между соседними элементарными объемами твердого тела по осям ОХ, ОY и OZ соответственно:

где ?x, ?y, ?z – размеры параллелепипедов, на которые условно разбивается твердое тело; Тi температура соседних элементарных объемов.
Конечно-разностное уравнение (1), описывающее теплообмен в элементарном объеме твердого тела, имеет аналогом уравнение, записанное на основе 1-го закона Кирхгофа для суммы токов 0-го узла электрической цепи, представленной на рис.1.
В данной главе также рассматриваются граничные условия первого, второго, третьего ичетвертого родов. Для границы твердого тела и окружающей среды могут быть заданы граничные условия различных родов. В диссертации конечно-разностное уравнение, описывающее
теплообмен в элементарном объеме твердого тела, например, с учетом граничных условий второго рода, приведено к следующему виду:
Таким образом, процессы теплопередачи в твердом теле с граничными условиями любогорода можно смоделировать эквивалентной электрической схемой. Используя модели элементарных объемов твердого тела и используя заданные граничные условия, можно распространить метод ЭТА на описание процессов теплопередачи во всем РЭС и перейти к его МТП. При этом наблюдается следующая аналогия: потенциал узла эквивалентной электрической схемы аналогичен температуре соответствующей этому узлу части РЭС; электрические проводимости – тепловым проводимостям; сила тока – тепловому потоку; источник тока, направленный в узел электрической схемы, – мощности тепловыделений соответствующей этому узлу части РЭС; источник тока, направленный из узла электрической схемы, – мощности теплопоглощений в соответствующей этому узлу части РЭС; источник напряжения – заданной температуре соответствующей части РЭС. В соответствии с таким подходом конструкция РЭС разбивается на элементарные объемы
такого размера, что с достаточной точностью можно их считать изотермичными. Представление конструкции РЭС совокупностью тепловых проводимостей между всеми объемами, через которые проходит тепловой поток, приводит к электрической цепи большой размерности, которая может быть проанализирована методами, применяемыми при анализе на ЭВМ электрических схем.
В диссертации при решении нестационарных задач в электрическую эквивалентную цепь вводятся конденсаторы, которые моделируют теплоемкости соответствующих условно изотер мичных объемов конструкции РЭС. Наличие конденсаторов в схеме можно пояснить уравнением (1), в которое вводится соответствующая компонента, т. е.

Для анализа моделей тепловых процессов используется топологическая форма представления МТП. Под топологической моделью тепловых процессов понимается модель, представленная в виде ненаправленного графа. Вершины (узлы) такого графа в МТП моделируют соот-
ветствующие конструктивные элементы и узлы конструкции РЭС (представляются в виде условно нагретых зон). Ветви (ребра) графа отражают в МТП тепловые потоки. Переменными узлов МТП являются расчетные значения температур (Тi), переменными ветвей будут тепловые потоки (?ij), а параметрами ветвей – тепловые проводимости (Хij). В отличие от других видов моделей, топологические модели тепловых процессов позволяют в простой форме задавать граничные условия различных родов и их комбинаций по объемам и поверхностям конструкции РЭС при помощи соответствующих компонентов графа (ветвей, источников заданной температуры и (или) источников с заданной тепловой мощностью). К достоинствам топологических моделей следует отнести: возможность довольно простого перехода, в случае необходимости, к другим унифицированным видам математических моделей РЭС; возможность применения единых методов формирования и решения математических моделей, включая аппарат теории чувствительности. В главе 2 разработана концепция построения тепловых параметрических моделей объемных типовых конструкций на базе подсистемы АСОНИКА-Т и на безе графических интерфейсов подсистемы АСОНИКА-М. Рассмотрим две подсистемы в системе АСОНИКА: АСОНИКАТ (подсистема анализа тепловых процессов) и АСОНИКА-М (подсистема анализа механических процессов). Подсистема АСОНИКА-Т предназначена для проведения расчетов нетиповых конструкций РЭС на все виды теплового воздействия. Главную часть при работе с данной подсистемой занимает процесс построения топологической МТП исследуемой конструкции. Для нетиповых (нестандартных) конструкций используется ручное построение МТП. При этом возможно появление ошибок, которые в последующем будет сложно отыскать и исправить. Особенно это актуально при построении сложных моделей, состоящих из большого количества узлов и ветвей. В подсистеме АСОНИКА-Т реализовано расчетное ядро, позволяющее проводить расчет тепловых характеристик нетиповых конструкций РЭС на все виды тепловых воздействий.
Подсистема АСОНИКА-М предназначена для расчета механических характеристик. Она содержит графический интерфейс, позволяющий вводить следующие типовые конструкции РЭС – БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, шкаф. Физические модели всех конструкций являются параметрическими, т.е. пользователю предоставляется возможность ввода произвольного количества структурных элементов модели.
Для каждого вида типовой конструкции задаются свои параметры. Современные условия характеризуются все более жесткой конкуренцией на внутреннем и международном рынке, повышением сложности и наукоемкости продукции и ставят перед промышленниками и предпринимателями страны такие проблемы, как критичность времени, требующегося для создания изделия и организации его продажи; снижение всех видов затрат, связанных с созданием и сопровождением изделия; повышение качества процессов проектирования и производства. Так как разрабатываемое изделие должно удовлетворять комплексным требованиям по многим воздействиям одновременно, разработчиков интересует не расчет на какое-либо одно воздействие, а комплексный расчет на все виды воздействий. Поэтому именно
комплексный подход (в данном случае совмещение ввода данных для тепловых и механических расчетов) наиболее актуален. Рационально задавать параметры конструкции один раз в рамках графических интерфейсов подсистемы АСОНИКА-М, а затем в соответствии с принципами и стандартами CALS-технологий передавать эти параметры в расчетное ядро подсистемы АСО-НИКА-Т. Режим работы блоков РЭС может быть стационарный (не зависящий от времени) и неста-ционарный (тепловые процессы зависят от времени), поэтому при построении МТП необходи-мо учесть оба варианта. В главе 2 создан общий алгоритм построения МТП блока РЭС, а также представлены раз-работанные алгоритмы построения МТП типовых конструкций РЭС – БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, шкафа для всех возможных условий охлаждения. В качестве примера приведем алгоритм построения МТП блока этажерочного типа сложной конструкции для естественного охлажде-ния. Внутри БЭТС может находиться произвольное количество этажерок. Каждая этажерка в общем виде содержит произвольное количество ПУ. Количество этажерок, а также варианты их размещения в блоке произвольны. На стенках блока также могут быть произвольно располо-женные внутренние и внешние элементы. Внутренние элементы могут быть как тепловыде-ляющими (например, трансформаторы), так и не тепловыделяющими. Внешние элементы могут быть тепловыделяющими, не тепловыделяющими или радиаторами. На рис.2. приведен пример блока РЭС этажерочного типа сложной конструкции. Рассмотрим алгоритм построения МТП конструкции типа БЭТС для естественного охлаждения, созданный с учетом принятых в диссертации идеализаций и видов тепловых взаимодействий. Схема данного алгоритма представлена на рис.3. Блок 1. Построение МТП корпуса БЭТС. Стенки блока взаимодействуют посредством ес-тественной конвекции и излучения с окружающей средой; стенки блока, имеющие общее ребро, взаимодействуют друг с другом посредством кондукции (теплопроводности). Блок 2. В узел, моделирующий окружающую среду, включен источник постоянной темпе-ратуры. Блок 3. Начало цикла по количеству этажерок. Блок 4. Начало цикла по количеству ПУ в каждой этажерке. Блок 5. Определяются мощности тепловыделения для каждого ПУ внутри этажерки. Блок 6. Учет теплопроводности между ПУ внутри каждой этажерки через шпильки. Блок 7. Каждый ПУ внутри этажерки конвекцией и излучением взаимодействует с верх-ним и нижним промежуточными воздушными узлами, моделирующими воздушные прослойки. Блок 8. Этажерки посредством конвекции и излучения через промежуточные воздушные прослойки взаимодействуют с граничащими с ними гранями корпуса или с соседними этажер-ками.
Блок 9. Этажерки посредством теплопроводности через шпильки взаимодействуют с гра-ничащими с ними гранями корпуса или с соседними этажерками. Например, верхние этажерки своими верхними платами осуществляют теплообмен с верхней гранью корпуса (при наличии крепления к верхней грани корпуса), нижние этажерки своими нижними платами – с нижней гранью корпуса (при наличии крепления к нижней грани корпуса), ближайшие по вертикали этажерки (при наличие общих шпилек) осуществляют теплообмен путем теплопроводности между нижним ПУ верхней этажерки и верхним ПУ нижней этажерки.
На первом этапе проводится анализ типовой конструкции. Цель данного анализа – опреде-лить исходные данные для параметрической МТП. Для этого вручную строится МТП конст-рукции и определяются все данные, необходимые для создания МТП. На этом же этапе прово-дится и анализ возможных граничных условий: определяются параметры окружающей среды, которые потребуется включить в МТП. Результатом данного анализа являются параметры МТП. Проводится типизация параметров для организации диалогового ввода. Рассматриваются геометрические параметры конструкции, теплофизические параметры материалов конструкции и параметры среды. Необходимо проанализировать параметры типовых 3D-моделей, с которыми позволяет работать подсистема АСОНИКА-М, и добавить в графические интерфейсы возможность ввода параметров, необходимых для построения МТП. Для этого интерфейс подсистемы АСОНИКА-М дополнен визуальными компонентами, позволяющими ввести данные о значениях парамет-ров, необходимых для теплового расчета, таких как наличие или отсутствие среды (вакуум), способы охлаждения в среде (естественное, принудительное, перфорация), для принудительно-го охлаждения и перфорации – скорость обдува, коэффициент заполнения канала. Предусмот-рена возможность выбора наличия или отсутствия теплоотводящей поверхности, в случае ее наличия задается температура теплоотводящей поверхности. Вводится значение давления и температуры окружающей среды. Предусмотрена возможность задания мощности источника тепловыделения для каждой кассеты. Предусмотрена возможность ввода некоторых дополни-тельных геометрических параметров конструкции. Для автоматизации ввода теплофизических параметров материалов конструкции в струк-туре метода предусмотрено наличие информационного обеспечения, а именно базы данных ма-териалов, которая специально дополнена теплофизическими данными. Пользователю предос-тавляется возможность выбора материала, а все теплофизические параметры выбранного мате-риала считываются программными средствами и используются для построения МТП автомати-чески. Следующие этапы работы – создание алгоритма автоматического построения параметри-ческой МТП типовой конструкции и его программная реализация. На этом этапе необходима интеграция программного модуля с подсистемой АСОНИКА-ТМ, т.к. результаты теплового расчета типовой конструкции являются граничными условиями для расчета печатных узлов и в качестве входных данных передаются в подсистему АСОНИКА-ТМ. Также необходима интеграция программного модуля с расчетным ядром подсистемы АСОНИКА-Т. Для реализации данного этапа за основу взяты методы и методики моделирова-ния тепловых процессов, принятые в подсистеме АСОНИКА-Т, а также математические модели тепловых процессов, используемые в расчетном ядре подсистемы АСОНИКА-Т. Заключитель-ные этапы работы – верификация МТП при различных комбинациях варьируемых параметров и оценка эффективности параметрической модели. В третьей главе представлены структура, входные и выходные данные автоматизирован-ной подсистемы АСОНИКА-Т, интегрированной с графическими интерфейсами подсистемы АСОНИКА-М. Каждая из подсистем АСОНИКА-Т и АСОНИКА-М представляет собой ком-плекс программ для ЭВМ, предназначенный для функционирования как в составе системы АСОНИКА, так и в автономном режиме, как самостоятельная подсистема. Предусмотрена так-же возможность использования подсистемы в комплексе с другими системами схемотехниче-ского проектирования. В диссертационной работе предлагается подход комплексного использо-вания подсистем АСОНИКА-Т и АСОНИКА-М. На рис.5. приведена структурная схема под-системы АСОНИКА-Т, интегрированной с графическими интерфейсами подсистемы АСОНИ-КА-М. В подсистеме АСОНИКА-М существовали интерфейсы ввода геометрических и физико-механических параметров конструкций БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, шкафов. Для реализации ком-плексного расчета данные интерфейсы доработаны, в них добавлена возможность ввода тепло-вых параметров конструкций РЭС приведенных выше типов. Подсистема АСОНИКА-М допол-нена модулями автоматического построения МТП конструкций указанных выше типов, создан-ных на базе графического интерфейса подсистемы АСОНИКА-М. Из подсистемы АСОНИКА-Т для комплексного расчета используются расчетный модуль, в котором заложены математические модели всех видов тепловых взаимодействий элементов конструкции, и модуль вывода результатов расчета.

Используя параметрические данные о конструкциях РЭС, введенные с помощью графиче-ских интерфейсов подсистемы АСОНИКА-М, расчетное ядро подсистемы АСОНИКА-Т, а так-же разработанные алгоритмы создания МТП, получена возможность проводить стационарный и нестационарный расчеты тепловых процессов конструкций РЭС. В качестве выходных данных по результатам расчета пользователь получает информацию о температурах в узлах модели в табличном виде и в виде текстового файла. При проведении нестационарного расчета пользователь также в табличном виде получает информацию о темпе-ратуре узлов модели в каждый период времени, а также график зависимости температуры в уз-лах модели от времени. Следует отметить, что пользователь по желанию может вывести график зависимости как во всех узлах модели, так и в конкретном, интересующем его узле. В четвертой главе разработана методика проектирования конструкций РЭС с учетом теп-ловых характеристик на основе параметрических моделей. Алгоритм методики представлен в диссертации. Проектирование начинается с получения технического задания (ТЗ) на разработку, кото-рое содержит наряду с другими требованиями и требования по тепловым режимам и условиям эксплуатации конструкции. После получения ТЗ проводится анализ конструкции: определяется, является ли конструкция типовой. Если конструкция нетиповая, то МТП блока РЭС строится вручную в подсистеме АСОНИКА-Т. Если конструкция РЭС типовая, то конструктор опреде-ляет ее тип: БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, или шкаф. Далее делается выбор: строить модель теплового процесса на базе параметрических моделей подсистемы АСОНИКА-Т или на базе параметриче-ских моделей подсистемы АСОНИКА-Т, интегрированной с графическими интерфейсами под-системы АСОНИКА-М. Если необходим только тепловой расчет, то целесообразно строить мо-дель теплового процесса на базе параметрических моделей подсистемы АСОНИКА-Т. Если геометрические и механические параметры конструкции уже заданы в графическом интерфейсе подсистемы АСОНИКА-М с целью проведения анализа конструкции на механические воздей-ствия или если предполагается провести анализ конструкции на механические воздействия, то необходимо использовать графические интерфейсы подсистемы АСОНИКА-М. Далее осуществляется автоматическое построение МТП конструкции РЭС и расчет ста-ционарного или нестационарного теплового процесса в конструкции РЭС. Затем следует про-верка, есть ли ЭРИ на корпусе. В случае положительного ответа проверяется условие соответ-ствия температуры ЭРИ допустимым значениям. В случае несоответствия вносятся изменения в конструкцию блока РЭС, вносятся изменения в геометрические и теплофизические параметры конструкции в зависимости от варианта построения МТП, автоматически перестраивается МТП и повторяется расчет. Возможны следующие изменения в конструкции блока РЭС: 1) изменение геометрических параметров блока (размеры, толщины); 2) изменение теплофизических параметров материала блока (коэффициента черноты – либо изменяется материал, либо применяется краска; коэффи-циента теплопроводности; коэффициента смазки; для нестационарного режима меняется удель-ная теплоемкость, т.е. время переходного процесса); 3) введение радиатора; 4) изменение типа и параметров радиатора; 5) использование теплоотводящего основания; 6) использование венти-лятора; 7) изменение параметров вентилятора и др. Если ли на корпусе ЭРИ отсутствуют или температуры ЭРИ на корпусе соответствуют до-пустимым значениям, то рассчитываются тепловые режимы ЭРИ в АСОНИКА-ТМ. Проверяет-ся условие соответствия температуры ЭРИ допустимым значениям. В случае несоответствия вносятся изменения в конструкцию ПУ и повторяется расчет тепловых режимов ЭРИ в АСО-НИКА-ТМ. Возможны следующие изменения в конструкции ПУ: 1) изменение геометрических разме-ров ПУ; 2) изменение материала ПУ (например, применение трехслойной конструкции, внутри которой находится металлический слой); 3) изменение теплофизических параметров ПУ (на-пример, изменение коэффициента смазки для микросхем или мощных транзисторов); 4) введе-ние локальных радиаторов и вентиляторов и др.

В случае несоответствия температуры ЭРИ допустимым значениям также вносятся изме-нения в конструкцию блока РЭС и делается возврат к вводу геометрических параметров и па-раметров материалов в АСОНИКА-Т или в АСОНИКА-ТМ и повторяется расчет тепловых ре-жимов ЭРИ в АСОНИКА-ТМ. Если результаты расчета удовлетворяют требованиям ТЗ, то формируется отчет со значениями температур в узлах модели и работа заканчивается. Для проверки разработанного метода проведена серия вычислительных экспериментов. Цели вычислительных экспериментов: 1) проверка правильности построения моделей; 2) оцен-ка времени на подготовку и ввод каждой модели. Для примера в таблице 1 приведены результаты вычислительного эксперимента для теп-ловой модели БЦТ.

Для сравнения итоговое время на подготовку МТП с использованием разработанных в диссертации метода и алгоритмов составляет в среднем 10 минут, причем количество ПУ слабо влияет на время подготовки МТП. Таким образом, временные затраты на построение МТП со-кращаются в десятки раз, что в итоге значительно повышает эффективность проектирования теплонагруженных конструкций РЭС.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Основные научные, теоретические и практические результаты работы состоят в следую-щем:
1. Разработан метод построения параметрических тепловых моделей объемных конструк-ций РЭС на базе графических интерфейсов, отличающийся от существующих наличием графи-ческих средств автоматизации создания МТП типовых конструкций. 2. Разработаны алгоритмы автоматического построения тепловых моделей типовых конст-рукций РЭС – БКТ, БЭТ, БЦТ, БЭТС, шкафа, позволяющие значительно сократить по сравне-нию с ручным построением моделей временные затраты на осуществление анализа тепловых процессов и снизить вероятность возникновения ошибки. 3. Разработана структура автоматизированной подсистемы анализа конструкций РЭС на тепловые воздействия АСОНИКА–Т на базе параметрических моделей, интегрированной с графическими интерфейсами подсистемы анализа объемных конструкций РЭС на механические воздействия АСОНИКА-М. 4. Разработаны программные модули «БКТ», «БЭТ», «БЦТ», «БЭТС», «ШКАФ» для ввода исходных данных и автоматического построения моделей тепловых моделей с учетом парамет-ризации. 5. Разработана методика проектирования конструкций РЭС с учетом тепловых характери-стик на основе параметрических моделей, отличающаяся от существующих возможностью су-щественно повысить эффективность проектирования теплонагруженных конструкций РЭС и сократить сроки проектирования с соблюдением требований НТД по тепловым характеристи-кам.

6. Осуществлено внедрение разработанного программного и методического обеспечения в практику проектирования РЭС на промышленных предприятиях.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Шалумова Н.А. Автоматизация построения тепловых моделей // Качество. Инновации. Образование. - 2008. - № 9. - С.46-51. 2. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Интегрированная САПР радиоэлектронной аппаратуры// Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА. - 2001. - № 6. - С.49 - 52. 3. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Проектирование высоконадежной радиотехнической ап-паратуры на базе автоматизированной системы АСОНИКА // Радиопромышленность. - 2008. - № 2. – С123-127. 4. Шалумов А.С., Манохин А.И., Шалумова Н.А. Моделирование тепловых процессов в технических объектах с помощью автоматизированной подсистемы АСОНИКА-Т: Учебное по-собие. - Ковров: Ковровская государственная технологическая академия, 2004. - 180с. 5. Шалумова Н.А. Программный модуль для расчета теплового режима блока этажерочной конструкции сложного типа // «Современные информационные технологии в науке, образова-нии и практике» / Материалы седьмой всероссийской научно-практической конференции (с международным участием). - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2008. - С.56-58. 6. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Методология компьютерного проектирования электрон-ных компонентов с учетом тепловых и механических воздействий на основе системы АСОНИ-КА// «Пассивные электронные компоненты - 2008» / Труды международной научно-технической конференции. – Н.Новгород: ЭРКОН, 2008. - С.199-206. 7. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Методология принятия решения по обеспечению стой-кости радиоэлектронных средств к внешним воздействующим факторам на основе автоматизи-рованной системы АСОНИКА// «Интеллектуальные системы» / Труды Восьмого Международ-ного симпозиума / под ред. К.А. Пупкова. – М.: РУСАКИ, 2008. - С.61-64. 8. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Графические интерфейсы для моделирования тепловых процессов в типовых блоках радиоэлектронных средств // «Информационные системы и техно-логии» / Материалы Международной научно-технической конференции. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2008. - С.175-176. 9. Шалумова Н.А., Шалумов А.С. Измерение выходных характеристик радиотехнических устройств с учетом влияния разбросов параметров // «Датчики и преобразователи информаци-онных систем измерения, контроля и управления»: Тез.докл./ IX Научно-техническая конфе-ренция с участием зарубежных специалистов; под ред.В.Н.Азарова. - М.: МГИЭМ, 1997. - Т.2,с.377-378. 10. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Анализ влияния разброса теплофизических и физико-механических параметров материалов конструкций на надежность электронных приборов// «Проблемы повышения надежности и эффективности в машино- и приборостроении»: Тез.докл./ Материалы Российской научно-технической конференции. - Ковров, 1997. - С.81-82. 11. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Информационно-измерительная система контроля теп-ловых и механических полей в конструкциях блоков электронной аппаратуры // «Датчики и преобразователи информационных систем измерения, контроля и управления»: Тез.докл./ X Научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов; под ред.В.Н.Азарова. - М.: МГИЭМ, 1998. - Т.2,с.357-359. 12. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Комплексное моделирование тепловых и механических процессов в конструкциях шкафов РЭС: Тез.докл./ LIII Научная сессия, посвященная Дню ра-дио. - М., 1998. - С.41-42. 13. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Метод комплексного моделирования тепловых и меха-нических процессов // «Управление в технических системах»: Материалы международной на-учно-технической конференции. - Ковров, 1998. - С.290-292.

14. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Автоматизированное проектирование радиоэлектрон-ных средств как составная часть новейших информационных CALS-технологий// «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления»: Тез.докл./ XII Науч-но-техническая конференция с участием зарубежных специалистов; под ред.В.Н.Азарова. - М.: МГИЭМ, 2000. - С.198-199. 15. Данилов М.М., Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Оптимальное проектирование конст-рукций РЭС, установленных на виброизоляторах // «Системные проблемы качества, математи-ческого моделирования и информационных технологий»: Тез.докл./ Международная научно-техническая конференция и Российская научная школа молодых ученых и специалистов. - Ч.4. - М.; Сочи, 2000. - С.124-125. 16. Шалумова Н.А., Шалумов А.С. Методика расчета тепловых процессов в РЭС с приме-нением автоматизированной подсистемы АСОНИКА-Т// «Управление в технических системах – XXI век»: Сборник научных трудов III Международной научно-технической конференции. - Ковров, 2000. - С.153-155. 17. Данилов М.М.,Шалумова Н.А.,Шалумов А.С. Метод оптимального проектирования конструкций РЭС,установленных на виброизоляторах //Сборник научных трудов Красноярско-го государственного технического университета. - Красноярск: КГТУ, 2000. - С.264-267. 18. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Автоматизация формирования карт рабочих режимов электрорадиоизделий в интегрированной САПР электроники// «Датчики и преобразователи ин-формации систем измерения, контроля и управления»: Тез.докл./ XIII Научно-техническая кон-ференция с участием зарубежных специалистов;под ред.В.Н.Азарова.-М.:МГИЭМ, 2001.-С.313. 19. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Математическое моделирование механических процес-сов в стоечных конструкциях электронной аппаратуры и оптимизация их параметров // «Мате-матическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине»: Тез.докл./ Всероссийское совещание-семинар. - Ч.2. - Воронеж,1996. - С.82. 20. Шалумов А.С., Шалумова Н.А., Воркуев С.И. Обеспечение стойкости электронных блоков на виброизоляторах в составе следящих систем к механическим воздействиям // «Сис-темы управления - конверсия – проблемы»: Материалы международной научно-технической конференции. - Ковров, 1996. - С.76-77. 21. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Метод исследования механических моделей конструк-ций радиоэлектронных средств при решении задачи оптимального проектирования // Информа-тика-машиностроение. - 1998. Вып.2. - С.6-11. 22. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Разработка алгоритмов и программ автоматического построения моделей механических процессов конструкций РЭС // «Высокие технологии в ре-гиональной информатике»: Тез.докл./ Всероссийское совещание-семинар. - Ч.2. - Воро-неж,1998. - С.160. 23. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Автоматизация допускового анализа механических ха-рактеристик типовых конструкций радиоэлектронных средств // «Системные проблемы надеж-ности, математического моделирования и информационных технологий»: Тез.докл./ Междуна-родная научно-техническая конференция. - Ч.1. - М.; Сочи,1998. - С.6-7. 24. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Макромодели механических процессов в типовых кон-струкциях РЭС и методы формализации их синтеза // «Современные проблемы радиоэлектро-ники»: Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 104-й годовщине Дня радио. - Красноярск: КГТУ,1999. - С.240-243. 25. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Автоинтерактивный расчет механических характери-стик радиоэлектронных конструкций на ранних этапах проектирования // «Датчики и преоб-разователи информационных систем измерения, контроля и управления»: Тез.докл./ XI На-учно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов; под ред.В.Н.Азарова. - М.: МГИЭМ, 1999. - С.100-101.