ИТПРЭС 2008 (Информационные технологии в проектировании РЭС) / Лекция 5ВР

Лекция 5

Методология проектирования современных радиоэлектронных средств

Методология проектирования современных радиоэлектронных средств ориентируется на СALS-технологии), которые направлены на информационную поддержку всего жизненного цикла РЭС и базируются на стандартизованных методах представления данных и безбумажном электронном обмене данных. В то же время проектирование высоконадежных РЭС опирается на комплексные исследования их характеристик [1], методическое обеспечение которых не определяется CALS-идеологией. Для выполнения таких исследований необходимо реализовать функции по накоплению, обработке, хранению, распространению и отображению информации в соответствии с методологическими аспектами PDM-технологии (Produсt Data Management), являющейся составной частью СALS-технологий [2]. Логистика такого подхода в конечном итоге опирается на работу с информационными объектами интегрированного описания изделия, выполненного в соответствии со стандартом ISO 10303 STEP.

С учетом вышеизложенного в данной работе, для реализации процесса разработки РЭС на основе комплексных исследований их характеристик в рамках СALS-технологий, предлагается использовать электронный макет (ЭМ) РЭС [1], структура которого приведена на рис. 1. Для представленной структуры ЭМ было выработано следующее определение: "Электронный макет - это единое пространство параметров и переменных модельного ряда, отражающего схемотехническую и/или конструкторскотехнологическую реализацию отдельных частей или РЭС в целом, полученную на основе комплексных исследований характеристик РЭС средствами математического моделирования, осуществляемого, в свою очередь, в рамках информационного ("электронного") взаимодействия разработчиков на любом этапе жизненного цикла РЭС с использованием CALS-идеологии".

Исходя из приведённого определения, рассмотрим структуру ЭМ.

Единое пространство модельных параметров отражается в ЭМ в виде информационного поля IP, а также моделей схемы, эскиза и монтажных пространств. При этом функциональная иерархия РЭС (уровни "i", "n", ..., "m") отображаются на уровнях конструктивной иерархии (уровни "j', "j + 1", "j + 2", :). На конструктивной иерархии отображаются также

модели монтажных пространств РЭС. Такие отображения в совокупности с параметрами (содержатся в IP), описывающих модели схемы, конструкции и монтажных пространств позволяют разработчику наглядно представлять результаты комплексных исследований характеристик РЭС [2]. Модельные ряды схем, конструкций и монтажных пространств могут быть представлены комплектами КД и ТД, объём которых определяется возможностью модельных экспериментов, а также моделью конфигурирования структуры ЭМ. Полученная в конечном итоге модель схемотехнической и/или конструкторскотехнологической реализации перемещается по различным этапам жизненного цикла РЭС путём ее конвертации в стандарт STEP, являющийся основополагающим элементом PDM- технологии.

Для информационного обмена в рамках технологического цикла проектирования РЭС, полученная модель может быть интерпретирована средствами языка EXPRESS (ГОСТ ИСО 10303. Часть 21) в текстовое описание и помещена в репозиторий.

Полученные реализации РЭС опираются на комплексные исследования характеристик РЭС, которые выполняются при помощи соответствующего методического обеспечения [1, 2] с использованием системной комплексной модели (СКМ) РЭС, приведенной на рис. 2. Представленная модель позволяет реализовывать полный цикл проектных исследований, отраженный в конечном итоге в информационном проектном пространстве, характеризующем комплекс схемно-конструкторско-технологических решений, который, в свою очередь, входит в состав ЭМ РЭС. Выдержанные в моделе принципы системного анализа, позволяют в зависимости от комплекса воздействий на РЭС дестабилизирующих факторов, класса РЭС и уровня разукрупнения, изменять количество подмоделей и/или связей между подмоделями и таким образом исследовать наиболее яркие эффекты, проявляющиеся при совместном протекании физических процессов в РЭС. При этой каждый физический процесс или проектная процедура в СКМ выделяется в отдельную подсистему, устанавливаются необходимые связи между подсистемами, и осуществляется исследование одной или нескольких подсистем как единой системы. На рис. 2 отражены основные виды взаимосвязей между подмоделями, транзитом идущие через общее

проектное пространство, в котором в конечном итоге отражаются результаты модельных экспериментов.

Подмодели 1-7 в СКМ, отражающие физические процессы, в общем случае описываются выражениями (1)-(7)[1-3] и согласуются с подмоделями 8 и 9, описываемых выражением

(8) и композицией отображений (9).

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

где

•W - множество операторов, связывающих между собой множества входных воздействий, выходных характеристик, внутренних параметров Q и внешних воздействий z (W{X(V), Y(V), Q(Z)});

•V - независимый аргумент (время, частота, пространственная координаты);

•YЭ() - множество выходных электрических характеристик;

•YТ(), YМ(), YА(), YЭМ(), YR() - множества выходных тепловых, механических, аэродинамических, гидравлических, электромагнитных и радиационных характеристик;

•YНК - множество характеристик надежности и качества РЭС;

•QЭ - множество внутренних электрических параметров РЭС;

•Pэ() - множество мощностей ЭРЭ;

•QТФ, QА, QФМ - множества теплофизических, аэродинамических, гидравлических, и физико-механических параметров РЭС;

•QЭМ, QR - множества электромагнитных и радиационных параметров РЭС;

•QП - множество паразитных параметров;

•QНК - множество модельных параметров для анализа показателей надежности и качества;

•t э - время эксплуатации; GВХ, РВХ - входные расходы и напоры хладоносителей; UВХ(), IВХ() - множества входных (воздействующих) напряжений и токов;

•ТЭКС() - множество эксплуатационных температур;

•аВХ() - множество воздействующих вибраций (случайных, гармонических), ударов, линейных ускорений и акустического шума;

•RВ - множество уровней воздействующих радиационных полей;

•- матрица функций чувствительности электрической модели;

•РОС - давление окружающей среды;

•VК - множество скоростей хладоносителя в каналах конструкции;

•ТК - множество температур стенок каналов;

•ТЭ() - множество локальных температур ЭРЭ;

•аЭ() - множество виброускорений на ЭРЭ при различных механических воздействиях;

•"Техн., τф" - технологический фактор (разброс параметров при изготовлении) и временной фактор (постепенное изменение параметров из-за старения и износа).

(8)

где

•TTPM - термограммы;

•- погрешности измерительных приборов;

•- множество выходных диагностических характеристик - ,

где OK- множество катастрофических отказов; OП - множество параметрических отказов;

•множества диагностических модельных электрических, тепловых и механических параметров.

(9)

где

•Е - множество ЭРЭ;

•М - множество монтажных пространств;

•К - количество уровней конструктивной иерархии РЭС;

•LM - модель монтажного пространства;

•С - список цепей электрической принципиальной схемы РЭС;

•S - конфигурация плёночного, печатного или проводного монтажа.

Мощность n множества W ={W1, W2, ..., WN} моделей физических процессов, исследуемых в процессе проектирования РЭС, определяется диаграммой состояний дестабилизирующих факторов и j-м уровнем иерархии объекта. Таким образом:

где:

где - q-й временной интервал эксплуатации; --сочетание возмущающих факторов Z на q-ом интервале Функционального использования РЭС.

Таким образом процесс "отработки" ЭМ на основе СКМ сводится к получению некоторого проектного пространства PR:

где

•ЕS - эскиз конструкции j-го уровня иерархии;

•SU - схема электрическая принципиальная, реализуемая на конструкции j-го уровня иерархии.

Врамках CALS-идеологии процесс получения PR в работе предлагается строить на основе

множества информацилонно-логических моделей Al, представляемых в виде IDEF/0

(Integrated Definition for Process Modelling) - диаграмм /в CALS-технологиях IDEF/0-

методология используется для функционального моделирования процессов управления/, связывающих на алгоритмическом и информационном уровнях множество моделей физических процессов, описываемых выражениями (1) - (7), модель диагностирования (8), композицию операторов преобразования, используемых в соответствии с выражением (9) в процессе топологического проектирования и множество моделей эвристических процедур, используемых в алгоритмах автоматизированного проектирования РЭС. Таким образом, некоторое проектное решение PR, отраженное в ЭМ РЭС можно представить в виде:

где

•Wп - оператор, связывающий характеристики, воздействия и модельные параметры i-го физического процесса;

•- композиция операторов преобразования, используемых в процессе топологического проектирования РЭС;

•Ex - множество баз знаний, построенных, например, в системе продукций [4]:

где

•Пi - i-я база знаний;

•- множество правил (продукций);

•- множество фактов i-й продукции;

•Np - множество неавтоматизированных эвристических процедур.

Входящая в состав ЭМ модель конфигурирования позволяет в зависимости от особенностей создаваемого РЭС и/или проектной ситуации, и/или способов взаимодействия участников проекта настраивать структуру ЭМ РЭС, которая в дальнейшем наполняется в результате проведения комплексных исследований, перемещается по этапам жизненного цикла и преобразуется в интегрированное описание РЭС. "Передвижение" электронного макета по различным этапам жизненного цикла РЭС, как отмечалось выше, осуществляется через его двунаправленную конвертацию (обратная схема конвертации используется при проведении дополнительных модельных экспериментов) в базу данных (БД), имеющей логическую структуру в соответствии со стандартом STEP. Из интегрированного описания составляющие элементы ЭМ (например, "результаты комплексного исследования характеристик", "Схема структурная и/или принципиальная", "Эскизы конструктивных узлов"), могут транслироваться при помощи соответствующих стандартов (ISO 8879 /язык SGML/, ISO 10744 /Hy Time/, MIL-PRF- 28001C [текстовая и мультимидийная информация] MIL-PRF-28000A, 28002 С, 28003А [графические данные], MIL-PRF-87268, 87269 [технология создания документа]) в интерактивные электронные технические руководства разрабатываемого РЭС.

Модель конфигурирования ЭМ позволяет, например, создать структуру ЭМ (см. рис. 3, а), которая полностью может быть "отработана" по технологии "клиент-сервер" (см. рис. 3, б), например, в рамках виртуальных предприятий, КБ [5]. В некоторых случаях, ЭМ РЭС может быть конфигурирован в полном объёме (включая методическое обеспечение и комплект САПР) и передаваться между подразделениями разрабатывающего предприятия на электронном носителе. Конфигурация ЭМ может, в ряде случаев, отражать локальное схемотехническое и/или конструкторско-технологическое решение, т.е. может быть создан ЭМ только схемы или только конструкции.

Вобщем случае модель конфигурирования позволяет:

•выполнять настройку структуры и параметров системной комплексной модели (устанавливать количество значимых для исследований подмоделей и определять схему взаимосвязей между ними), определяющей в конечном итоге полноту, количество и типы "отрабатываемых" на ЭМ схемно-конструкторско- технологических реализаций;

•определять перечень КД и ТД, определяющий степень и форму описания информационного проектного пространства;

•включать в состав ЭМ необходимый для проведения исследований комплект инженерных методик;

•включать в состав ЭМ набор программных средств, необходимых для реализации инженерных методик.

Вконечном итоге, при любом конфигурировании, все составляющие ЭМ могут быть распределены ("растворены") при помощи модели конвертации по информационным

объектам интегрированного описания РЭС. В случае необходимости ЭМ может быть снова конфигурирован, наполнен исходной информацией, уровень которой определяется этапом жизненного цикла РЭС и использован для проведения комплексных исследований характеристик РЭС как в автономном режиме, так и рамках сетевых технологий.

Таким образом рассмотренный в статье методологический подход, основанный на использовании ЭМ, позволяет реализовать методологию проектирования высоконадежных РЭС с использованием CALS-идеологии.