40

Введение

Никакие измерения не могут быть абсолютно точными. Измеряя какую-либо величину, мы всегда получаем результат с некоторой погрешностью (ошибкой). Другими словами, измеряемое значение величины всегда отличается от истинного ее значения. Поэтому одной из основных задач проектировщика есть выявление допустимых отклонений результатов измерений. Эта задача называется задачей допускового проектирования.

Задача допускового проектирования является одним из важнейших этапов при проектировании, поскольку от ее решения зависят ключевые параметры проектирования, которые дальше будут использоваться на следующих ступенях. Например, на этапе допускового проектирования решается, насколько дорогими и точными должны быть радиоэлементы в печатных платах для обеспечения стабильной работы продукции, которая разрабатывается. Рациональный подбор этих параметров может не только обеспечить необходимую надежность продукта, но и экономить значительное количество ресурсов[1].

Сегодня, благодаря росту сложности аппаратуры, вызванному непрерывному техническому прогрессу, возникает потребность в усовершенствовании процесса проектирования в направлении уменьшения стоимости аппаратуры при обеспечении работоспособности для заданных условий эксплуатации. Одним из условий работоспособности есть соблюдение заданной точности и стабильность исходных характеристик, которая определяется отклонениями параметров элементов от их номинальных значений.

Возникает необходимость в использовании специализированной программной системы способной эффективно решить задачу синтеза допустимых погрешностей к радиоэлементам (допусков) как можно быстрее с минимумом расходов человеческого ресурса, тем же избежать ошибок связанных с человеческим фактором.

Современные системы автоматизированного проектирования не содержат специализированного инструментария для решения задачи синтеза допусков, а для решения этой задачи средствами математических CAS [2] нужно высокий уровень знаний пользователя в областях, как программирование, так и математики.

Поэтому возникла потребность в разработке дополнительного специализированной программной системы способной эффективно решать эти задачи с применением минимума усилий, за короткое время и что не требует от пользователя углубленных знаний в программировании. Одной из важнейших функций такого программного обеспечения, есть предоставление пользовательские возможности самостоятельно формировать математические модели, которые дальше будут использоваться системой допускового проектирования.

Таким образом, целью дипломного проекта является разработка программной системы, которая реализует взаимодействие между модулем формирования математических моделей и системой уступительного проектирования.

1 Анализ предметной области

1.1 Анализ задач допускового проектирования

Проектирование – это сложный специфический вид созидательной деятельности человека, основанный на глубоких научных знаниях и творческом поиске, использовании накопленного опыта и навыков в определенной сфере, не лишенный, однако, необходимости выполнения трудоемких рутинных работ. [3]

Рассмотрим задачи допускового проектирования на примере проектирования радиоэлектронных средств (РЭС). Ни один параметр элемента РЭС не может быть реализован со значением, в точности равным номинальному. На отклонения будут влиять технологические погрешности изготовления самого элемента, разброс параметров материалов, из которых он выполнен, а также условия эксплуатации (старение элемента, температура, влажность и т.п.).

Следовательно, Параметры элементов РЭС есть случайные величины с определенными статистическими характеристиками. Наличие разброса параметров элементов неминуемо приводит к появлению разброса внешних характеристик РЭС, поэтому последние тоже случайные величины, но уже с неизвестными статистическими характеристиками. Найти разброс внешних характеристик можно, изготовив опытную партию разрабатываемого компонента РЭС, экспериментально исследовав их внешние характеристики и выполнив статистическую обработку результатов измерений. Однако такой подход требует значительных затрат времени, материалов и труда, а в результате компонент может оказаться непригодным к серийному выпуску.

Поэтому встает задача учета влияния разброса параметров с помощью ЭВМ при замене изготовления и испытания образцов их математическим моделированием. При этом можно ввести следующую классификацию решаемых задач.

Допусковый анализ – заданы структура компонента РЭС и его нормальные параметры, а также допуски на них. Требуется найти возникающие допуски внешних характеристик компонента. Даная задача решается, когда устройство полностью спроектировано и необходимо лишь проанализировать влияние разброса параметров для оценки изделия при его выпуске в серию и необходимости введения подстроечных элементов.

Допусковый синтез – заданы структура компонента РЭС и его номинальные параметры, а также допуски на внешние характеристики. Требуется найти допуски на параметры элементов.

Предположим, что для использования в сложной технической системе существует набор из n альтернативных типов элементов c_i (i=1,2,…, n). Выходные характеристики элементов образуют пространство X. Для каждого типа элементов ei эти характеристики имеют свои, отличающиеся друг от друга многомерные распределения и, следовательно, области распределения М_i. Каждый тип элементов имеет также свою стоимость С_i.

Таким образом, в пространстве характеристик X существует область работоспособности К и ряд областей распределения характеристик М_i (Рисунок 1.1). Данная задача обратна допусковому анализу и возникает, когда устройство спроектировано, но еще не выбраны требования на точность изготовления элементов.

Статистический параметрический синтез – заданы структура компонента РЭС, допустимые границы его параметров и допуски на них, а также требуемые уровни и допуски для внешних характеристик. Требуется найти номинальные параметры. Даная задача возникает, когда наличие разброса параметров необходимо учесть еще на этапе проектирования компонента.

Статистический структурный синтез – заданы лишь требуемые уровни внешних характеристик компонента РЭС и допуски на них. Требуется найти структуру компонента и номинальные параметры. Учитывая, что проблема структурного синтеза на ЭВМ (электронно-вычислительных машинах), даже по детерминированной модели, в настоящее время решена лишь ограниченных классов цепей, данную задачу в дальнейшем рассматривать не будем [4].

Рисунок 1.1 – Варианты взаимного расположения областей распределения М_i и области работоспособности К

Таким образом, наиболее часто решаемыми задачами допускового проектирования являются задачи допускового синтеза и анализа. Для решения этих задач необходимо задавать математическую модель, которая описывает связь между параметрами радиоэлектронных компонентов и выходными характеристиками радиоэлектронного устройства.