Автоматизированная система обеспечения надежности и качества аппаратуры «асоника»

Подсистема моделирования электрических процессов РЭС

«АСОНИКА-Э»

Подсистема «АСОНИКА-Э» разработана в соответствии с принципами объектно-ориентированного проектирования программного обеспечения и представляет собой объединение двух программных комплексов, показанных на рис.31.

{spoiler=Подробнее}

Компьютерная радиолаборатория (КРЛ) "VITUS" – главный программный комплекс, функционирующий на ЭВМ IBM PC/AT, он предназначен для проектирования аналоговых радиоэлектронных схем с помощью компьютерного моделирования и наглядной визуализации его исходных данных и результатов. Большая часть процесса проектирования происходит во взаимодействии проектировщика с диалоговым интерфейсом КРЛ. В основу интерфейса положен принцип виртуальной реальности, согласно которому участвующие в диалоге объекты имитируют свои реальные прототипы, как по внешнему виду, так и по способу работы с ними. Так создаваемая с помощью встроенного графического редактора принципиальная схема проектируемого устройства уже является достаточной информацией для ее моделирования. Визуализация результатов моделирования производится посредством размещения на экране набора виртуальных измерительных приборов (осциллограф, анализатор спектра и т.д.), достаточно точно воспроизводящих свои реальные прототипы.

В результате моделирование как таковое скрыто от пользователя КРЛ, а процесс проектирования сводится к имитации макетной отработки, но не на физических, а на виртуальных объектах на экране компьютера.

База данных КРЛ "VITUS" содержит информацию о параметрах моделей биполярных и полевых транзисторов, диодов, стабилитронов, операционных усилителей, ферромагнитных сердечников и макромоделей функциональных узлов РЭС. Благодаря наличию такой базы данных при описании элемента достаточно  указать  его тип, а информация о параметрах будет считана КРЛ из базы данных автоматически.

Для идентификации параметров электрических моделей в подсистеме «АСОНИКА-Э» разработан специальный виртуальный прибор, позволяющий решать эту задачу. Исходными данными для решения задачи идентификации параметров моделей являются данные, приводимые в технических условиях на элементы.

Подсистема моделирования теплоаэродинамических процессов «АСОНИКА-Т»

Подсистема «АСОНИКА-Т», структура которой показана на рис.26, состоит  из следующих основных компонентов: интегрированной среды проектирования (ИСП), набора графических препроцессоров - программ графического ввода (ПГВв), математического ядра, набора графических постпроцессоров – программ графического вывода (ПГВыв), а также набора программных интерфейсов (И).  Интегрированная среда позволяет: осуществлять настройку подсистемы; производить запуск проблемных программ подсистемы (ПГВв, ядра по анализу аэродинамических процессов, ядра по анализу стационарных и нестационарных тепловых процессов, ПГВыв);  выполнять при помощи интерфейсов процедуры по обмену информацией с другими проблемными подсистемами системы «АСОНИКА» и другими САПРами (PCAD, ACCEL, MicroSim). Основным назначением ИСП является создание среды проектирования для конструктора РЭС.

Для взаимодействия с проблемными подсистемами системы «АСОНИКА» и другими САПРами в состав подсистемы входят программные интерфейсы (И1, И2,..., Иi), которые осуществляют обмен данными подсистемы с САПРами через файловые структуры, и головной интерфейс (ГИ).  ГИ предназначен для реализации итерационных вычислительных процедур (в случае учёта взаимного влияния физических процессов) или для осуществления односторонней передачи информации из подсистемы в другие САПРы.

ПГВв подсистемы предназначены для формирования файлов формализованного описания конструкций (ФФОК) РЭС (микросборок, печатных узлов, функциональных ячеек, параметров каналов различной конфигурации, конфигураций различных систем воздушного охлаждения, узлов радиаторов, блоков и микроблоков различной конструкции).  Работа ПГВв предусмотрена в двух режимах: “создание ФФОК” и “редактирование  ФФОК”. Оба режима позволяют проводить сеансы подготовки исходной информации в графическом режиме с использованием справочных файлов по геометрическим и аэро-теплофизическим параметрам (ГТФП) материалов конструкций РЭС и ЭРИ.

Математическое ядро подсистемы включает в свой состав следующие программные блоки (крейты):

• набор блоков,  позволяющих в автоматическом режиме формировать модели тепловых и аэродинамических процессов различных конструкций РЭС на основе информации,  содержащейся в ФФОК и получаемой;
• блок  формирования  математических моделей  для анализа стационарного режима 

(описывается системой нелинейных алгебраических уравнений (СНАУ)) и для анализа во временной области (описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений (СОДУ));

• крейт, содержащий библиотеку аналитических моделей (набор критериальных уравнений по теплообмену и аналитических зависимостей для расчета различных гидравлических сопротивлений) для анализа различных видов теплообмена и их модификаций (в настоящее время в библиотеке около 70 разделов); 
• блок решения СОДУ и СНАУ, включающий в свой состав набор алгоритмов, в том числе алгоритмы получения функций параметрической чувствительности (ФПЧ); 
• блок анализа систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), к которым сводятся на каждом шаге итерационного расчета СОДУ и СНАУ; 
• блок, реализующий вычисление ФПЧ  на основе различных моделей;
• блок формирования результатов анализа математических моделей теплоаэродинамических процессов для последующего просмотра результатов при помощи набора ПГВыв и  для функционирования интерфейсов.

Кроме описанного выше автоматического формирования математической модели в подсистеме предусмотрено  ручное составление пользователем топологической МТП  (в виде графа теплоаэродинамической цепи) и ее вводе при помощи встроенного редактора  «Редактор подсистемы «Пилот»). Это необходимо для исследования плохоформализуемых конструкций с точки зрения построения  объектов.  Данная ветвь в подсистеме позволяет строить МТП разной степени детализации,  а также исследовать новые типы конструкций РЭС с целью дальнейшего перехода к разработке модулей автоматического  формирования  моделей  таких конструкций. В подсистеме «Пилот» предусмотрена возможность описывать мощности тепловыделений, теплоемкости элементов конструкции и ЭРИ,  воздействующие температуры  в виде различных функциональных зависимостей. Это позволяет, используя иерархический подход,  моделировать тепловые режимы  конструкций РЭС со сложными (с точки зрения электрической циклограммы)  условиями функционирования,  а также  учитывать различные особенности охлаждения как отдельных узлов, так и всей конструкции в целом  (имеется ввиду, например,  учет траектории полета аэрокосмического объекта).

Результатом моделирования в подсистеме является информация о температурных полях и распределении воздушных потоков конструкции. Для блоков - это  распределение скоростей и температур воздушных потоков внутри конструкции, а также интегральные температуры конструктивных узлов и ЭРИ, установленных внутри конструкции. Для плоских конструкций - это  температурные поля несущих конструкций (печатной платы, подложек, оснований функциональных ячеек и т.д.),  температуры корпусов и активных зон (p-n переходов) ЭРИ, коэффициенты тепловой нагрузки и т.д.  Как отмечалось выше, пользователем могут быть также получены функции (коэффициенты) параметрической чувствительности (ФПЧ) температур к изменению параметров конструкции, что позволяет конструктору вести процесс синтеза конструкции не интуитивно,  а целенаправленно. Программа вывода позволяет просмотреть температуры ЭРИ (и воздушные потоки) на плоскости платы или внутри блока в виде цветовой палитры, а также выявить перегревшиеся ЭРИ, включив режим фильтрации элементов.

В нестационарном режиме пользователь также может получить тепловые поля конструкции в каждый интересующий его момент времени в виде цветовой палитры или серии цветных графиков, отражающих зависимость температур ЭРИ или различных точек конструкции от времени. Дополнительно,  в качестве выходной информации,  подсистема  выводит интегральные тепловые и геометрические характеристики (ИТГХ), на основе которых могут строиться иерархические расчеты.  Это позволяет конструктору проводить математическое моделирование конструктивно сложных объектов РЭС,  предварительно проводя их конструктивную декомпозицию на основе разработанных методик  иерархического моделирования РЭС, которые входят в методическое обеспечение подсистемы.

Подсистема совместного моделирования тепловых и механических процессов «АСОНИКА–ТМ»

Автоматизированная подсистема комплексного анализа конструкций РЭС на тепловые и сложные механические воздействия «АСОНИКА-ТМ» в отличие от всех существующих программных средств по анализу механических характеристик предназначена для использования на ранних этапах проектирования конструкций радиоэлектронных средств и ориентирована на конструктора РЭС, не владеющего специальными знаниями в области математического моделирования. Она позволяет в кратчайшие сроки, используя специализированные графические интерфейсы и банк данных, осуществить ввод в ЭВМ конструкцию РЭС, содержащую тысячи ЭРИ и десятки разнообразных конструкционных материалов, что в целом позволяет повысить эффективность и качество автоматизированного проектирования, объединив опыт разработчика и вычислительные ресурсы ЭВМ.

Структура подсистемы «АСОНИКА-ТМ» представлена на рис.33. Подсистема имеет в своем составе монитор (управляющую программу), обеспечивающий связь между сервисной оболочкой и программными модулями, входящими в подсистему. Монитор дает возможность пользователю осуществить выбор задач, обеспечить программу входной информацией, организовать процесс управления программным обеспечением подсистемы.

Информационная  согласованность подсистемы «АСОНИКА-ТМ» с подсистемами «Асоника-Э» и «АСОНИКА-К» достигается с помощью интерфейсов связи, задачей которых является преобразование структуры и выходных форматов одной подсистемы во входные  форматы и структуру, приемлемые для другой подсистемы.

Через  интерфейс связи с подсистемой «Асоника-Э» в подсистему «АСОНИКА-ТМ» передается информация о токах через элементы и узловых  потенциалах для каждого функционального узла аппаратуры; затем по полученным значениям производится расчет мощностей тепловыделений на ЭРИ. Этот же интерфейс получает из подсистемы «АСОНИКА-ТМ» значения температур на РЭ и формирует входной файл для подсистемы «Асоника-Э». Интерфейс связи  тепловых  и   механических   расчетов  внутри  подсистемы АСОНИКА-ТМ» «ИНТЕРФЕЙС-ТМ» получает  значения  температур  участков конструкции  по  результатам  работы  программного  комплекса  для расчета тепловых характеристик «ТЕПЛО» и  формирует  входной  файл для программного комплекса для расчета механических  характеристик типовых конструкций РЭС при сложных воздействиях «МЕХАНИКА».

Вся информация по результатам  работ  подсистем  «АСОНИКА-Э  и «АСОНИКА-ТМ» передается  в  подсистему  «АСОНИКА-К»  с  использованием соответствующих интерфейсов связи. Расчет  показателей  надежности РЭС проводится, таким образом, на основе моделирования  физических процессов в  аппаратуре.  Полученные  в  результате  моделирования электрических и тепловых процессов в РЭС токи через  p-n  переходы полупроводниковых приборов,  функции  чувствительности   выходных характеристик РЭС к изменению параметров ЭРИ и температур  на ЭРИ используются в модели надежности РЭС для исследования стабильности выходных  характеристик  аппаратуры,  а   значения  коэффициентов электрической нагрузки ЭРИ, температур на ЭРИ и ускорений ЭРИ  -  для исследования показателей безотказности РЭС.

Реализовать  последовательность  проектных   процедур   при разработке  устройства  на  печатной   плате,   включающую   этапы размещения ЭРИ  на  печатной  плате  и  ее  трассировку,  позволяет интерфейс с  САПР  P-Cad и ACCEL.  Данный  интерфейс  позволяет  обработать выходные файлы указанных САПР и получить информацию о  размерах  печатной  платы  и  ее  топологии.  Далее, полученные данные (размеры печатной платы, координаты установки ЭРИ и их

ориентация) поступают в подсистему «АСОНИКА-ТМ». Таким образом, конструктору не требуется заново  описывать  конструкцию  печатной платы, спроектированной в системе PCad, при расчете   тепловых  и механических характеристик.

Подсистема «АСОНИКА-ТМ» имеет в своем составе комплекс программ подготовки   исходных   данных   (КППД),    предназначенных    для графического ввода информации, а  также  комплекс  по  отображению результатов расчета (КПОР) тепловых и  механических  характеристик конструкции РЭС. Сценарии диалога и систем меню,  реализованные  в этих программных средствах, используют терминологию той предметной области, в которой проводятся исследования с  помощью  подсистемы. Результаты  расчетов  оформляются  в  виде  таблиц   и   графиков. Предусмотрена также печать карт  рабочих  режимов ЭРИ  исследуемой аппаратуры.

В  состав  подсистемы  входят  также  программа  исследования разбросов  выходных  характеристик  РЭС  при  заданных   разбросах параметров «РАЗБРОС», программа оптимизации параметров конструкции РЭС с целью снижения массы «ОПТИМУМ» (реализует метод Нелдера-Мида и метод золотого сечения), программа идентификации теплофизических и физико-механических параметров макромоделей типовых  конструкций РЭС «ИДЕНТИФИКАЦИЯ».

Для подсистемы «АСОНИКА-ТМ» реализована локальная база данных (БД), содержащая геометрические, теплофизические  и физико-механические параметры ЭРИ и конструкционных материалов, необходимые для расчета тепловых и механических характеристик, которая, в свою очередь является общей с подсистемой «АСОНИКА–Т».

В состав подсистемы «АСОНИКА-ТМ» входят как программы-препроцессоры для автоматического синтеза моделей механических процессов шкафов, стоек, блоков, печатных узлов (ПУ), ЭРИ, так и программы расчета типовых конструкций РЭС при сложных механических воздействиях с учетом температуры. При этом предусмотрен расчет шкафов, стоек и блоков, установленных на виброизоляторах. Для расчета ПУ в подсистеме предусмотрены две программы - программа на основе метода конечных разностей и программа на основе аналитических методов. Последняя позволяет значительно сократить машинное время для расчета ПУ с равномерным расположением ЭРИ по печатной плате.

Выходные данные по анализу механических характеристик представлены в виде графиков и таблиц и имеют следующую структуру:

1. При гармонической вибрации: зависимость виброускорения от частоты в контрольной  точке конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; амплитуды виброускорений, виброперемещений и  механических напряжений  участков  конструкции  шкафа,  стойки,  блока,  ПУ  на резонансных частотах; амплитуды  виброускорений  и  коэффициенты   механической нагрузки ЭРИ; резонансные частоты ЭРИ; максимальные амплитуды механических напряжений  в  выводах ЭРИ; минимальное время до усталостного разрушения выводов ЭРИ.

2. При случайной вибрации: зависимость спектральной плотности виброускорения от частоты в контрольной точке конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; среднеквадратические значения виброускорений, виброперемещений и механических  напряжений  участков  конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; среднеквадратические значения виброускорений и коэффициенты механической нагрузки ЭРИ; резонансные частоты ЭРИ; среднеквадратические значения  механических  напряжений  в выводах ЭРИ; время до усталостного разрушения выводов ЭРИ.

3. При ударном воздействии: зависимость ударного ускорения от  времени  в  контрольной точке конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; максимальные ускорения, перемещения и механические напряжения участков конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; максимальные ускорения и коэффициенты механической нагрузки ЭРИ.

4. При линейном ускорении: зависимость ускорения от времени в контрольной  точке конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; максимальные  ускорения, перемещения и механические напряжения участков конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; максимальные  ускорения и коэффициенты механической нагрузки ЭРИ.

5. При воздействии акустического шума: зависимость спектральной плотности ускорения от частоты  в контрольной точке конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; среднеквадратические значения ускорений, перемещений и механических напряжений участков конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ; среднеквадратические значения ускорений и коэффициенты механической

нагрузки ЭРИ; резонансные частоты ЭРИ; среднеквадратические значения  механических  напряжений  в выводах ЭРИ; время до усталостного разрушения выводов ЭРИ.

6. При сложном механическом воздействии всех факторов:

- для детерминированного сложного воздействия:

1. зависимость ускорения от времени в контрольной точке конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ;
2. максимальные ускорения, перемещения и механические напряжения участков конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ;
3. максимальные ускорения и коэффициенты механической нагрузки РЭ; резонансные частоты ЭРИ; 
4. максимальные амплитуды механических напряжений  в  выводах ЭРИ; минимальное время до усталостного разрушения выводов ЭРИ;

- для случайного сложного воздействия:

1)среднеквадратические  значения  ускорений,  перемещений  и механических напряжений участков конструкции шкафа, стойки, блока, ПУ;

2)среднеквадратические  значения  ускорений  и  коэффициенты механической нагрузки ЭРИ;

3)резонансные частоты ЭРИ;

4)среднеквадратические значения  механических  напряжений  в выводах ЭРИ;

5)время до усталостного разрушения выводов ЭРИ.

Большинство физико-механических параметров макромоделей конструкций РЭС могут быть получены только путем идентификации. В подсистеме может быть проведена идентификация параметров макромоделей типовых конструкций РЭС, позволяющая в определенной последовательности получить упругие и демпфирующие характеристики материалов конструкций в зависимости от температуры, а также коэффициенты жесткости креплений ПУ и дополнительные цилиндрические жесткости, вносимые ЭРИ в плоские конструкции, в зависимости от варианта установки ЭРИ, материала клея, площади корпуса ЭРИ, высоты и соотношения размеров корпуса. По результатам идентификации и обработки результатов в базу данных заносятся коэффициенты соответствующих полиномиальных зависимостей для определения перечисленных выше параметров.

В связи с необходимостью исследования усталостных процессов в подсистеме имеется возможность определения параметров кривой усталости для выводов ЭРИ, позволяющая получить зависимости напряжений в выводах ЭРИ от числа циклов до разрушения при различных вариантах установки ЭРИ, материалах выводов, геометрических размерах. Полученные значения параметров кривых усталости записываются в базу данных.

8.1.3.4. Подсистема комплексного анализа и обеспечения показателей надежности и качества «АСОНИКА-К»

Монитор подсистемы «АСОНИКА-К», состав которой показан на рис.34,  предназначен для координированного взаимодействия ее основных частей: модуля ввода, расчетного модуля, модуля сопровождения базы данных, модуля вывода и сервисного модуля.

Модуль ввода предназначен для ввода исходной информации для расчетов показателей надежности и качества РЭС. Для ввода информации из технического задания (условия эксплуатации, требования по надежности, стабильности и др.) и описания структуры РЭС используется интерфейс пользователя. Необходимые для расчетов параметры вероятностных моделей ЭРИ вводятся из справочной части базы данных (СЧБД) с помощью интерфейса СЧБД, а результаты расчетов электрических, тепловых и механических характеристик вводятся из проектной части базы данных (ПЧБД) с помощью интерфейса ПЧБД. В случае необходимости проведения повторных расчетов ранее исследованных РЭС, исходная информация для расчетов может быть введена из архивной части базы данных (АЧБД) с помощью интерфейса АЧБД.

Расчетный модуль является основной частью подсистемы «АСОНИКА-К», в которой непосредственно осуществляется расчет показателей надежности и качества РЭС по математическим моделям. Для расчета показателей безотказности РЭС по постепенным отказам и показателей точности и стабильности служат модуль моделирования случайных процессов, в состав которого входят модули, реализующие метод моментов и метод статистических испытаний. В библиотеке моделей ЭРИ содержатся квазидетерминированные функции, описывающие зависимости параметров ЭРИ от возмущающих факторов. Для расчета показателей безотказности РЭС по внезапным отказам, служит модуль моделирования случайных величин, в состав которого входит библиотека математических моделей , в которой содержатся аналитические выражения для расчета эксплуатационной интенсивности отказов ЭРИ, библиотека моделей резервирования, в которой содержатся аналитические выражения для расчета различных структур резервирования РЭС и их составных частей (нагруженный резерв, ненагруженный резерв и т.д.) и библиотека моделей надежности, в которые содержатся функции распределения, используемые при расчетах (экспоненциальное распределение, распределение Вейбулла-Гнеденко, DN-распределение и др.).

Модуль сопровождения базы данных - вторая по важности часть, которая реализует информационную поддержку подсистемы. Модуль  ориентирован на администратора базы данных подсистемы. База данных подсистемы была реализована в среде Borland Paradox 5.0 и представляет собой систему таблиц, связь между которыми осуществляется при помощи SQL-операторов и состоит из трех составных частей. СЧБД содержит информацию о вероятностных моделях ЭРИ (значения составляющих математических моделей эксплуатационной интенсивности отказов ЭРИ, параметров кусочно-линейных квазидетерминированных функций и др.) для различных классов ЭРИ.

ПЧБД содержит информацию об электрических, тепловых и механических  режимах  работы  ЭРИ,  значения  функций чувствительности выходных характеристик РЭС к изменению внутренних параметров элементов и расчетные значения выходных характеристик РЭС, а АЧБД содержит исходные данные и результаты расчетов показателей надежности и качества ранее исследованных РЭС. Модуль позволяет осуществлять редактирование данных, просмотр данных и  тестирование данных. Кроме того, в состав модуля входит интерфейс связи с проблемными подсистемами системы АСОНИКА, с помощью которого в ПЧБД заносится информация о результатах тепловых, механических и электрических расчетов схем и конструкций РЭС, необходимая для комплексного моделирования случайных процессов. Модули идентификации параметров вероятностных моделей и идентификация параметров моделей надежности необходимы для расчета параметров моделей ЭРИ по их справочным данным. Модуль вывода предназначен для вывода и интерпретации результатов расчетов показателей надежности и качества РЭС, а именно вероятности безотказной работы, среднего времени наработки до отказа, допусков на выходные характеристики и их составляющих, характеризующих степень влияния возмущающих факторов  элементов и их параметров на общий уровень этих показателей. Для вывода этой информации используется интерфейс ПЧБД. В случае необходимости просмотра результатов расчетов ранее исследованных РЭС, необходимая информация для расчетов может быть выведена из АЧБД с помощью интерфейса АЧБД. Модуль анализа результатов позволяет выбрать из библиотеки типовых рекомендаций те, которые являются наиболее эффективными с точки зрения повышения надежности в данном конкретном случае.

Сервисный модуль содержит в своем составе развитую систему подсказок и файлов помощи. Кроме того, к сервису относится презентация  подсистемы, представляющая собой демонстрацию применения подсистемы на примере исследования показателей надежности и качества источника вторичного электропитания. Модуль обучения содержит программную документацию на подсистему и описание математических моделей и методов их решения.

Методическое обеспечение подсистемы «АСОНИКА-К» (см. рис.35) позволяет решать задачи широкий круг задач по обеспечению показателей надежности и качества РЭС.

Подсистема диагностического   моделирования «АСОНИКА-Д»

Подсистема разработана в соответствии с принципами системного подхода и с учетом принципов вложенности, заменяемости и открытости. В основе программного обеспечения подсистемы лежат методы, модели и алгоритмы диагностического моделирования, которые образуют целостную методологию диагностического обеспечения РЭС на всем протяжении их жизненного цикла.

Это позволяет снизить информационные напряжения, возрастающие к завершающим этапам стадии производства и особенно усиливающиеся во время эксплуатации при вынужденных ремонтно-восстановительных работах, что в целом способствует снижению временных и материальных затрат и повышению надежности, качества и эффективности использования РЭС на протяжении жизненного цикла от исследований и формирования ТЗ и вплоть до утилизации.

Таким образом, подсистема направлена на реализацию главных принципов организации жизненного цикла: 1) принципа непрерывности информационной среды, куда погружается РЭС на протяжении жизненного цикла и 2) принципа регулярности информационной среды для исключения информационных выбросов, связанных с необходимостью переформатирования информации от этапа к этапу.

Схема организации подсистемы «АСОНИКА-Д»  представлена на рис.36, а её полная структурная схема – на рис.37.

На основе анализа требований к программному обеспечению и в соответствии с правилами структурного программирования подсистема организована в виде отдельных комплексов, которые работают как совместно, реализуя свойства эмерджентности системы, так и независимо, решая частные задачи диагностирования технического состояния РЭС.

Сами программные комплексы построены по модульно-крейтовому принципу. Структурное разбиение комплексов на ряд функциональных крейтов выполнено в соответствие с основными задачами, которые решаются программными комплексами и подсистемой в процессе ее функционирования с целью обеспечения диагностируемости РЭС на стадии проектирования или оперативного диагностиирования РЭС в процессе их производства и эксплуатации.

Приведенное разбиение подсистемы «АСОНИКА-Д»  на программные комплексы, а комплексов на крейты и модули выполнено также с учетом принципов взаимозаменяемости, вложенности и перекрытия отдельных крейтов и модулей.

Каждый крейт представляет собой набор программных модулей, объединенных с точки зрения функционального назначения. Программные модули решают частные задачи по реализации отдельных методов и вычислительных процедур.

Модульно-крейтовая структура комплексов и подсистемы позволяет дополнять подсистему другими модулями и крейтами, расширяющими ее функциональные возможности, а также достичь эффекта экономии ресурсов ЭВМ за счет перекрытия крейтов и модулей внутри крейтов.

При разработке подсистемы реализована возможность ее функционирования как в автономном режиме (при решении задач оперативного диагностирования), так и в составе интегрированных САПР (при обеспечении диагностируемости РЭС) совместно с программами анализа схем PSpice и топологического проектирования P-CAD, ACCEL и прежде всего совместно с подсистемами системы «АСОНИКА», для чего предусмотрены соответствующие программы-интерфейсы.

Программы-интерфейсы осуществляют обмен данными подсистемы «АСОНИКА-Д»  с управляющей программой системы «АСОНИКА» и с другими САПРами через файловые структуры. Математическое ядро подсистемы рассредоточено по программным модулям комплексов. А такие блоки, как блок решения систем интегродифференциальных систем нелинейных уравнений, по мере необходимости привлекаются из подсистем электрического и тепломеханического моделирования.

В основе программного комплекса диагностирования РЭС по электрическим характеристикам положены методы решения систем линейных уравнений и анализа их совместности, градиентный метод Давидона-Флетчера-Пауэла многопараметрической оптимизации, метод квадратической интерполяции.

Экспертный диагностический комплекс реализован на основе аппарата теории нечетких множеств и качественных описаний.

Математическим ядром комплекса диагностирования по тепловым характеристикам является теория распознавания образцов, теория оптимальной фильтрации, теория инфракрасного тепловидения и метод статистических испытаний Монте-Карло для формирования отбраковочных допусков на тепловые режимы элементов.

Для выбора значимых параметров диагностирования РЭС в соответствующем программном комплексе  подсистемы  рассчитываются коэффициенты значимости внутренних параметров элементов. Исходными данными для расчетов являются функции чувствительности и технологические допуски, импортируемые через интерфейс из подсистемы АСОНИКА и коэффициенты отказов элементов. Последние определяются на основе вероятностей отказов элементов, экспортируемых подсистемой «АСОНИКА-К».

В основе комплекса программ формирования отбраковочных допусков лежит метод композиции первых и вторых моментов распределений отклонений внутренних электрических параметров, обусловленных случайным процессом старения элементов и случайным дрейфом параметров, вследствие влияния температурного фактора.

Подсистема «АСОНИКА-Д»  имеет связь с тепловизионной системой для контроля и диагностирования РЭС по его температурному полю. Рассчитанная с помощью подсистемы «АСОНИКА–Д» тепловая модель РЭС, включающая в себя результаты расчета температуры по элементам, а также пределы изменения температуры бездефектных образцов РЭС, составляет его тепловую модель-норму, отклонения относительно которой рассматривают как дефекты разного рода. Затем проводится анализ температурного поля исследуемой группы РЭС. Тепловое излучение от контролируемого образца РЭС регистрируется тепловизионной камерой и через интерфейс связи с компьютером происходит формирование измеренной термограммы. Термограммы могут быть подвергнуты обширной обработке с целью подчеркивания контраста, выделения деталей или изотермических зон, увеличения масштаба деталей, удаления температурного фона, получения разностных отклонений в симметричных точках объекта, построения термопрофиля и выполнения других операций, улучшающих качество и информативность термограммы. Измеренное температурное поле РЭС сравнивается с температурным полем модели-нормы с учетом температурных допусков, и по результатам сравнения принимается решение о наличии или отсутствии дефекта.

Взаимодействие программных комплексов в рамках подсистемы «АСОНИКА-Д»  позволяет решать следующие задачи:обоснованно выбрать множество значимых диагностируемых параметров; обеспечить безусловную диагностируемость РЭС относительно выбранных параметров на стадии проектирования, начиная с самых ранних этапов; обоснованно назначить множество информативных контрольных точек, достаточное для обеспечения наблюдаемости схемы РЭС относительно выбранных параметров; выбрать необходимое для обеспечения управляемости схемы РЭС множество тестовых воздействий, инжектируемых на входы РЭС; автоматически формировать границы отбраковочных допусков на параметры элементов, адаптивных к изменениям температур элементов и к сроку службы РЭС; программно и аппаратно сопрягаться с контрольно-измерительной аппаратурой и ИК-тепловизионной камерой; провести оперативное диагностирование технического состояния РЭС на предмет выявления причин данного состояния до уровня заменяемого элемента как при производстве, так и при эксплуатации.

Результаты решений всех перечисленных задач подсистема загружает в базу данных, и, посредством программного крейта интерпретации, результаты обеспечения диагностируемости и результаты диагностирования выводятся через соответствующий графический постпроцессор на экран ЭВМ, а создаваемый протокол выводится на печать.

Подсистема макромоделирования разнородных

физических процессов «Пилот»

Подсистема «Пилот» предназначена для поискового проектирования РЭС с использованием принципов макромоделирования электрических, тепловых, аэродинамических и механических процессов в РЭС, а также для изучения вопросов комплексного математического моделирования физических процессов в РЭС. Последняя функция необходима для подготовки специалистов и инженерно-технических работников системным принципам проектирования РЭС и  вопросам математического моделирования разнородных физических процессов в РЭС.

Структурная схема  подсистемы «Пилот» приведена на рис.38. Важное место в структуре подсистемы занимает графический редактор. Он выполняет две функции. Во-первых, редактор представляет собой управляющую оболочку для работы различных программных крейтов, реализующих такие функции как расчет, обработка запросов к специализированной базе данных и базе данных системы «АОНИКА», вывод на экран или на печать различной информации, связанной с проведением сеансов моделирования. Во-вторых, редактор предназначен для создания графических топологических  моделей различных физических процессов: электрических, тепловых, механических и аэродинамических. В процессе функционирования графический редактор формирует действующую расчётную структуру в топологическом виде, которая в дальнейшем анализируется при помощи единого расчетного модуля в различных режимах (статический анализ, анализ во временной и частотной областях, анализ чувствительности). В  процессе  моделирования  возможно применение принципа динамического изменения параметров элемента схемы или параметра конструкции (тюнинг в реальном масштабе времени). При таком подходе параметр маркируется и изменяется при помощи виртуального тюнера. Процесс изменения параметра сопровождается одновременным отображением результатов анализа в виде графиков и диаграмм. При таком подходе процесс анализа математической модели выполняется в фоновом (скрытом) режиме.

Информационное обеспечение подсистемы «Пилот» включает в свой состав: собственную базу данных с моделями различных схемотехнических и конструктивных решений, применяемых при проектировании РЭС, интерфейсные модули работы с базой данных системы “АСОНИКА”, различные файлы помощи, электронный учебник; системы «жесткого» и «мягкого» контроля знаний; а также рекламное обеспечение подсистемы «Пилот», состоящее из презентации и WEB–страницы.

Процесс комплексного моделирования физических процессов в РЭС при помощи подсистемы «Пилот» осуществляется средствами системного планировщика системы «АСОНИКА». Планировщик формирует план сеанса моделирования, устанавливая в графическом режиме моделей, виды связей между моделями (передаваемые потоки данных) и последовательность анализа моделей, включая итеративные проектные циклы.

Управляющий комплекс системы «АСОНИКА»

Описанные в предыдущих параграфах проблемные подсистемы системы «АСОНИКА» объединены в систему средствами специального управляющего программного комплекса. Комплекс представляет собой электронную предметную область, ориентированную на проектирование РЭС средствами математического моделирования. Комплекс включает в свой состав следующие основные компоненты:

1. «Системный планировщик». Данная программная единица выполняет функции структурирования процесса автоматизированного проектирования РЭС на основе математического моделирования. Планировщик также формирует различные схемы комплексного исследования характеристик РЭС с использованием различных математических моделей. Кроме этого он позволяет с использованием IDЕF-идеологии поддерживаемой международными стандартами CALS-технологий строить маршруты и программы управления качеством проектных предприятий радиотехнического профиля. Пример работы системного планировщика приведен на рис.39.

2. «Информационная модель РЭС». Данный крейт позволяет создавать и редактировать  информационную модель РЭС. Программа  использует  набор  маркируемых  списков (требования ТЗ, словарь проектирования, параметры дестабилизирующих  факторов /ДФ/, диаграмма сочетаний ДФ, морфологические матрицы, результаты моделирования, множество допустимых проектных  решений /ДПР/);  графическое  отображение  информации (например, при  описании:  множества  допустимых  схемотехнических и конструктивно-технологических решений, диаграммы  сочетаний ДФ, архива  проектов, обобщенной  схемы  иерархического  описание  РЭС); операторную  форму  записи  алгоритмов (множество  методик АП РЭС). При  этом все основные  информационные  структуры  модели автоматически  записываются в базу данных системы “АСОНИКА”.

3. «Проблемные подсистемы и другие САПР». Набор программных средств данного раздела выполняет запуск проблемных подсистем системы «АСОНИКА», а также других САПР (MicroSim) в соответствии с план-графиком, сформированным в системном планировщике в рамках реализации той или иной методики проектирования. Методики хранятся и редактируются, програмным блоком «База маршрутов и методик проектирования».

4. «Экспертная система». Данная система выполняет определенное множество эвристических функций присутствующих в алгоритмах методик автоматизированного проектирования РЭС. К таким функциям, например, относятся операции по обработке матриц чувствительности при выборе управляющих параметров; операции по принятию решений, основанных на анализе результатов моделирования; операция «внесение изменений в проект» и др.

5. «Графический компоновщик». Данная программная компонента осуществляет: формирование функциональной  схемы РЭС; формирование структурного  построения РЭС (графическое формирование конструкции на всех уровнях конструктивной иерархии, описание параметров конструкции  для  дальнейшего моделирования  различных  физических  процессов в ней,   автоматическое (под управлением экспертной системы или  интерактивное  формирование  схемы  отображения  (упаковки)  множества  функциональных  элементов  на множестве  типовых конструктивных  узлов  и   элементов). Применение  редактора-компоновщика ориентировано  на  особенности  структурного  построения современных РЭС, которые,  как  правило,  строятся  по  функционально  узловому  и модульному принципам.

6. «Среда проектирования «Печатный узел». Данная среда по иерархическому признаку является подсистемой, описываемого управляющего комплекса и ориентируется  на автоматизированное проектирование составляющих узлов РЭС низших  уровней  иерархии, но при  этом обладает собственным технологическим  циклом  проектирования, который  позволяет  в  автономном  режиме, используя  принципы  восходящего  проектирования,  выполнять  взаимосвязанные  проектные  процедуры по  разработке  отдельных  узлов, а в ряде случаев, и РЭС  в целом (например, одноканальные с простой  функциональной  и конструктивной  иерархиями источник вторичного электропитания).

7. “Блок сопряжения данных со стандартными CALS-технологиями». Данный крейт представляе6т собой набор конверторов по преобразованию результатов моделирования в линейку стандартов ISO поддерживаемых CALS-технологиями, а именно разделы стандарта ISO-1033.

Данное структурное построение системы «АСОНИКА» позволяет говорить о предпосылках реализации на ее базе определенных циклов проектирования CALS-технологий по разработке радиоэлектронных средств. Примеры функционирования управляющего комплекса приведены на рис.40 - 44.

Рис.39. Внешний вид программы «Планировщик» системы «АСОНИКА»

Рис.40. Общий вид интерфейса управляющего комплекса системы «АСОНИКА»

Рис.41. Работа с информационной моделью объекта в управляющем комплексе системы «АСОНИКА» (описаны диаграммы сочетаний дестабилизирующих факторов аэрокосмических РЭС)

Рис.42. Процесс формирования электронного образца РЭС (функция искажения функциональной системы на множестве конструктивов)

Рис.43.  Процесс  виртуальной компоновки конструкции РЭС       (функция иерархического описания)

8.1.4. Распечатка электронного описания АСУ

Электронное описание блока АСУ/4 выполнено с помощью программы R-House. Структура данных приведена на рис.45.

Электронное описание представляет собой древовидную структуру. Вершины дерева связаны с различными приложениями, с помощью которых выполнялось электронное описание устройства (обычно это тексты, таблицы, растровые и векторные изображения). Далее описаны данные, связанные с вершинами древовидной структуры, представленной на рис.45.

Рис.46. Чертёж конструкции блока АСУ/4 выполненный в программе AutoCAD

Рис.47. Чертёж ПУ МРК-4 выполненный в программе AutoCAD

Вершина «Блок АСУ/4» связана с чертежом конструкции блока АСУ/4 выполненном в программе AutoCAD. Этот чертёж приведён на рис.40.

Подчинёнными этой вершине являются описания печатных узлов (ПУ), входящих в состав блока АСУ/4.

Вершине «Печатный узел МРК-4» соответствует чертёж ПУ МРК-4 выполненный в программе AutoCAD. Он приведён на рис.41.

Печатный узел в свою очередь включает в себя  вершины «Схема» и «Характеристики, полученные в результате проектирования». Принципиальная электрическая схема реализуется с помощью системы OrCAD (рис.42).

Подчинёнными вершинами по отношению к вершине «Схема» являются «Сборочный чертёж», оформляемый в системе P-CAD (рис.49) и «Спецификация», выполненная в редакторе Microsoft Word (рис.50). Для каждого электрорадиоэлемента из спецификации есть возможность просмотра параметров и изображения (рис.51)

«Характеристики, полученные в результате проектирования» делятся на «Трассировку», выполняемую в системе P-CAD (рис.52), «Результаты расчёта тепловых характеристик», «Результаты расчёта механических характеристик» и «Результаты расчёта электри­ческих характеристик».

а)

                         б)                                                    в)

Рис.49. Сборочный чертёж ПУ МРК-4 выполненный в системе РСАD       а) Общий вид ПУ МРК-4, б) фрагмент сборочного чертежа ПУ МРК-4, в) схема размещения электрорадиоэлементов на плоскости ПУ МРК-4