Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Компьютерные технологии в приборостроении» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Информатизация и автоматизированные системы управления», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин

К63 Компьютерные технологии в приборостроении. Основы математического и методического обеспечения. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / К. Н. Захарьин, А. В. Сарафанов, Н. М. Егоров, С. И. Трегубов. – Электрон. дан. (4 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Компьютерные технологии в приборостроении : УМКД № 49-2007 / рук. творч. коллектива А. В. Сарафанов). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 4 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система

Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf).

ISBN 978-5-7638-0866-7 (комплекса)

ISBN 978-5-7638-1348-7 (пособия)

Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802720 от 19.12.2008 г. (комплекса)

Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Компьютерные технологии в приборостроении», включающего учебную программу, учебное пособие «Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении», учебное пособие «Автоматизация проектирования РЭС. Топологическое проектирование печатных плат», учебное пособие «Основы проектирования электронных средств: Техническое задание. Формирование и анализ», лабораторный практикум, приложение к лабораторному практикуму (демоверсия системы OrCAD, файлы проектов для системы OrCAD, варианты заданий к ряду лабораторных работ, интерактивное электронное техническое руководство к АПК УД «Тракт усиления звуковой частоты», интерактивное электронное техническое руководство к АПК УД «Электроника», демоверсия программного комплекса ТРиАНА, справочник «Интенсивности отказов ЭРЭ»), методические указания по курсовому проектированию, методические указания по самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы (банк тестовых заданий и перечень вопросов, выносимых на экзамен) и презентационные материалы, приложение к комплексу (программа оптимизации размещения элементов на монтажном пространстве методом попарных перестановок по критерию минимума суммарной длины сигнальных связей, программа оптимизации разбиения схемы электрической на части, выполняемые на отдельных конструктивах, видеофрагмент «Резонансные явления в электронной аппаратуре»).

Рассмотрены организационные и методологические вопросы применения компьютерных технологий в процессе разработки приборов и систем, основы системного подхода при разработке приборов и систем средствами компьютерных технологий, вопросы унификации расчетных моделей, математические аспекты теории чувствительности, особенности моделирования электрических, тепловых и механических процессов в приборах и системах, разработки и применения типовых методик анализа и обеспечения различных характеристик приборов и систем.

Предназначено для студентов направления подготовки бакалавров 200100.62 «Приборостроение» укрупненной группы 200000 «Приборостроение и оптотехника».

Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ в качестве учебного пособия

Редактор Я. Н. Лысь

Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения ин- формационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 01.09.2008 Объем 4 Мб

Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ..................................................................	5
1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ
КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛГИЙ...............................	7
1.1. Роль моделей в процессе проектирования ПС...............................	7
Классификация проектных задач..........................................................................	10
Моделирование в процессе автоматизированного проектирования ПС.......	12
Схема алгоритма методики моделирования ПС.................................................	14
1.2. Основы системного подхода к проектированию ПС ...................	17
1.2.1. Основы системного анализа........................................................................	20
1.3. Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ..............	26
2. Математические модели ...................................	39
2.1. Классификация математических моделей.....................................	39
2.1.1. Аналитические расчетные модели..............................................................	41
2.1.2. Структурные расчетные модели физических процессов......................	44
2.1.3. Топологические расчетные модели физических процессов.................	48
2.2. Функции параметрической чувствительности..............................	56
2.2.1. Метод аналитического дифференцирования............................................	58
2.2.2. Таблица чувствительности...........................................................................	61
2.2.3. Метод приращений.........................................................................................	64
2.2.4. Топологические методы получения ФПЧ..................................................	67
2.2.4.1. Метод преобразованной модели..............................................................	67
2.2.4.2. Метод сопряженной модели......................................................................	75
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ	В
ПС СРЕДСТВАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ...................................................	88
3.1. Моделирование электрических процессов в схемах...................	88
3.1.1. Электрические модели ЭРЭ..........................................................................	88
Модели резистора, конденсатора, индуктивности...............................................	90
Модель полупроводникового диода......................................................................	91
Модель биполярного транзистора.........................................................................	92
Макромодель операционного усилителя..............................................................	94
3.1.2. Макромоделирование функциональных узлов........................................	95
Требования к макромоделям.................................................................................	96
Классификация методов макромоделирования...................................................	96
Упрощение полной модели....................................................................................	97
Использование методов редукции.......................................................................	103
Редукция топологических моделей......................................................................	103

 Компьютерные технологии в приборостроении. Учеб. пособие

-3-

ОГЛАВЛЕНИЕ

Редукция структурных моделей...........................................................................	103
Описание связи вход-выход.................................................................................	103
Использование экспериментальных методов ....................................................	104
Метод идентификации параметров моделей ЭРЭ.............................................	105
3.1.3. Методика моделирования электрических процессов...........................	106
3.2. Моделирование тепловых режимов ПС.......................................	109
3.2.1. Конструктивные особенности печатных узлов с точки зрения
протекания в них тепловых процессов..............................................................	111
3.2.2. Электротепловая аналогия.........................................................................	112
3.2.3. Граничные условия......................................................................................	118
Граничные условия 1-го рода...............................................................................	118
Граничные условия 2-го рода...............................................................................	120
Граничные условия 3-го рода...............................................................................	121
Граничные условия 4-го рода...............................................................................	122
3.2.4. Топологическая форма представления тепловых процессов............	125
3.2.5. Топологическая модель тепловых процессов печатного узла...........	129
МТП несущей конструкции ...................................................................................	130
3.2.6. МТП электрорадиоэлементов.....................................................................	135
3.2.7. МТП граничных условий..............................................................................	142
3.2.8. Вычисление интегральных характеристик .............................................	148
3.2.9. Использование симметрии.........................................................................	149
3.2.10. Иерархическое моделирование тепловых процессов ПС..................	151
Алгоритмы иерархического анализа тепловых моделей ПС............................	152
Нисходящее иерархическое моделирование тепловых процессов в ПС.......	152
Восходящее иерархическое моделирование тепловых процессов в ПС.........	154
3.3. Моделирование механических режимов......................................	156
3.3.1. Модель механических процессов печатного узла.................................	156
3.3.1.1. Особенности конструктивного построения печатных узлов................	156
3.3.1.2. Параметры вибрационных воздействий................................................	163
3.3.1.3. Построение расчетной модели...............................................................	171
Дискретизация непрерывной области.................................................................	173
Конечно-разностная запись исходного уравнения.............................................	177
3.3.1.4. Алгоритм моделирования механических характеристик в ПС.............	197
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................	205

 Компьютерные технологии в приборостроении. Учеб. пособие

-4-

ВВЕДЕНИЕ

Конкурентоспособность вновь создаваемых приборов и систем (ПС) в определяющей степени зависит от оперативности и качества их разработки, которые, в свою очередь, зависят от уровня применения компьютерных технологий на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) [1–3]. ПС как один из классов промышленной продукции отличаются по сложности реализации, условиям эксплуатации, а также многообразием и сложностью внешних воздействий, что ставит перед их разработчиками задачу удовлетворения зачастую противоречивых требований [2]. В этой связи среди этапов создания ПС важную роль играет этап проектирования, который не только отличается большой длительностью, достигающей для сложных ПС 3–4 года, но и связан с формированием основной части информации об изделии, обеспечивающей выпуск различных комплектов документации. Несмотря на столь значительные сроки этапа проектирования ПС, на отечественных аппаратостроительных предприятиях освоение серийного выпуска ПС в первые годы эксплуатации сопровождается многочисленными доработками, целью которых является устранение различного рода недостатков, дефектов и предпосылок к отказам [2]. Причины такого положения коренятся в недостатках процессов проектирования и отработки создаваемых образцов ПС, связанных с низким уровнем применения методов математического моделирования разрабатываемых объектов и их составных частей.

В ПС как сложном техническом объекте протекают разнородные физические процессы. Отличные по своей природе физические процессы описываются различными уравнениями математической физики [2; 4; 5]. Например, электрические процессы в цепях с сосредоточенными параметрами представляются обыкновенными дифференциальными уравнениями, а в цепях с распределенными параметрами – волновыми уравнениями, тепловые процессы в конструкциях – уравнениями теплопроводности в частных производных второго порядка, а механические процессы колебаний печатных плат – бигармоническими и волновыми уравнениями в частных производных четвертого порядка. С учетом граничных и начальных условий процедуры согласования таких разных моделей в инженерных методиках автоматизированного проектирования, с целью получения на их основе данных, необходимых для решения задач анализа и обеспечения показателей надежности и качества ПС [4], встречают значительные трудности. Кроме этого проблема осложняется тем, что современные ПС включают в себя большое количество комплектующих элементов (до десятков и сотен тысяч в одном образце ПС), каждый из которых представляет сложный объект, характер протекания физических процессов в которых, в конечном счете, и определяет функциональные и эксплуатационные свойства проектируемого образца ПС.

С учетом вышеизложенного в данном учебном пособии рассматриваются основные пути решения поставленной проблемы, которые основываются на унификации математических моделей разнородных физических процес-

 Компьютерные технологии в приборостроении. Учеб. пособие

-5-

ВВЕДЕНИЕ

сов и их интеграции на основе принципов системного подхода к процессу разработки сложных технических объектов. Такой подход позволяет значительно снизить трудоемкость процедур комплексирования моделей разнородных физических процессов в единую модель ПС, обеспечить полноту и достоверность результатов моделирования, усовершенствовать соответствующие инженерные методики автоматизированного проектирования ПС, а также значительно упростить процедуры интеграции инженерных методик с технологиями непрерывной информационной поддержки ЖЦ сложных изде-

лий [3; 6].

 Компьютерные технологии в приборостроении. Учеб. пособие

-6-

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
23.09.2019218.62 Кб9udk.doc
#
05.08.2019118.48 Кб2Ugolovnoe_pravo_ekzamen.docx
#
12.02.2015236.03 Кб10Ugolovnoe_pravo_Obschaya_Tablitsy.doc
#
03.05.2019316.42 Кб3upravlenie.doc
#
12.02.201513.76 Mб53USO_elemental.pdf
#
12.02.20153.48 Mб92u_course_instrument_making.pdf
#
24.09.201993.18 Кб4VKR (1).doc
#
12.02.2015121.34 Кб6VKR.doc
#
12.02.2015251.39 Кб10VKR_teologia.doc
#
12.02.201544.03 Кб15Voprosy_dlya_FKN_11-12_ochnoe.doc
#
25.09.2019248.83 Кб4Voprosy_dopolnitelnye.doc

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ