1.СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ КОМП-Х ТЕХНОЛГИЙ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

Как показывают исследования, задачи автоматизированного проектирования ПС в большинстве случаев могут эффективно решаться на основе комплексной модели физических процессов ПС. В общем случае комплексная модель прибора (с точки зрения протекания в ней разнородных физических процессов) может быть представлена совокупностью подмоделей физических процессов [2; 4] и основных связей между ними в соответствии с рис. 1.9. На представленной модели множества параметров обозначают: YЭ(ζ) – множество выходных электрических характеристик; YТ(ζ), YМ(ζ),

YА(ζ), YЭМ(ζ), YR(ζ), множества выходных тепловых, механических, аэро-

динамических, гидравлических, электромагнитных и радиационных характеристик; YНК множество характеристик надежности и качества ПС; QЭ множество внутренних электрических параметров ПС; QГТФ, QГА, QГЭМ, QГЭХ,, QГФМ множества геометрических и теплофизических, геометрических и аэродинамических (гидравлических) [2], геометрических и физикомеханических параметров ПС; QГЭМ, QГR множества геометрических и электромагнитных, геометрических и радиационных параметров ПС; QП множество паразитных параметров; QНК множество параметров моделей для анализа показателей надежности и качества; GВХ, РВХ входные расходы и напоры хладоносителей; UВХ( ), IВХ( ) множества входных (воздейст-

вующих) напряжений и токов; ТЭКС( ) множество эксплуатационных температур; аВХ( ) множество воздействующих вибраций (случайных, гармо-

нических), ударов, линейных ускорений и акустического шума; RВХ множество уровней воздействующих радиационных полей; τЭ время эксплуатации ПС; IЭ( ), UЭ( ) множества выходных токов и напряжений; SQYЭЭ матрица

относительных 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; τР – множество значений времени до разрушения выводов ЭРЭ; RЭ( ) радиационное поле на ЭРЭ; ТП(x, y, z, τ) температурное поле конструкции в момент времени τ; τЭ – время эксплуатации; «Техн., τФ» технологический фактор (разброс параметров при изготовлении) и временной фактор (постепенное изменение параметров из-за старения и износа).

Рис. 1.9. Структура системной унифицированной комплексной модели физических процессов, протекающих в ПС

1.СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ КОМП-ЫХ ТЕХНОЛГИЙ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

Используя Wi Xi ( ), Yi ( ), Qi (Z ) , а также разделив на отдельные под-

множества внутренние модельные параметры (QФ = QЭ Qа QТФ QФМ QR: QФ – множество физических параметров, характеризующих определенный

физический процесс; QТФ – теплофизические параметры; QФМ – физикомеханические параметры; Qа – аэродинамические (гидравлические) параметры и т. п.; G – множество модельных геометрических параметров; QМТ – множество метрических и топологических параметров количество слоев ПП, переходных отверстий, паек и т. п.), опишем каждую подмодель единой унифицированной модели ПСуравнениями(1.2)–(1.8). Кроме этого уравнением (1.9) представим процесс диагностического моделирования [15], а композицией отображений 1 2 3 , описанной системой (1.10), отобразим топологиче-

ское проектирование ПС. Результат исследования физических процессов в соответствии с уравнениями (1.2)–(1.8), диагностического моделирования (1.9) и топологического проектирования (1.10) представим в виде некоторого проектного решения PR (1.11).

множество выходных диагностических характеристик, YД ( ) QK QП , где QK – множество катастрофических отказов; QП – множество параметрических отказов, QДЭ, QДТ, QДМ множества диагностических модельных электрических, тепловых и механических параметров.

1.СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ КОМП-ЫХ ТЕХНОЛГИЙ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

K – количество уровней конструктивной иерархии ПС; LM – модель монтажного пространства; С – список цепей электрической принципиальной схемы ПС; S – конфигурация пленочного, печатного или проводного монтажа;

(1.11)

где ЕS – эскиз конструкции j-го уровня иерархии; SU – схема электрическая принципиальная, реализуемая на конструкции j-го уровня иерархии.

Мощность n множества W ={W1, W2, ..., WN} моделей физических процессов, исследуемых в процессе проектирования ПС, определяется диаграммой состояний дестабилизирующих факторов [2] и j-м уровнем иерархии объекта. На рис. 1.10 представлена конструктивная иерархия ПС и приведен перечень наиболее типовых проектных процедур, требующих комплексного исследования физических процессов. Таким образом,

W f (D, j),

сочетание возмущающих факторовZ на q-ом этапе эксплуатации.

1.СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ КОМП-ЫХ ТЕХНОЛГИЙ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

Рис. 1.10. Схема иерархического конструктивного структурообразования ПС и задачи, связанные с комплексным исследованием их характеристик на различных

уровнях иерархии: ГИМ – гибридно-интегральные модули; ИС – интегральные схемы;

ПЭ – пленочные элементы; НЭ – навесные элементы; МСБ – микросборка

При этом иерархия ПС определяется схемой декомпозиции и зависит, в свою очередь, от схемно-конструкторско-технологической реализации ПС и модельного ряда, используемого при моделировании. Таким образом,

1.СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ КОМП-ЫХ ТЕХНОЛГИЙ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

где F – схема взаимодействия l-го количества физических процессов на j-ом уровне иерархии ПС, зависящая в общем случае от временного интервала эксплуатации Э .

В процессе проектирования разработчику на основе комплексного моделирования необходимо реализовать проект PR (см. выражения (1.11)) ПС, регламентируемое пространство параметров которого P0 входило бы в область допустимых решений DR, определяемую требованиями технического задания, т. е.

где YR – регламентируемые в ТЗ выходные характеристики определенных физических процессов (выходные электрические характеристики ПС, значение общего гидравлического сопротивления конструкции, резонансные частоты конструктивных узлов, температурная нестабильность выходных характеристикит. д.); ESR – регламентируемыевТЗгеометрические, метрическиеитопологические(объем, формаит. д.) параметрыконструкцииПС.

Процесс разработки ПС должен строиться на основе некоторого множества информационно-логических моделей Al, связывающих на алгоритмическом и информационном уровнях множество моделей физических процессов, описываемых выражениями (1.2)–(1.8), модель диагностирования (1.9), композицию операторов преобразования, используемых в соответствии с выражением (1.10) в процессе топологического проектирования и множество моделей эвристических процедур, используемых в процессе автоматизированного проектирования ПС. Таким образом, некоторое проектное решение ПС можно представить в виде:

Wn[Xn ( ), Qn (Zn )] ,

где Wп – оператор, связывающий характеристики, воздействия и модельные параметры n-го физического процесса; 1 2 3 – композиция операто-

1.СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ КОМП-ЫХ ТЕХНОЛГИЙ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

характеристик комплексной модели (см. рис. 1.9), рассмотрим сущность основных задач проектирования ПС, которые необходимо выполнить посредством математического моделирования [2; 4; 5; 11].

Заданное значение множества Y з реального образца ПС будет при заданных значениях остальных составляющих ПС равно:

оператором W , отличным от заданного W з . Множество операторов W пред-

ставляет собой некоторый алгоритм взаимодействия множества модельных операторов W, определяемых выражениями (1.2)–(1.10), (1.14) с множеством

информационно-логических моделей Al, описываемых выражениями (1.16)–

В процессе эксплуатации ПС функционирует при некотором варьировании множеств параметров Q и входных воздействий X, это, в свою очередь, приводит к варьированию множества Y:

Для проведения дальнейших исследований разложим выражение (1.23) в ряд Тейлора вокруг расчетной точки:

1.СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ КОМП-ЫХ ТЕХНОЛГИЙ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

где [AQY ] и [AXY ] – матрицы абсолютных функций чувствительности первого

порядка [2; 11]. Вычитая выражение (1.21) из (1.23) и учитывая принятое допущение, получим абсолютное изменение множества Y:

или

Y W [AQY ] Q [AXY ] X .

В целом погрешность множества выходных характеристик складывается из трех составляющих погрешностей:

где Y П W – погрешность, обусловленная отличием модельного операто-

ра от реального (допускается при идеализации физических процессов); YQ – погрешность, отражающая отклонение реальных значений внутренних параметров от модельных под влиянием технологических и эксплуатационных факторов:

Y X [AXY ] X – погрешность, определяемая отклонением множества

реальных входных возмущающих воздействий от множества модельных значений Х. Данная погрешность должна быть отнесена к множеству эксплуатационных погрешностей [2; 11].

Выполнив отдельно группировку множеств технологической Y ТХН и эксплуатационных погрешностей, получим:

1.СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ КОМП-ЫХ ТЕХНОЛГИЙ

1.3.Постановка задачи проектирования ПС средствами КТ

Полученное уравнение погрешностей (1.27), которое раскрывается равенствами (1.28) и (1.29), служит основой для рассмотрения сущности ряда задач, решаемых в ходе проектирования ПС (см. рис. 1.11) на основе математического моделирования разнородных, взаимосвязанных физических процессов, протекающих в схеме и конструкции ПС.

Анализ процесса проектирования ПС в целом показывает [1–5], что в нем можно выделить несколько основных задач, решаемых на основе исследований путем математического моделирования физических процессов в ПС (рис. 1.3). На рис. 1.11 представлена совокупность основных задач, входящих

вобщую методологию проектирования ПС. На представленной схеме блоки

№10–18 отражают расчетные задачи и их традиционную последовательность, а блоки № 1–9, 19–27 – эвристические задачи, которые необходимо предварительно решить для расчетных задач. Из схемы видно, что расчетные задачи представляют собой тесное переплетение процедур синтеза, анализа и оптимизации, сопровождаемых численными экспериментами, как это было ранее описано выражениями (1.11)–(1.15).