Применение CALS-технологий в области электроники Исполнитель

Применение CALS-технологий в области электроники

Конкурентоспособность вновь создаваемой продукции в определяющей степени зависит от оперативности и качества ее разработки. Особенно остро стоят эти проблемы при проектировании наиболее сложных технических объектов, к числу которых относятся, прежде всего, ответственные радиоэлектронные системы и средства (РЭС) народнохозяйственного и оборонного назначения.

{spoiler=Подробнее}

На многих отечественных аппаратостроительных предприятиях-разработчиках РЭС на проектирование таких систем затрачивается до 5 - 7 лет. При этом, несмотря на столь значительные сроки создания опытных образцов РЭС, освоение их серийного выпуска и первые годы эксплуатации сопровождаются многочисленными доработками, целями которых является устранение различного рода недостатков, дефектов и предпосылок к отказам. Причины такого положения коренятся в недостатках процессов проектирования и отработки создаваемых образцов РЭС, связанных со слабым применением автоматизированных методов проектирования и современных информационных технологий, базирующихся на математическом моделировании разрабатываемых объектов и их составных частей.

Объективные трудности в использовании моделирования как основного инструментария для целенаправленного выбора и анализа проектных решений, оптимизации параметров проектируемых схем и конструкций систем, прогнозирования работоспособности РЭС в заданных условиях эксплуатации состоят в том, что до выполнения настоящей работы отсутствовали возможности комплексного, т.е. совместного математического моделирования одновременно протекающих в РЭС и их элементах процессов (электрических, тепловых, механических, аэродинамических, электромагнитных и других), обусловленных как процессами функционирования РЭС и воздействием внешних факторов, так и процессами их износа и старения. Разные по своей природе физические процессы, протекающие в РЭС, описываются различными математическими законами. Например, электрические процессы в цепях с сосредоточенными параметрами описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями, а в цепях с распределенными параметрами - волновыми уравнениями, тепловые процессы в элементах конструкций - уравнениями теплопроводности в частных производных второго порядка, а механические процессы колебаний печатных узлов - бигармоническими уравнениями в частных производных четвертого порядка.

С учетом граничных условий процедуры согласования таких разных моделей с целью их объединения в единую математическую модель РЭС требовало неприемлемо больших, с точки зрения практики, затрат вычислительных ресурсов ЭВМ.

 Проблема осложняется тем, что современные РЭС включают в себя большое количество комплектующих электрорадиоизделий (до десятков и сотен тысяч электрорадиоизделий в одном образце РЭС), каждое из которых представляет сложный объект, характер протекания физических процессов, в которых в конечном итоге и определяет функциональные и эксплуатационные свойства проектируемого образца РЭС.

 Выход из создавшегося положения лежит в унификации математических моделей разнородных физических процессов на основе существующей аналогии протекания. Это позволяет значительно снизить трудоемкость интеграции их в единую комплексную модель, обеспечить полноту и достоверность результатов моделирования, разработать соответствующую методологию и реализующую ее принципиально новую многофункциональную автоматизированную систему анализа схемотехнических и конструктивно-технологических решений и надежности проектируемых РЭС. Данная система получила первоначальное название «АСОНИКА», что расшифровывается как автоматизированная система обеспечения надёжности и качества аппаратуры.

Система «АСОНИКА» по основным характеристикам (перечню решаемых задач, глубине выполняемого анализа, достоверности получаемых результатов, удобству пользования), существенно превосходит отечественные аналоги и не уступает известным зарубежным системам аналогичного назначения. Она получила широкое распространение на предприятиях России и стран СНГ, используется как разработчиками сложных и ответственных РЭС народнохозяйственного и оборонного назначения, так и при проведении экспертных исследований, выполняемых заказчиками РЭС на ранних стадиях выполнения ОКР по их разработке.

Опыт создания и внедрения системы «АСОНИКА» нашел  отражение в требованиях Генерального заказчика РЭС военного назначения к процессам их разработки, в межотраслевых программах и координационных планах развития автоматизированных систем проектирования, в разработке концепции создания интегрированных автоматизированных систем разрабатывающих предприятий, в развитии информационных технологий поддержки изделий в сквозных циклах «проектирование - производство - эксплуатация».

Создание наукоемких технологических объектов в настоящее время ориентируется на CALS – технологии (Continuous Acquisition and Life-cycle Support), которые позволяют интегрировать процессы, протекающие в ходе жизненного цикла продукции на основе специально организованной единой информационной среды, охватывающей все стадии жизненного цикла создаваемой продукции.

Применение CALS – технологий требует определенной реорганизации процесса создания наукоемкой продукции, к которой относятся как автономные изделия электроники, так и электронные изделия, входящие в состав сложных приборных комплексов.

Создание РЭС, обладающих высокими показателями технического уровня (высокие удельные массогабаритные показатели, а также показатели надежности, качества, помехозащищенности и т.п.), требует применения специальной методологии, базирующейся на системных принципах разработки сложных систем и комплексном математическом моделировании физических процессов. Такую комплексность моделирования обеспечивает система «АСОНИКА».

Однако,  современная методология проектирования, производства и эксплуатации РЭС должна быть согласована с основными принципами CALS – технологий. Тем более, что заказчики и покупатели РЭС в настоящее время все чаще требуют документацию в электронном виде. Система «АСОНИКА» обеспечивает дополнение обычного перечня конструкторской документации результатами расчетов и моделями, по которым эти расчеты проведены. Таким образом формируется электронный виртуальный макет создаваемого РЭС, который может быть передан на этапы изготовления и эксплуатации.

Электронный виртуальный макет используется для поиска оптимальных режимов изготовления и эксплуатации РЭС и позволяет удостовериться в возможности замены материалов и режимов их обработки и применения.

С учетом вышеизложенного в данной работе рассматривается методологический подход, позволяющий применить автоматизированную систему обеспечения надежности и качества аппаратуры «АСОНИКА» в рамках технологии проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), основанной на CALS– идеологии.

Методика применения системы «АСОНИКА» основывается на технологии хранения и управления данными о РЭА (Product Data Management/PDM – технология), являющейся составной частью CALS – технологий.

В рамках системы «АСОНИКА» реализуется специальный программный комплекс, который создает структуру электронного (виртуального) макета разрабатываемой РЭА, наполняет данную структуру результатами работы проблемных подсистем системы «АСОНИКА» (подсистемы позволяют моделировать электрические, тепловые, аэродинамические, гидравлические, механические и деградационные процессы в РЭА, осуществляют диагностическое моделирование, анализ показателей надежности, а также позволяют интегрироваться с системами топологического проектирования РЭА /OrCAD-9.1, PCAD, Accel и т.п.). Программный комплекс управляет процессом отображения результатов модельных экспериментов на геометрической модели, входящей в состав электронного макета, а также преобразует, электронный макет, после его обработки, в формат стандарта ISO 10303 STEP. Данные, входящие в  электронный макет используются на последующих стадиях жизненного цикла РЭА.

{/spoilers}