Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Шерин Константин Юрьевич. Модели и алгоритмы синтеза типоразмерных рядов базовых несущих конструкций для автоматизированных систем управления : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : Санкт-Петербург, 2003 107 c. РГБ ОД, 61:04-5/1792

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ СИНТЕЗА ТИПОРАЗМЕРНЫХ
РЯДОВ МНОГОУРОВНЕВЫХ БАЗОВЫХ НЕСУЩИХ
КОНСТРУКЦИЙ 14

1.1. Прогнозирование направлений развития БНК как

сложных иерархических систем 14

1.2. Общесистемная математическая постановка задач
многокритериального синтеза типоразмерных рядов БНК 22

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА
ТИПОРАЗМЕРНЫХ Р5ЩОВ БАЗОВЫХ НЕСУЩИХ
КОНСТРУКЦИЙ 31

2.1. Статистическая оценка трудоемкостей проектирования и
подготовки производства системы структурных модулей

БНК 31

2.2. Статистическая оценка трудоемкости производства

системы структурных модулей БНК 37

  1. Статистическая оценка трудоемкости производства коммутационных плат 42

  2. Статистическая оценка трудоемкости электромонтажа

блоков БНК 48

2.5. Статистическая оценка адаптационных потерь при

внедрении системы структурных модулей БНК .... 52

3. АЛГОРИТМЫ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА

типоразмерных радов БАЗОВЫХ НЕСУЩИХ

КОНСТРУКЦИЙ 58

3.1. Принципы алгоритмического решения задач
многокритериального синтеза типоразмерных рядов

системы структурных модулей БНК 58

  1. Общесистемный алгоритм многокритериального синтеза типоразмерных рядов БНК 64

  2. Алгоритм многокритериального синтеза типоразмер ного

ряда коммутационных плат 74

4. ПРОГРАММЫ И ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА
ТИПОРАЗМЕРНЫХ РЯДОВ БАЗОВЫХ НЕСУЩИХ
КОНСТРУКЦИЙ 80

  1. Программное обеспечение многокритериального синтеза типоразмерных рядов системы структурных модулей БНК 80

  2. Система БНК радиоэлектронных средств для АСУ производственно-технологического назначения 83

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88

ПРИЛОЖЕНИЕ 90

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 98

Введение к работе:

В настоящее время решение комплексной проблемы существенного ускорения социально-экономического развития страны непосредственно связано с радикальным повышением эффективности и темпов роста масштаба отечественного производства конкурентноспособных изделий новой техники во всех отраслях промышленности. Одним из ключевых направлений успешного решения этих задач является разработка и широкое внедрение высокоэффективных автоматизированных систем управления (АСУ) различного производственно-технологического назначения. При этом главной задачей становится создание принципиально новых методов и средств проектирования этого особого и, в настоящее время, важнейшего и перспективного класса АСУ.

Мировая практика совершенствования АСУ производственно-технологического назначения показывает, что эффективность внедрения достижений науки и техники, прежде всего в микроэлектронике, схемотехнике и технологии, в значительной степени зависит от их конструкторской реализации при создании радиоэлектронных средств (РЭС), которые занимают центральное место среди различных классов технических средств АСУ как по наиболее широкому диапазону выполняемых функций, так и по объему серийного производства. При этом определяющие возможности конструирования закладываются на этапе синтеза типоразмерных рядов базовых несущих конструкций (БНК), которые предназначены для размещения и электрического соединения различных электронных модулей (ЭМ) РЭС, а также обеспечения их защиты от внешних и внутренних дестабилизирующих воздействий. Такое положение свидетельствует о том, что БНК являются тем конструктивным ядром, которое обеспечивает радикальное и рентабельное решение мно-

гих комплексных задач проектирования РЭС для АСУ производственно-технологического назначения (например, снижения себестоимости и повышения функциональной емкости).

Вместе с тем, недостаточность априорной информации, вызванная, главным образом, отсутствием схемотехнических решений конкретных ЭМ РЭС на этапе синтеза типоразмерных рядов БНК, дискретность большинства их параметров, тенденция к построению унифицированной системы БНК и многие другие специфичные для перспективных РЭС АСУ факторы определяют сложность и ответственность процесса создания БНК как сложных иерархических систем. Причем, этот процесс носит, как правило, оригинальный, поисковый и долговременный характер, а перспективность принятых на этапе синтеза типоразмерных рядов БНК технических решений определяет «время жизни» как непосредственно системы БНК, так и создаваемых на их основе РЭС для АСУ производственно-технологического назначения.

Существующие методы и средства конструирования, в основе которых лежит преимущественно эвристический подход, не позволяют не только создавать принципиально новые высокоэффективные системы БНК РЭС АСУ, но и обеспечивать достаточно быстрое их совершенствование на базе традиционных технических решений. Возникающее при синтезе типоразмерных рядов системы БНК множество разноплановых и противоречивых конструкторских задач требует выработки такого подхода и такой методики, которые бы гарантировали получение оптимального решения в целом и ускоряли бы в несколько раз темпы синтеза при одновременном снижении затрат. Возможности для этого постоянно расширяются благодаря интенсивному развитию средств вычислительной техники и прогрессу общей теории автоматизированного проектирования РЭС различного схемотехнического и эксплуатационного назначения.

Системные исследования складывающихся в настоящее время условий создания БНК РЭС АСУ показывают, что сущность целесообразного подхода к синтезу тилоразмерных рядов системы структурных модулей разного уровня иерархии БНК заключается, в конечном счете, в разработке и внедрении интегрированной системы автоматизированного оптимального проектирования БНК РЭС АСУ, позволяющей оперативно синтезировать унифицированные комплексы структурных модулей БНК, построенных на единых несущих элементах конструкции для различных классов РЭС АСУ производственно-технологического назначения.

Актуальность решения задач синтеза оптимальных тилоразмерных рядов системы структурных модулей БНК РЭС для АСУ производственно-технологического назначения подтверждается комплексом НИОКР, проводимых ведущими предприятиями и организациями Российского агентства по системам управления в рамках «Межотраслевой программы комплексной унификации, стандартизации и развития БНК РЭС», федеральных программ Российского агентства по судостроению и Российского авиакосмического агентства, и программы Госстандарта РФ «Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж электронных модулей», утвержденных постановлениями Правительства РФ в 1998... 2000 годах.

Целью диссертации является разработка математических моделей и алгоритмов для автоматизированного синтеза оптимальных тилоразмерных рядов системы БНК перспективных РЭС АСУ производственно-технологического назначения. В соответствии с этим в диссертационной работе ставились и решались следующие основные задачи:

проведение системного анализа тенденций развития отечественных и зарубежных БНК РЭС АСУ производственно-технологического назначения за последние два десятилетия и выработка статистических зависимостей для

расчета и прогнозирования определяющих показателей качества БНК как сложных иерархических систем;

построение целевой функции многокритериальной оптимизации и математическая постановка задач структурного и параметрического синтеза ти-поразмерных рядов конструктивных модулей и системы БНК в целом для перспективных РЭС АСУ производственно-технологического назначения;

разработка и выбор пригодных для алгоритмизации задач синтеза математических моделей основных несущих элементов и структурных модулей системы БНК, учитывающих зависимости между их определяющими параметрами и показателями качества;

разработка принципов алгоритмизации системы БНК и алгоритмов синтеза типоразмерных рядов модулей БНК с позиций достижения рационального компромисса между требованиями максимальной функциональной емкости РЭС АСУ и минимизации затрат на проектирование, подготовку производства, производство и внедрение;

разработка и внедрение специального программного обеспечения многокритериального синтеза типоразмерных рядов БНК с учетом совокупности экономических, схемотехнических, конструктивных, технологических и других критериев качественного и надежного функционирования РЭС АСУ производственно-технологического назначения.

Теоретические исследования диссертационной работы строятся на основе методов анализа сложных систем, исследования операций, математического программирования и современных методов вычислительной математики. В работе используются элементы теории множеств, теории алгоритмов, а также общие вопросы теории и методов конструирования и технологии производства РЭС.

В диссертационной работе впервые предложены, разработаны и внедрены специализированные математические модели, алгоритмы и программы для автоматизированного синтеза типоразмерных рядов БНК как сложных иерархических систем с комплексным учетом реальных условий проектирования, подготовки производства, производства и эксплуатации перспективных РЭС АСУ производственно-технологического назначения. Научная новизна работы заключается в следующих основных результатах, полученных лично автором.

  1. Предложены критерии, состав ограничений и переменных оптимизации типоразмерных рядов модулей БНК различных иерархических уровней и их совокупности; сформулирована общесистемная математическая постановка задач структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимальных типоразмерных рядов БНК, которая комплексно учитывает практически важные экономические, схемотехнические, конструктивные, технологические и другие требования всех этапов создания и эксплуатации перспективных РЭС АСУ.

  2. Разработан единый комплекс статистических математических моделей, которые, адекватно учитывая реальные условия многокритериального синтеза типоразмерных рядов системы БНК, позволяют рассчитывать трудоемкости проектирования, подготовки производства и непосредственно производства коммутационных плат (КП) и модулей БНК различного уровня иерархии, а также определять адаптационные потери при внедрении синтезированных типоразмеров КП и структурных модулей системы БНК в конкретных разработках ЭМ и РЭС в целом. При этом разработанные математические модели в сочетании с выбранными физико-математическими моделями БНК (электромагнитными, топологическими, теплофизическими, механико-прочностными и другими) обеспечивают построение эффективных общесис-

темных и частных алгоритмов синтеза при неполной априорной информации и высокой размерности задач поиска оптимальной структуры и параметров типоразмерных рядов системы БНК.

  1. Предложены принципы алгоритмизации и детально разработанный общесистемный алгоритм структурного и параметрического многокритериального синтеза типоразмерных рядов системы БНК на основе функционально-стоимостного анализа, которые позволяют построить унифицированную систему БНК перспективных РЭС для АСУ различного производственно-технологического назначения, обеспечивающую минимизацию затрат на их создание, внедрение и модернизацию при выполнении требований повышения функциональной емкости, качества и надежности.

  2. Разработан на детальном уровне алгоритм автоматизированного многокритериального синтеза оптимального типоразмерного ряда КП, который позволяет в условиях заданных ограничений и набора альтернативных конструктивно-технологических решений определить комплекс оптимальных метрических и структурных параметров для КП в синтезированном ряду: размеры электромонтажного поля для размещения и 100%-й трассировки изделий электронной техники (ИЭТ), размеры конструктивных и технологических зон, способы обеспечения нормального теплового режима и механической прочности, и другие параметры КП. Этот алгоритм может быть положен в основу многокритериального синтеза оптимальных типоразмерных рядов структурных модулей системы БНК при отсутствии ограничений на габаритные размеры модуля высшего уровня иерархии.

На защиту выносятся следующие новые научные положения.

1. Разработанные принципы, методы, модели и алгоритмы структурного и параметрического многокритериального синтеза типоразмерных рядов БНК с позиций функционально-стоимостного анализа позволяют находить эффек-

тивные компромиссные конструктивно-технологические решения в интересах всего процесса синтеза оптимальных типоразмерных рядов структурных модулей БНК как сложных иерархических систем за счет комплексного согласования метрических и стоимостных критериев, учитывающих практически необходимые условия проектирования, производства и эксплуатации БНК перспективных РЭС для АСУ производственно-технологического назначения.

  1. Построенная единая математическая модель БНК как сложной системы, комплексно учитывающая затраты на проектирование, производство и внедрение типоразмерных рядов структурных модулей БНК, а также объединяющая процессы моделирования электромагнитной совместимости, нормального теплового режима, механической прочности и других свойств, характеризующих отдельные аспекты надежного и качественного функционирования БНК, ЭМ и РЭС в целом, создает возможность для эффективной реализации процесса многокритериального синтеза унифицированной системы БНК для различных классов РЭС АСУ производственно-технологического назначения.

  2. Разработанный общесистемный алгоритм многокритериального синтеза типоразмерных рядов структурных модулей любого уровня иерархии БНК и их совокупности, основанный на применении метода математического программирования - метода многократного отсечения по множеству разнородных и противоречивых критериев, эвристических приемов направленного перебора возможных вариантов и автоинтерактивного режима обработки информации, обеспечивает решение задач структурного и параметрического синтеза оптимальных типоразмерных рядов системы БНК за практически приемлемое время на современных ЭВМ в условиях недостаточной априорной информации и высокой размерности пространств поиска при решении этих задач.

4. Разработанный алгоритм структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимального типоразмерного ряда КП с использованием ортогонального печатного электромонтажа, а также разработанных и обоснованно выбранных принципов, методов и математических моделей, отражающих всю полноту реальных схемотехнических, конструкторских и технологических условий проектирования перспективных БНК при размещении в них заданного набора ЭМ РЭС, позволяет организовать автоматизированный синтез оптимальных типоразмерных рядов структурных модулей всех уровней иерархии системы БНК при незаданных ограничениях на габаритные размеры модулей высшего уровня.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании методов и средств автоматизированного структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимальных типоразмерных рядов системы БНК для перспективных РЭС АСУ производственно-технологического назначения. Практические результаты работы используются при создании системы новых государственных стандартов в соответствии с «Межотраслевой программой комплексной унификации, стандартизации и развития БНК РЭС» Российского агентства по системам управления и программой Госстандарта РФ «Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж электронных модулей». Результаты работы используются в учебном процессе Северо-Западного государственного заочного технического университета, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета и Одесского государственного политехнического университета.

Результаты диссертационной работы в виде разработанных и программно реализованных алгоритмов структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимальных типоразмерных рядов системы БНК были использованы при создании ведущими предприятиями Российского

агентства по системам управления унифицированной системы БНК для различных классов РЭС АСУ производственно-технологического назначения, соответствующей перспективным стандартам МЭК и не уступающей лучшим мировым аналогам. Результаты диссертационной работы в виде математических моделей, алгоритмов и программ также используются в НИОКР, проводимых предприятиями Российского агентства по судостроению и Российского авиакосмического агентства, что подтверждается соответствующими актами внедрения (см. «Приложение»).

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на межотраслевой НТК «Научно-технический прогресс систем передачи информации» (г.Пермь, 6... 11 сентября 1996 г.); на 3-й международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (г. Санкт-Петербург, 17... 19 июля 1998г.); на 3-й международной НТГК «Современные информационные и электронные технологии» (г. Одесса, 21... 24 мая 2002 г.); на 6-й международной НІЖ «Системы и средства передачи и обработки информации» (г. Одесса, 3... 8 сентября 2002 г.); на НТК профессорско-преподавательского состава СПб. ВУЗов (1996,..2002 г.г.).

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 1 книга [96... 108].

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложения. Основной текст изложен на 82 страницах. Работа содержит 2 таблицы и 12 рисунков. Список литературы включает 108 наименований отечественных и зарубежных публикаций.

В первом разделе на основе системного анализа тенденций развития БНК РЭС для АСУ производственно-технологического назначения, разработанных отечественными и зарубежными предприятиями за последние два десятилетия, сформулированы перспективные направления развития и получе-

ны зависимости для расчета и прогнозирования определяющих показателей качества БНК, а также дана общесистемная математическая постановка задач многокритериального синтеза оптимальных типоразмерных рядов системы структурных модулей БНК.

Во втором разделе разрабатываются математические модели для расчета, анализа и оптимизации трудоемкостей проектирования, подготовки производства и непосредственно производства системы структурных модулей БНК, и адаптационных потерь при внедрении синтезированных типоразмеров модулей.

В третьем разделе разрабатываются принципы алгоритмического решения задач структурного и параметрического многокритериального синтеза оптимальных типоразмерных рядов БНК как сложных иерархических систем, а также общесистемный и частный алгоритмы синтеза типоразмерных рядов системы структурных модулей БНК и КП.

В четвертом разделе приведены результаты разработки и внедрения специального программного обеспечения для решения задач многокритериального синтеза типоразмерных рядов КП и системы БНК в целом, и приведено описание унифицированной системы БНК перспективных РЭС для АСУ производственно-технологического назначения, которая разработана с использованием результатов диссертационной работы.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты работы.

В приложении даются сведения, подтверждающие использование полученных результатов в различных отраслях промышленности и ВУЗах.

1.4

Подобные работы
Дронь Елена Анатольевна
Автоматизированная система поддержки принятия решений при управлении строительством на основе системной модели затрат
Карелин Алексей Евгеньевич
Синтез, исследование и применение рекуррентных алгоритмов оценивания параметров математических моделей объектов в автоматизированных системах управления
Тиняков Сергей Евгеньевич
Синтез алгоритмов управления сушкой капиллярно-пористых материалов с прогнозируемой моделью финальной влажности и регулируемым транспортным запаздыванием
Попов Сергей Владимирович
Синтез алгоритмов управления движущимися краскораспылителями с вынесенной подсистемой контроля параметров объекта покраски и моделью кодового канала ТРЗ
Лесков Евгений Евгеньевич
Оптимизация и управление мембранными системами
Форсов Георгий Львович
Адаптивное управление качеством функционирования системы технического диагностирования гибридных объектов
Мырзин Глеб Семенович
Автоматизация и управление процессом технического обслуживания системы технологических трубопроводов
Соловьев Владимир Алексеевич
Электротехнические системы с непрерывным токовым управлением вентильными двигателями
Лихтер Анатолий Михайлович
Управление биофизическими процессами в системах лова рыбы
Мозгов Сергей Сергеевич
Управление организацией вычислений в автоматизированных системах научных исследований

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net