Моделирование физических процессов радиоэлектронных средств на виброизоляторах стратегических объектов в условиях интенсивных внешних тепловых и механических воздействий для предотвращения их катастрофических отказов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.396.6.019.3

А.С. Шалумов,

Д.т.н., профессор

Генеральный директор ООО "Научно-исследовательский институт "АСОНИКА"

Г. Ковров, Российская Федерация Заведующий кафедрой, Кафедра информационных технологий Владимирский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы при

Президенте РФ (РАНХиГС) Г. Владимир, Российская Федерация А.В. Малов, К.т.н.

Старший научный сотрудник ООО "Научно-исследовательский институт "АСОНИКА"

Г. Ковров, Российская Федерация М.А. Шалумов, К.т.н., Научный сотрудник

Владимирский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ (РАНХиГС)

Г. Владимир, Российская Федерация

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ НА ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ СТРАТЕГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ВНЕШНИХ ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ИХ

КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ОТКАЗОВ

Аннотация

Рассмотрена структура Автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры АСОНИКА. Представлены возможности подсистем системы АСОНИКА, в том числе подсистемы анализа и обеспечения стойкости к механическим воздействиям конструкций радиоэлектронных средств на виброизоляторах стратегических объектов АСОНИКА-В.

Ключевые слова

Радиоэлектронное средство, виброизоляторы, механические воздействия.

С помощью Автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры АСОНИКА осуществляется автоматизированное проектирование и комплексное компьютерное моделирование высоконадежных радиоэлектронных средств на виброизоляторах стратегических объектов (РЭС ВСО) в соответствии с требованиями CALS-технологий на этапах проектирование-производство-эксплуатация [1 -4]. Предлагаемая технология предназначена для применения в процессе проектирования РЭС ВСО и замены испытаний компьютерным моделированием на ранних этапах проектирования, что позволяет значительно сократить количество испытаний и возможных итераций при проектировании РЭС ВСО.

Система АСОНИКА предназначена для решения четырех основных проблем, существующих при разработке современных РЭС ВСО:

- предотвращение возможных отказов при эксплуатации на ранних этапах проектирования за счет комплексного моделирования разнородных физических процессов;

- обеспечение безопасности человека при полетах на самолетах (предотвращения авиакатастроф) за счет комплексного автоматизированного анализа системы управления самолетом на основе созданной электронной модели при всех видах внешних дестабилизирующих факторах, в том числе в критических режимах;

- сокращение сроков и затрат на проектирование за счет доступности разработчику аппаратуры предлагаемых программных средств и адекватности результатов моделирования;

- автоматизация документооборота и создание электронной модели РЭС ВСО за счет интеграции предлагаемых программных средств в рамках PDM-системы хранения и управления инженерными данными и жизненным циклом аппаратуры.

Эксплуатация РЭС ВСО характеризуется воздействием на них совокупности жестких внешних факторов, которые действуют одновременно, что приводит к отказам системного характера. Такие отказы трудно выявить при испытаниях, так как нет стендов, которые позволяли бы комплексно воспроизвести одновременно электрические процессы функционирования, сопутствующие тепловые, механические, аэродинамические, радиационные и другие внешние воздействия, технологические явления случайных разбросов параметров, старение, коррозию и другие деградационные факторы. Проблема осложняется тем, что современные РЭС ВСО включают в себя сложные микроэлектронные изделия, обладающие определенными физико-технологическими особенностями, которые также должны быть учтены при комплексном математическом моделировании. Все эти факторы в своем совокупном и взаимосвязанном проявлении обязательно должны быть правильно учтены при схемно-конструкторско-технологическом проектировании, что можно выполнить только с помощью ЭВМ. В этом случае действительно могут быть заранее выявлены и устранены основания для системных отказов и обеспечены высокие показатели надежности РЭС ВСО.

Причины существования четырех перечисленных проблем коренятся в недостатках процессов проектирования и отработки создаваемых образцов, связанных со слабым применением автоматизированных методов проектирования и современных информационных технологий, базирующихся на комплексном математическом моделировании одновременно протекающих в РЭС ВСО процессов (электрических, тепловых, механических, аэродинамических, электромагнитных и других), обусловленных как функционированием аппаратуры и воздействием внешних факторов, так и ее износом и старением. 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 ВСО. Данная система получила название АСОНИКА. Система АСОНИКА внедрена на множестве предприятий военно-промышленного комплекса Российской Федерации.

Это первая российская автоматизированная система моделирования, которая рекомендуется специальными руководящими документами Министерством обороны РФ для замены испытаний электронной аппаратуры на ранних этапах проектирования, что позволяет создавать конкурентоспособную аппаратуру в минимальные сроки и с минимальными затратами.

Система АСОНИКА обеспечивает дополнение обычного перечня конструкторской документации результатами расчетов и моделями, по которым эти расчеты проведены. Тем самым формируется электронный виртуальный макет создаваемой аппаратуры, который может быть передан на этапы изготовления и эксплуатации. В рамках системы АСОНИКА реализуется специальный программный комплекс, который формирует структуру электронного (виртуального) макета разрабатываемой аппаратуры, наполняет данную структуру результатами работы проблемных подсистем системы АСОНИКА. Эти подсистемы позволяют моделировать электрические, тепловые, аэродинамические, механические и деградационные процессы в аппаратуре, осуществляют диагностическое моделирование, анализ показателей надежности, а также позволяют интегрироваться с системами топологического проектирования систем и устройств телекоммуникаций Mentor Graphics, Altium Designere, PCAD и др.

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 РЭС ВСО.

В настоящее время система АСОНИКА состоит из тринадцати подсистем:

- анализа типовых конструкций блоков РЭС ВСО на механические воздействия АСОНИКА-М;

- анализа типовых конструкций шкафов и стоек РЭС ВСО на механические воздействия АСОНИКА-М-ШКАФ;

- анализа и обеспечения стойкости произвольных объемных конструкций, созданных в системах ProEngieer, SolidWorks и других САЕ-системах в форматах IGES и SAT, к механическим воздействиям АСОНИКА-М^;

- анализа и обеспечения стойкости к механическим воздействиям конструкций РЭС ВСО АСОНИКА-В;

- анализа и обеспечения тепловых характеристик конструкций аппаратуры АСОНИКА-Т;

- анализа конструкций печатных узлов РЭС ВСО на тепловые и механические воздействия АСОНИКА-ТМ;

- автоматизированного заполнения карт рабочих режимов электрорадиоизделий (ЭРИ) АСОНИКА-Р;

- анализа показателей надежности РЭС ВСО с учетом реальных режимов работы ЭРИ АСОНИКА-Б;

- справочная база данных электрорадиоизделий и материалов по геометрическим, физико-механическим, теплофизическим, электрическим и надежностным параметрам АСОНИКА-БД;

- идентификации физико-механических и теплофизических параметров моделей РЭС ВСО АСОНИКА-ИД;

- анализа усталостной прочности конструкций печатных плат и электрорадиоизделий при механических воздействиях АСОНИКА-УСТ;

- анализа и обеспечения электромагнитной совместимости РЭС ВСО АСОНИКА-ЭМС;

- управления моделированием РЭС ВСО при проектировании АСОНИКА-УМ.

Система АСОНИКА включает в себя следующие конверторы с известными САПР:

- модуль интеграции системы моделирования электрических процессов в схемах PSpice и подсистем АСОНИКА-Р, АСОНИКА-Б (ведется разработка модулей интеграции с системами Mentor Graphics и Altium Designere);

- модуль интеграции систем проектирования печатных узлов PCAD, Mentor Graphics, Altium Designere и подсистемы АСОНИКА-ТМ;

- модуль интеграции 3D модели, созданной в системах КОМПАС, ProEngineer, SolidWorks, Inventor, T-FLEX в форматах IGES, SAT и подсистемы АСОНИКА-М (версия АСОНИКА-М^).

Предполагается разработка подсистемы радиационной стойкости РЭС АСОНИКА-РАД.

Структура автоматизированной системы АСОНИКА (рис.1) предусматривает, что в процессе проектирования, в соответствии с требованиями CALS-технологий, на базе подсистемы управления данными при моделировании АСОНИКА-УМ (PDM-системы) и с использованием подсистем моделирования происходит формирование электронной модели изделия.

С помощь специального графического редактора вводится электрическая схема, которая сохраняется в базе данных проектов в подсистеме АСОНИКА-УМ и передается в виде файла в системы анализа электрических схем PSpice, Mentor Graphics и Altium Designere, а также в системы размещения и трассировки печатных плат PCAD, Mentor Graphics и Altium Designere. Выходные файлы системы PCAD в формате PDIF и Mentor Graphics и Altium Designere в формате IDF либо сохраняются в подсистеме АСОНИКА-УМ, либо направляются в системы AUTOCAD, КОМПАС, ProEngineer, SolidWorks, Inventor, T-FLEX для создания чертежей и опять-таки сохраняются в подсистеме АСОНИКА-УМ. В подсистему АСОНИКА-УМ также передаются 3-D модели шкафов и блоков РЭС ВСО, созданные в системах КОМПАС, ProEngineer, SolidWorks, Inventor, T-FLEX в форматах IGES и SAT, которые из нее направляются в подсистемы АСОНИКА-М и АСОНИКА-В (1) для анализа механических процессов в шкафах и блоках

РЭС ВСО, а также в подсистему АСОНИКА-Т (3) для анализа тепловых процессов в шкафах и блоках РЭС ВСО.

Рисунок -1 Структура автоматизированной системы АСОНИКА

Полученные в результате моделирования напряжения, перемещения, ускорения и температуры в конструкциях шкафов и блоков сохраняются в подсистеме АСОНИКА-УМ (2, 4). Чертежи печатных узлов (ПУ) и спецификации к ним, а также файлы в форматах PDIF и IDF передаются из подсистемы АСОНИКА-УМ в подсистему АСОНИКА-ТМ (5) для комплексного анализа тепловых и механических процессов в ПУ. Кроме того, передаются температуры воздуха в узлах, полученные в подсистеме АСОНИКА-Т, а также ускорения опор, полученные в подсистеме АСОНИКА-М (6). Полученные в результате моделирования температуры и ускорения ЭРИ сохраняются в подсистеме АСОНИКА-УМ (7).

Перечень ЭРИ (8), файлы с электрическими характеристиками ЭРИ (9), температурами и ускорениями ЭРИ (10), результаты электромагнитного (15) и радиационного (16) анализа, полученные в подсистемах АСОНИКА-ЭМС и АСОНИКА-РАД, передаются из подсистемы АСОНИКА-УМ в подсистему анализа показателей надежности РЭС ВСО АСОНИКА-Б. Полученные в результате показатели надежности РЭС ВСО сохраняются в подсистеме АСОНИКА-УМ (11). Перечень ЭРИ, файлы с электрическими характеристиками ЭРИ (12), температурами и ускорениями ЭРИ (13) передаются из подсистемы АСОНИКА-УМ в подсистему формирования карт рабочих режимов ЭРИ АСОНИКА-Р. Полученные в результате карты рабочих режимов сохраняются в подсистеме АСОНИКА-УМ (14).

Подсистема АСОНИКА-В предназначена для анализа механических характеристик конструкций шкафов, стоек и блоков РЭС ВСО при воздействии гармонической вибрации, случайной вибрации, ударных нагрузок, линейного ускорения, при воздействии акустических шумов и на основе полученных механических характеристик для принятия решения по поводу обеспечения стойкости аппаратуры при механических воздействиях. Подсистема имеет специальный графический интерфейс ввода конструкции на виброизоляторах. Подсистема позволяет идентифицировать параметры виброизоляторов, а также оптимизировать их с целью снижения нагрузок на конструкцию. В результате моделирования могут быть получены зависимости ускорений конструкции на виброизоляторах от частоты и времени. Подсистема АСОНИКА-В включает в себя базу данных со справочными параметрами виброизоляторов.

Целью внедрения системы АСОНИКА является повышение эффективности работы структурных подразделений предприятия, приведение их в соответствие с современными мировыми и отечественными

стандартами качества, сокращение сроков проектирования и разработки наукоемких РЭС ВСО, повышение надежности разрабатываемых РЭС ВСО.

Внедрение данного программного комплекса позволяет получить значительную экономию материальных средств за счет сокращения количества испытаний при внедрении предлагаемого программного обеспечения.

Таким образом, результатом внедрения системы АСОНИКА станет переход на принципиально новый уровень информационных технологий, что позволит расширить номенклатуру выпускаемой продукции, сократить сроки выхода на рынок новых изделий, снизить брак и затраты на производство.

Исследование осуществлено в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ № НШ-5574.2014.10, гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых №МК-7762.2015.10 Список использованной литературы:

1. Автоматизированная система АСОНИКА для моделирования физических процессов в радиоэлектронных средствах с учетом внешних воздействий / Под ред. А.С. Шалумова. - М.: Радиотехника, 2013. - 424 с.

2. А.В. Малов, А.С. Шалумов. Подсистема обеспечения стойкости радиоэлектронных средств на виброизоляторах к механическим воздействиям в составе САПР АСОНИКА // Успехи современной радиоэлектроники. - 2011. - № 1. - С.50-55.

3. А.В. Малов, А.С. Шалумов, Ву Ван Куи. Автоматизированная подсистема обеспечения стойкости радиоэлектронных средств к механическим воздействиям на основе систем виброизоляции // Наукоемкие технологии. - 2011. - № 11. - С.38-43.

4. Шалумов А.С., Шалумов М.А., Шалумова Н.А., Першин Е.О., Куликов О.Е. Анализ проблем и задач моделирования физических процессов в радиоэлектронных средствах // Динамика сложных систем. - 2014. - № 2. - С.83-89.

© А.С. Шалумов, А.В. Малов, М.А. Шалумов, 2015

УДК 637.5.034

К.Ю. Шебела

Студентка 2 курса факультета перерабатывающих технологий Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар

Н.Ю. Сарбатова

к.т.н., доцент кафедры технологии хранения и переработки животноводческой продукции

Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ СТАРТОВЫХ КУЛЬТУР В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СЫРОКОПЧЕНЫХ КОЛБАС

Аннотация

В работе представлены результаты исследования действия электромагнитного поля низких частот на стартовые культуры. Приведена установка для электромагнитной обработки.

Ключевые слова

электромагнитная установка, стартовые культуры, мясное сырье, сырокопченые колбасы.

В связи с сокращением поголовья скота и дефицитом, главным образом, охлажденной говядины с 90-х г.г. прошлого века многие мясоперерабатывающие предприятия, выпускающие сырокопченые колбасы, перешли на использование размороженного мясного сырья, в том числе имеющего значительные отклонения в качестве. В свою очередь это привело к нестабильности качества выпускаемой продукции и производственным потерям, связанным с появлением технологического брака [1, с. 1150, 2, с. 112].

Многими учёными показана перспективность применения стартовых культур (бактериальных препаратов), состоящих из специально подобранных штаммов микроорганизмов, целенаправленно