CC BY
14
геометрии. Конструирование признаков с заранее от существующих позволяет анализировать 3D изоб-
заданными свойствами Тот или иной тип сканиро- ражения без предварительного их упрощения или
вания имеет свои преимущества и недостатки в за- построения проекций на плоскости, анализируя
висимости от решаемой задачи. непосредственно их трехмерную форму.
Впервые для анализа и распознавания 3D изоб- Данный метод авторы планируют развить для
ражений предложен подход на основе стохастиче- анализа дефектов и особенностей на поверхности
ской геометрии, который благодаря построению трехмерных объектов, а также для анализа цветных
признаков, инвариантных к группе движений и мас- и текстурированных 3D изображений. В последнем
штабированию, позволяет повысить надежность и случае, возникает трудность совмещения парал-
универсальность распознавания. Сканирование со лельного анализа формы 3D объекта с его цветными
случайными параметрами улучшает соотношение характеристиками и особенностями текстуры по-
«надежность - быстродействие» распознавания 3D верхности. Однако, как показывают результаты ра-
изображений по сравнению с детерминированным бот [13-15], описанная задача вполне решаема,
сканированием, что было не только обосновано Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ
теоретически, но и показано практически. (проект №15-07-04 4 8 4).
Разработан метод сканирования трехмерных изображений плоскостями. Данный метод в отличие
ЛИТЕРАТУРА
1. Садыков, С.С. Экспериментальное исследование алгоритмов распознавания бинарных изображений на тестовых проекциях трёхмерных объектов [Текст] / С.С. Садыков, А.В. Терехин // Надежность и качество сложных систем. - 2014. - №4 (8). - С. 48-52.
2. Садыков, С.С. Экспериментальное исследование системы автоматического распознавания на парах изображений проекций реальных трехмерных объектов [Текст] / С.С. Садыков, А.В. Терехин / Надежность и качество: труды Международного симпозиума; под ред. Н.К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ. - 2015. -Т. 1. - С. 273-276.
3. Сёмов, А.А. Различные виды пространственного сканирования 3D изображений [Текст] / А.А. Сёмов // Надежность и качество: труды Международного симпозиума. - 2015. - Т. 2. - Пенза: ПГУ. - С. 150153.
4. Fedotov, N.G. Trace transform of three-dimensional objects: recognition, analysis and database search [Text] / N.G. Fedotov, S.V. Ryndina, А.А. Semov // Pattern Recognition and Image Analysis. Advances in Mathematical Theory and Applications. - 2014. - Vol. 24. - No. 4. - Moscow: Pleiades Publishing, Ltd. - P. 566-574.
5. Fedotov, N.G. The Theory of Image-Recognition Features Based on Stochastic Geometry [Text] / N.G. Fedotov // Pattern Recognition and Image Analysis. Advances in Mathematical Theory and Applications. -1998. - V. 8. - № 2. - Moscow: Pleiades Publishing, Ltd. - P. 264-266.
6. Федотов, Н.Г. Теория признаков распознавания образов на основе стохастической геометрии и функционального анализа [Текст] / Н.Г. Федотов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 304 C.
7. Fedotov, N.G. Trace transform of spatial images [Text] / N.G. Fedotov, S.V. Ryndina, А.А. Syemov / 11th International conference on Pattern Recognition and Image Analasis: New Information technologies (PRIA-11-2013). Conference Proceedings (V. I-II). - Samara: IPSI RAS, 2013. - V. 1.
- P. 186-189.
8. Hastie, T. The elements of statistical learning: data mining, inference and prediction (Springer Series in Statistics) [Text] / T. Hastie, R. Tibshirani, J. Friedman. - second edition.
- New York, USA : Springer, 2009. - 746 P.
9. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2015612257 Роспатента от 16.02.15. Программный комплекс анализа и распознавания 3D изображений на основе пространственного трейс-преобразования со случайными параметрами сканирования / Н. Г. Федотов, А. А. Сёмов.
10. Сальников, И.И. Растровые пространственно-временные сигналы в системах анализа изображений [Текст] / И.И. Сальников. - М. : Физматлит, 2009. - 245 C.
11. Федотов, Н.Г. Минимизация признакового пространства распознавания 3D изображения на основе стохастической геометрии и функционального анализа [Текст] / Н.Г. Федотов, А.А. Семов, А.В. Моисеев // Машинное обучение и анализ данных. - 2015. - T. 1. - №13. - Электронный журнал. - Издательство: Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН (Москва). - C. 1796-1814.
12. Федотов, Н.Г. Интеллектуальные возможности гипертрейс-преобразования: конструирование признаков с заданными свойствами [Текст] / Н.Г. Федотов, А.А. Семов, А.В. Моисеев // Машинное обучение и анализ данных. - 2014. - T. 1. - №9. - Электронный журнал. - Издательство: Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН (Москва). - C. 1200 - 1214.
13. Fedotov, N.G. Recognition of halftone textures from the standpoint of stochastic geometry and functional analysis [Text] / N.G. Fedotov, D.A. Mokshanina // Pattern Recognition and Image Analysis, Advances in Mathematical Theory and Applications. - 2010. - Vol. 20. - No. 4. - Moscow: Pleiades Publishing, Ltd. - P. 551-556.
14. Fedotov, N.G. Recognition of images with complex half-tone texture / N.G. Fedotov, D.A. Mokshanina [Text] // Measurement Techniques. - 2011. - Vol. 53. - № 11. - P. 1226-1232.
15. Fedotov, N. Application of triple features theory to the analysis of half-tone images and colored textures. Feature construction along stochastic geometry and functional analysis. Computer and Information Science [Text] / N. Fedotov, S. Romanov, D. Goldueva // Canadian Center of Science and Education Canada, 2013. V. 6. №4. P. 17-24.
УДК 004.93
Фролов С.И., Юрков Н.К., Кочегаров И.И.
ФГБОУ ВО «Пензенский госуниверситет», Пенза, Россия
ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ВИБРОПРОЧНЫХ РЭС
Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка методов и средств создания высоконадежных компонентов и систем бортовой радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической и транспортной техники нового поколения» (Соглашение № 15-19-10037 от 20 мая 2015 г.) при финансовой поддержке Российского научного фонда.
В последнее время в РФ ведутся серьезные работы по модернизации всех видов вооруженных сил.
Создаются и совершенствуются новейшие образцы бронетанковой техники, надводных и подводных кораблей, авиации и ракетных комплексов.
В значительной мере высокие характеристики новых образцов военной техники достигаются использованием современных радиоэлектронных средств (РЭС). Как следствие, перед разработчиками РЭС в условиях конкуренции и крайне напря-
женных сроков выполнения работ ставятся все более сложные задачи разработки конструкций высоконадежных РЭС, эксплуатируемых в жестких условиях внешних воздействий, многие из которых еще не нашли удовлетворительного решения.
Это требует активизации научных изысканий в данной области, совершенствования инструментов и методов проектирования, повышения квалификации разработчиков и образовательного уровня высших учебных заведений по подготовке новых кадров. На фоне кризисных явлений в экономике, работы должны вестись в рамках системного подхода, продуманно и крайне рационально, с акцентированием внимание на узких местах в разработке РЭС.
На сегодняшний день имеется большой выбор САПР конструирования печатных узлов РЭС (ECAD, EDA), многие из которых позиционируются как системы сквозного автоматизированного проектирования [1, 3] . Они строятся с применением информационных технологий (ИТ) и реализуют на базе единой информационной платформы такие функции проектирования РЭС, как схемотехническое моделирование, трассировка межсоединений, оформление конструкторской документации, подготовка управляющих программ для технологического оборудования. К ним могут быть отнесены такие САПР, как Altium Designer, Delta Design, Асоника и др.
Следует отметить, что выше упомянутые САПР стоят не дешево, а вследствие избыточного набора возможностей и не всегда удачного интерфейса, сложны для освоения, что и делает их весьма затратными при внедрении и эксплуатации. На практике это приводит к тому, что для работы с использованием подобных САПР к опытным конструкторам-практикам прикрепляются помощники-компьютерщики, либо приходится на длительное время массово отрывать конструкторов от разработки изделий, обучая их работе с САПР в специализированных центрах [4, 5].
В качестве достоинств, следует отметить, что современные EDA-системы могут быть эффективно использованы там, где на первом месте по значимости стоит трассировка и оформление конструкторской документации печатных плат при разработке в режиме непрерывного потока большого количества сложных печатных узлов (ПУ) стационарных и других РЭС, не подверженных внешним воздействиям. Таких ПУ разрабатывается, по некоторым оценкам, до 90% от общего объема [3].
Но использование современных EDA в таком виде может оказаться нецелесообразным при проектировании уникальных, относительно не сложных блоков РЭС, и как следствие, где объем трассировки не большой, а на первое место выходит поиск нестандартных конструкторских решений для защиты от внешних воздействий. Поэтому создание САПР сквозного проектирования ПУ специальных РЭС,
подверженных жестким внешним воздействиям, остается актуальным.
При этом важно отметить следующее. Важнейшим условием создания нового изделия высокого качества в сжатые сроки является реализация принципа «технологичности» на всех этапах разработки [6]. На схемотехническом этапе при выборе решений из альтернативных вариантов должна учитываться «конструктивность» схем, а при выборе конструктивных решений - их «технологичность». Другими словами, для принятия проектных решений, имеющиеся варианты электрических схем с одинаковыми функциональными характеристиками необходимо средствами САПР оценивать на «конструктивность» по некоторым критериям, например, для вибропрочных ПУ по наименьших массе ЭРЭ и монтажном поле печатной платы. Аналогично, конструкция РЭС должна быть технологичной: рассчитана на использование передовых технологических процессов, оборудования и т.п.
Реализация такого подхода накладывает на все виды обеспечения САПР особые требования. С точки зрения организационного обеспечения идеальным было бы, чтобы один человек-схемотехник с помощью САПР разрабатывал электрическую схему с одновременным учетом конструктивных требований и технологичности. На практике, при сложившемся разделении труда, задачей САПР является оперативное взаимодействие специалистов-разработчиков на ранних стадиях проектирования: схемотехников с конструкторами, конструкторов с технологами. При этом, все специалисты должны обладать необходимой квалификацией в своей профессии и иметь интерактивный доступ в САПР.
В данной статье, учитывая выше сказанное, мы ограничимся рассмотрением некоторых структурных вопросов построения системы сквозного конструирования вибропрочных ПУ РЭС.
При создании вибропрочных ПУ основными являются сложные наукоемкие инженерные задачи, такие как обоснованный выбор конструктива печатного узла, его форм-фактор, варианты крепления, теп-лоотвода и т.д.
Накопленный на кафедре «Конструирование и производство радиоаппаратуры» Пензенского государственного университета опыт и приведенные выше соображения показывают, что в человеко-машинной системе САПР конструирования уникальных изделий специального назначения в центре системы, главным элементом является человек-конструктор, который должен реализовывать сквозное конструирование ПУ [2]. Компьютер же с соответствующим программным, методическим и информационным обеспечением должен иметь подчиненное положение и обеспечивать обоснованную поддержку принятия нужного конструкторского решения.
Рисунок 1 - Задачи инженера-конструктора печатного узла
Пример такой структуры показан на рис.1. В центре системы находится человек-конструктор, вооруженный знаниями и опытом творческой работы при конструировании, имеющий навыки целевого использования компьютера и взаимодействия с другими человеко-машинными системами в рамках сквозного цикла проектирования и технической подготовки производства.
В качестве профессионального инструментария конструктор должен быть обеспечен персональным автоматизированным рабочим местом с необходимым программным обеспечением для оперативного решения многочисленных инженерных задач. Причем, задач преимущественно расчетного характера по готовым формулам на основе выявленных закономерностей. Перечень и последовательность решения инженерных задач в рамках сквозного цикла должны быть тщательно регламентированы с оформлением результатов проведенных расчетов. Следует отметить наличие принципиально важного этапа предварительного расчета резонансных частот еще до размещения элементов ПУ и трассировки печатных плат.
Таким образом, задача создания автоматизированной системы сквозного цикла конструирования вибропрочных ПУ сводится к выявлению инженерных задач в их необходимой последовательности, проведению научных работ по установлению расчетных
методик и разработке алгоритмов решения задач с их последующим программированием.
Причем, в настоящее время многие конструкторские задачи уже поставлены и вполне успешно решаются на компьютере: расчет размерных цепей, размещение ЭРЭ и трассировка печатных плат, прочностные задачи, расчеты тепловых режимов, электромагнитных воздействий и др. Остается только обобщить и систематизировать имеющийся задел.
В тоже время, еще многие инженерные задачи конструктора РЭС нуждаются в постановке на ЭВМ и здесь имеется большое поле для научных исследований. Далее приведем один из показательных примеров, отражающий важность оценки «конструктивности» электрических схем на ранних стадиях разработки.
При передаче разработанной электрической схемы конструктору, в случае, когда компоновочное решение ПУ не задано или бывает задано без учета возможных резонансных явлений, в рамках сквозного цикла конструирования ПУ возникают трудоемкие итерационные петли работ по переработке разработанной конструкции для обеспечения ее вибропрочности и допустимых тепловых режимов ЭРЭ (Рис.2).
Рисунок 2 - Итерационный процесс проектирования
При этом может выясниться, что электрическая схема не обладает требуемой «конструктивностью» и для нее нет приемлемых конструктивных решений в условиях разумного числа итерационных петель и плановых сроков разработки. Так рождаются нежелательные компромиссы и потеря качества.
Чтобы решить эту проблему, на кафедре «Конструирование и производство радиоаппаратуры» Пензенского государственного университета выполнен значительный объем работ по расчетам резонансных частот ПУ для различных наиболее востребованных видов конструктивов ПУ и их креплений. На основе выявленных закономерностей разработан алгоритм и программное обеспечение в виде экспертной подсистемы оценки «конструктивности» электрических схем. Такой подход позволяет еще до трассировки печатных плат обоснованно выбрать конструктив ПУ без резонансов в заданном диапазоне частот внешних воздействий (с учетом выбранного коэффициента запаса).
В результате, если раньше, при выборе конструктива ПУ в слепую, после размещения ЭРЭ и трудоемкой трассировки печатной платы расчеты на ЭВМ показывали наличие резонансов с недопустимыми перегрузками ЭРЭ (а еще хуже, если это выявлялось при натурных испытаниях), приходилось заниматься уменьшением разрушительного действия вибрации. Т.е. бороться с последствиями, хотя, лучшим решением является создание конструкции заведомо не имеющей резонансов в рабочем диапазоне частот.
Таким образом, использование разработанной экспертной подсистемы принятия конструкторских решений в качестве модуля САПР сквозного конструирования ПУ позволяет органично заполнить пробел в последовательности инженерных задач, обеспечить сокращение трудоемкости проектирования и повысить качество выпускаемых РЭС специального назначения, в том числе, за счет обеспечения необходимой «конструктивности» электрических схем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кочегаров И.И. Информационные технологии проектирования РЭС: Учебное пособие. / И.И. Кочегаров, Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. 96
2. Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М. Механические воздействия и зашита радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов / Е.Н. Маквецов, А.М. Тартаковский, Москва: Радио и связь, 1993.
3. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования / И.П. Норенков, Москва: Изд-во МГТУ им. НЭ Баумана, 2002. 359 с.
4. Сабунин А.Е. Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств / А.Е. Сабунин, Москва: Солон-Пресс, 2009. 432 с.
5. ПК АСОНИКА // ПК АСОНИКА. Официальный сайт [Электронный ресурс]. URL: http://www.asonika-k.ru/.
6. Алексеев А.В., Застела М.Ю., Сафонов В.Л., Чабдаров Ш.М. Основы технологичности и конструктивности изделий радиоэлектроники. Казань: ЗАО "Новое знание", 2012.
