Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем




Скачать 15,17 Kb.
НазваниеМатематическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем
страница1/2
Дата03.02.2016
Размер15,17 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2




На правах рукописи



РУСАНОВСКИЙ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ




МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ БОРТОВЫХ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ


Специальность 05.13.11 – «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук


ТОМСК 2009


Работа выполнена в ОАО НПЦ «ПОЛЮС»


Научный руководитель: Шалумов Александр Славович, доктор технических наук, профессор, Владимирский филиал Российской академии государственной службы при Президенте Российской Федерации.


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Цапко Геннадий Павлович


кандидат технических наук, доцент

Бойченко Иван Валентинович


Ведущее предприятие: ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева, г. Железногорск


Защита состоится 27 мая 2009 года в 15-00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.06 при Томском политехническом университете по адресу: 634034, г. Томск, ул. Советская, 84, институт «Кибернетический центр» ТПУ


С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Томского политехнического университета по адресу: 634034, г. Томск, ул. Белинского, 55.


Автореферат разослан «___» апреля 2009 года.


Ученый секретарь Совета

к. т. н., доцент Сонькин М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность работы. На многих отечественных предприятиях разработчики бортовых приборов и систем (БПС) затрачивают на проектирование до 35 лет. При этом, несмотря на столь значительные сроки создания опытных образцов, освоение их серийного выпуска и первые годы эксплуатации сопровождаются многочисленными доработками, целью которых является устранение различного рода недостатков, дефектов, предпосылок как к простым, так и к системным отказам, а также самих системных отказов (обуславливаются комплексным воздействием дестабилизирующих факторов). Причины этого можно отнести к недостаткам процессов проектирования и отработки создаваемых образцов, связанных, в первую очередь, с недостаточным уровнем развития автоматизированных методов проектирования, базирующихся на комплексном (учет наиболее существенных взаимных связей) математическом моделировании разнородных физических процессов в БПС и интегрирующихся с методологией современных информационных технологий проектирования наукоемкой продукции – CALS-технологий (Continuous Acquisition and Life-cycle Support), реализующих непрерывную информационную поддержку всего жизненного цикла изделия.

Жесткие условия эксплуатации существенно влияют на работоспособность и надежность БПС. Подавляющее большинство отказов БПС связано с тепловыми и механическими воздействиями, которые приводят к выходам за пределы, установленные нормативно-технической документацией (НТД), механических характеристик конструкций – ускорений, перемещений, напряжений и температур электрорадиоизделий (ЭРИ), что приводит к нарушению прочности и устойчивости работы. Кроме того, к нарушениям прочности БПС часто приводит накопление усталостных повреждений в выводах ЭРИ и их разрушение.

Отказы, связанные с потерей механической и тепловой прочности и устойчивости БПС, выявляются на завершающих этапах разработки и приводят к возможно длительной оптимизации конструкции, что в конечном итоге сказывается на сроках и стоимости выполнения проектных работ. Проектирование современных БПС в заданные сроки и в соответствии с требованиями НТД по механическим и тепловым характеристикам, в общем случае, невозможно без использования информационных технологий. Применение компьютерного моделирования тепловых и механических процессов, протекающих при эксплуатации БПС, позволит сократить количество промежуточных вариантов конструкций и уменьшить себестоимость и время проектирования.

Компьютерное моделирование механических и тепловых процессов в БПС требует взаимного учета целого ряда факторов: геометрической сложности и неоднородности конструкции; наличия в печатных узлах (ПУ) до нескольких тысяч ЭРИ, механические и тепловые характеристики которых надо определить; многообразия видов механических воздействий; одновременного приложения к аппаратуре двух и более видов механических воздействий; комплексного характера приложения механических и тепловых воздействий, приводящих к влиянию тепловых процессов на механические; нелинейности физических характеристик материалов конструкций.

Существующие специализированные программы моделирования механических и тепловых процессов в приборах и системах не учитывают всех выше перечисленных факторов, не достаточно развиты применительно к моделированию несущих конструкций приборов и систем, не позволяют построить всю иерархию конструкций от шкафа до отдельного ЭРИ для передачи воздействий и результатов моделирования между отдельными уровнями иерархии, например, от блока к ПУ.

Для моделирования механических и тепловых процессов в несущих конструкциях приборов и систем применяются следующие универсальные CAE-системы: NASTRAN, COSMOS-М, MARC, ANSYS и т.д.

Как показывает практика, на предприятиях, где это имеет место, моделированием занимаются специалисты в области прочности и тепла, не разбирающиеся в особенностях объекта проектирования. Поэтому им требуется значительное время на построение модели конструкции и ее анализ. В это время разработчик простаивает. Затем возникает множество итераций по согласованию результатов моделирования между расчетчиком и разработчиком. За это время разработчик при наличии удобного инструмента – человеко-машинного интерфейса для моделирования БПС - сможет перебрать множество вариантов, работая в интерактивном режиме. Следовательно, необходимо отказаться от подобной практики и передать вопросы моделирования разработчику. Для этого разработчик БПС помимо пользовательских навыков работы с универсальной CAE-системой должен обладать глубокими теоретическими знаниями в области математики метода конечных элементов и физики протекания механических и тепловых процессов в данных конструкциях. Подготовка разработчика БПС, сочетающего в себе знания конструктора, аналитика-расчетчика и пользователя CAE-системой, требует значительных временных и финансовых затрат, что, учитывая динамику темпов производства и нестабильность кадров в современных условиях трудно достижимая задача. Однако, даже наличие высококвалифицированных разработчиков не решит проблемы моделирования механических и тепловых процессов в конструкциях БПС. Использование компьютерного моделирования требует от разработчика построить расчетную модель несущей конструкции, провести сбор входных данных, осуществить ввод этих данных, подготовить данные для передачи в решатель CAE-системы, провести расчет, обработать результаты и принять решение по полученным результатам. При этом время, затраченное на моделирование изделия, может превышать время, отводимое на проектирование. Следует отметить, что большую часть времени, занимает ввод конструкции БПС в CAE-систему и анализ результатов моделирования.

Выход из сложившегося положения заключается в разработке специализированных средств компьютерной графики, составляющих основу человеко-машинных интерфейсов для моделирования БПС и позволяющих разработчику БПС в минимальные сроки собирать сложную конструкцию из типовых элементов и работать с математическим ядром универсальной CAE-системы посредством понятных ему графических интерфейсов ввода-вывода.

Решением задачи моделирования механических и тепловых процессов в конструкциях приборов и систем занимались такие специалисты как Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М., Кофанов Ю.Н., Кожевников А.М., Крищук В.Н., Шалумов А.С., Фадеев О.А. и др. Но они детально не рассматривали вопросы повышения эффективности моделирования конструкций приборов средствами инструментария, сочетающего в себе преимущества универсальных и специализированных программ, обладающего минимальными требованиями по времени и сложности к освоению его теоретической и пользовательской базы, что по сути дела представляет собой человеко-машинные интерфейсы для моделирования БПС.

Таким образом, актуальными являются разработка и применение средств компьютерной графики для синтеза и анализа проектных решений БПС при комплексных тепловых и механических воздействиях, составляющих основу человеко-машинных интерфейсов для моделирования БПС.

Цель работы – повышение эффективности процесса моделирования при проектировании конструкций БПС, отвечающих требованиям нормативной документации по тепловым и механическим характеристикам, сокращение сроков и стоимости их создания за счет применения человеко-машинных интерфейсов для синтеза и анализа проектных решений.

Задачи работы. Для реализации цели данной работы согласно вышеизложенным предложениям необходимо решить следующие задачи.

  1. Исследование особенностей несущих конструкций БПС с точки зрения моделирования механических и тепловых процессов.

  2. Разработка информационных моделей типовых и нетиповых несущих конструкций.

  3. Разработка методики визуализации исходных данных и результатов моделирования конструкций БПС при комплексных тепловых и механических воздействиях.

  4. Разработка алгоритмов человеко-машинных интерфейсов для синтеза моделей механических и тепловых процессов типовых и нетиповых конструкций блоков и шкафов БПС.

  5. Практическая реализация алгоритмов в виде автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений БПС при комплексных механических и тепловых воздействиях.

  6. Разработка справочной базы данных (БД) параметров ЭРИ и материалов конструкций БПС.

  7. Разработка методики моделирования комплексных механических и тепловых процессов в бортовых приборах и системах на основе человеко-машинных интерфейсов.

  8. Внедрение созданной методики моделирования комплексных механических и тепловых процессов в бортовых приборах и системах на основе человеко-машинных интерфейсов в практику проектирования на промышленных предприятиях и в учебный процесс вузов.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в разработке:

  • методики визуализации исходных данных и результатов моделирования БПС при комплексных механических и тепловых воздействиях, отличающейся от известных наличием комплексных информационных, топологических и математических моделей механических и тепловых процессов;

  • алгоритмов человеко-машинных графических интерфейсов для синтеза типовых и нетиповых конструкций блоков и шкафов БПС, позволяющих конструктору в минимальные сроки собирать сложную модель несущей конструкции БПС из типовых элементов;

  • структуры автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений БПС при комплексных механических и тепловых воздействиях, отличающейся от существующих наличием препроцессора и постпроцессора для моделирования механических и тепловых процессов в несущих конструкциях БПС в универсальной CAE-системе, обеспечивающих удобный проектировщику БПС язык взаимодействия на базе человеко-машинных графических интерфейсов ввода-вывода, возможостью построить всю иерархию конструкций БПС от шкафа до отдельного ЭРИ для передачи воздействий и результатов моделирования между отдельными уровнями иерархии;

  • структуры справочной базы данных параметров ЭРИ и материалов конструкций БПС, отличающейся от существующих наличием полных условных записей ЭРИ, наличием моделей вариантов установки ЭРИ, позволяющих значительно сократить время на ввод геометрических, физико-механических, тепловых и др. параметров ЭРИ, возможностью создания новых моделей вариантов установки ЭРИ, наличием необходимых графических параметров, позволяющих придавать реалистичность изображению ЭРИ в пространстве, возможностью создания дополнительных таблиц параметров ЭРИ, содержащих числовые, строковые, функциональные, логические, текстовые и графические данные об ЭРИ;

  • методики моделирования комплексных механических и тепловых процессов в бортовых приборах и системах на основе человеко-машинных интерфейсов, отличающейся от существующих наличием доступного разработчику языка взаимодействия на базе человеко-машинных графических интерфейсов автоматизированного синтеза типовых и нетиповых конструкций БПС и универсального графического интерфейса вывода результатов моделирования, позволяющей в минимальные сроки и с минимальными затратами принимать решение об обеспечении стойкости БПС к комплексным механическим и тепловым воздействиям и о повышении показателей надежности разрабатываемых БПС.

Практическая полезность работы состоит в том, что использование созданных методических и программных средств позволяет повысить эффективность моделирования БПС, обеспечить более высокие показатели надежности разрабатываемой аппаратуры, сократить сроки и стоимость проектных работ БПС с соблюдением требований НТД по механическим и тепловым характеристикам.

Методы исследования основываются на теории системного анализа, прикладной механики, методах вычислительной математики и компьютерной графики.

Реализация и внедрение результатов работы. Исследования автора выполнялись во ОАО «НПЦ «ПОЛЮС».

Разработанные в диссертации алгоритмы, подсистема, база данных, методики внедрены в практику проектирования российских предприятий: ОАО «НПЦ «Полюс»(г.Томск), Ракетно-космическая корпорация «Энергия» (г. Королев), Раменское проектное конструкторское бюро (г. Раменское Московской обл.), КБ ИГАС «Волна» (г. Москва), ГНИИ Приборостроения (г. Москва), НИИ автоматической аппаратуры имени академика В.С. Семенихина (г. Москва), Особого конструкторского бюро Ижевского радиозавода (г. Ижевск).

Внедрение результатов подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Практическая реализация результатов диссертационной работы в виде автоматизированной подсистемы синтеза и анализа проектных решений БПС при комплексных механических и тепловых воздействиях была представлена на

  • V Московском Международном салоне инноваций и инвестиций (г. Москва, 2005 г.)

  • IX Международной выставке молодежных научно-технических проектов ЭКСПО-НАУКА 2003, проводившейся под эгидой ЮНЕСКО (г. Москва);

  • Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ-2004 (г. Москва).

  • XVII научно-технической конференции «Электронные и электромеханические системы и устройства», г. Томск,2006 г.

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи и 1 монография.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения.
  1   2

Похожие:

Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconПрограмма дисциплины иностранный язык (английский) для специальности 230401. 65 "Прикладная математика"
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов специальности 230401. 65 "Прикладная...
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем icon«Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и соци альной сферах»
Приглашаем Вас опубликовать работы в Международном сборнике научных трудов «Математическое и программное обеспечение систем в промышленной...
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconМатематическое и программное обеспечение распознавания многоэлементных зрительных сцен с использованием иерархических нейронных сетей
Специальность: 05. 13. 11 – «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconПрограмма– Математическое и программное обеспечение вычислительных машин
Методы решения некорректных задач. Методические указания по самостоятельной работе студентов по специальности "010500 – Прикладная...
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconАлгоритмы безопасного перехода в сетях петри для лицензионной защиты программных систем
Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconРабочая программа администрирование кластерных систем фд. А. 03 Специальность 05. 13. 11 «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»
Цели дисциплины: раскрыть базовые принципы организации кластерных вычислительных систем, состав и назначение их программно-аппаратных...
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconРабочая программа Программирование систем с общей памятью од. А. 04 Для аспирантов специальности 05. 13. 11 «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»
Цели дисциплины: предоставить базовый набор знаний о математических моделях и методах параллельного (многопоточного) программирования...
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconУчебно-методический комплекс дисциплины математическое обеспечение систем автоматизации
Для специальности: 230102. 65 Автоматизированные системы обработки информации и управления
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconАннотация рабочей программы дисциплины "Основы проектирования измерительных приборов и систем"
Дисциплина "Основы проектирования измерительных приборов и систем" относится к профессиональному циклу дисциплин
Математическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем iconПрограмма учебной дисциплины «Прикладное программное обеспечение»
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 040100. 62 «Социология»...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница