Проектирующие и служебные подсистемы систем автоматизированного проектирования электрических схем разъемных соединении аппаратуры и систем космического аппарата

УДК 629.78.064.5:621.316.5

Ю. В. Кочев, В. А. Раевский

ПРОЕКТИРУЮЩИЕ И СЛУЖЕБНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АППАРАТУРЫ И СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Для эффективного решения задачи проектирования сети разъемных соединений космических аппаратов в ОАО «ИСС» было разработано специализированное ПО, обеспечивающее сквозное проектирование, начиная с разработки электрических схем систем КА и заканчивая разработкой КД на изготовление разъемных соединений. Функциональное разделение программных средств разработанной системы автоматизированного проектирования (САПР) на проектирующие и служебные подсистемы позволило систематизировать задачи проектирования и комплексно подойти к созданию удобного пользовательского интерфейса.

На данный момент существует ряд противоречий в представлениях о системах автоматизированного проектирования. Согласно современному общемировому определению САПР (CAD Computer-Aided Design) представляет собой программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. В действующих государственных стандартах по автоматизации проектирования термин «САПР» имеет более широкое толкование. Согласно ГОСТ 23501.101-87 «Системы автоматизированного проектирования. Основные положения» САПР - это организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование с помощью комплекса средств автоматизации проектирования (КСАП). Структурными частями КСАП являются программно-методические и программно-технические комплексы, а также компоненты организационного обеспечения. Структурными частями комплексов средств являются компоненты следующих видов обеспечения: программного, информационного, методического, математического, лингвистического и технического [1]. Таким образом, говоря о терминологии, по ГОСТ 23501.101-87 разработку, о которой пойдет речь, можно отнести к программному и математическому обеспечению САПР электрических схем разъемных соединений аппаратуры и систем КА.

В данной статье под системой автоматизированного проектирования понимается комплекс программных средств предназначенных для выполнения проектных работ с применением компьютерной техники, позволяющий создавать техническую и конструкторскую документацию на объекты проектирования.

Цели САПР. Целью сквозного проектирования сети разъемных соединений КА является автоматизация всего перечня документов, выпускаемых в процессе разработки разъемных соединений, и создание трехмерной модели раскладки кабельной сети КА для ее оптимизации по геометрическим и массовым параметрам с учетом помеховой обстановки на КА.

Необходимость разработки САПР электрических схем разъемных соединений аппаратуры и систем КА продиктована отсутствием на современном рынке программного обеспечения, которое бы в полной мере охватывало всю имеющую место в ОАО «ИСС» последовательность

этапов разработки разъемных соединений. Учитывая устоявшийся в ОАО «ИСС» технологический процесс создания разъемных соединений, подкрепляемый успешностью многолетнего опыта создания космической техники, целью разрабатываемой САПР стала его автоматизация в части разработки технической документации на разъемные соединения.

Задачи САПР. Перед разрабатываемой САПР ставились задачи исходя из следующих обстоятельств:

- в настоящее время в ОАО «ИСС» для создания кабельной документации используется ПО, не позволяющее реализовать сквозной процесс проектирования (для электрических общих и принципиальных схем систем космического аппарата - это AutoCAD, иногда Visio, для перечней элементов схем - Microsoft Office);

- в качестве базовой системы сквозного проектирования в ОАО «ИСС» используется САПР CATIA V5;

- функциональность электрических модулей в CATIA V5 позволяет реализовывать лишь ту часть электротехнического проекта, которая связана с трехмерным проектированием кабельной сети КА [2];

- отсутствуют программные средства графического ввода исходных схемных данных, в соответствии с которыми должна происходить 3D-реализация проекта.

Ниже приведен перечень задач, поставленных перед разрабатываемой САПР:

- автоматизация создания документации, выпускаемой в процессе разработки электрических схем систем КА;

- автоматизация создания КД разъемных соединений;

- создание инструмента графического ввода исходных данных для дальнейшего трехмерного проектирования средствами САПР CATIA V5;

- обеспечение преемственности этапов проектирования (сквозное проектирование разъемных соединений).

Функции САПР. Структурно разработанная САПР представляет собой комплекс следующих программных средств (табл. 1):

- база блоков приборов;

- база разъемных соединений;

- графический редактор общих схем;

- графический редактор принципиальных схем;

- модуль интерфейса с Microsoft Word;

- модуль интерфейса с Microsoft Excel;

- модуль экспорта файлов.

1. Создание электронных моделей приборов. Электронная модель прибора представляет собой текстовый файл определенной структуры (табл. 2, 3). Созданные ранее модели приборов могут пополняться программными средствами САПР «База блоков приборов» при создании очередного проекта электрической схемы системы КА. Учитывая, что большинство приборов входят в состав систем различных КА, указанная возможность разработанной

САПР сводит к минимуму вероятность появления ошибки на этапе ввода исходных данных в базу блоков приборов проекта. По мере расширения базы электронных моделей приборов уменьшается трудоемкость разработки электрических схем систем КА, в частности, и проектирования сети разъемных соединений КА, в целом.

Пример заполнения текстового файла представлен в табл. 3.

Таблица 1

Функции ПО создания электрических схем разъемных соединений аппаратуры и систем КА

№ Функция Программное средство

1 Создание электронных моделей приборов База блоков приборов

2 Ввод и редактирование исходных схемный данных База блоков приборов. База разъемных соединений Графический редактор общих схем. Графический редактор принципиальных схем

3 Создание электрической общей Э6 схемы системы КА Графический редактор общих схем

4 Автоматическое создание перечня элементов общей схемы ПЭ6 Модуль интерфейса с Microsoft Word

5 Создание электрической принципиальной Э3 схемы системы КА Графический редактор принципиальных схем

6 Автоматическое создание перечня элементов принципиальной схемы ПЭ3 Модуль интерфейса с Microsoft Word

7 Создание принципиальных схем разъемныых соединений Графический редактор принципиальных схем

8 Экспорт созданных графических файлов в формат *.dxf (текстовый формат AutoCAD) Модуль экспорта файлов

9 Экспорт созданных графических файлов в формат *.emf (enhanced metafile format - универсальный формат векторной графики) Модуль экспорта файлов

10 Печать созданный электрических схем Графический редактор общих схем. Графический редактор принципиальных схем

11 Автоматическое создание таблиц разъемныых соединений Модуль интерфейса с Microsoft Excel

Таблица 2

Структура файла записи

Название блока прибора Tab Индекс

Tab Название соединений Tab 1 часть Обозначение соединений Tab Кол-во контактов Tab 2 часть Обозначение соединений Tab ТУ Tab Тип соеди- нения

Tab Tab Номер контакта Tab Назначе- ние контакта

Таблица 3

Пример заполнения текстового файла

УДМ1 Агат-15 — 14М240

— X466-1 — Р С С — 32 — В — АВО. 364.050 ТУ — Вилка

— — 1 — а1 М1 зМ аД ФУ

— — 2 — Фаза2 УДМ1

—— —— 31 — Контроль стыковой

— — 32 —— Корпус

2. Ввод и редактирование исходных схемных данных.

Процесс ввода исходных схемных данных состоит в занесении информации о блоках приборов системы КА с помощью программных средств САПР («База блоков приборов»), создании структуры разъемных соединений («Графический редактор общих схем») и вводе информации о распайке разъемных соединений («База разъемных соединений», «Графический редактор принципиальных схем»). Ввод информации о блоках приборов осуществляется либо подгрузкой созданных ранее электронных моделей приборов, либо созданием новых моделей.

3. Создание электрической общей Э6 схемы системы КА. В процессе создания электрической общей схемы формируются структуры разъемных соединений, осуществляется компоновка электрической общей Э6 схемы системы КА. Кроме того, уже на данном этапе электрического проектирования системы КА могут быть занесены данные о распайке разъемных соединений.

4. Автоматическое создание перечня элементов общей схемы ПЭ6. Перечень элементов ПЭ6 автоматически формируется в программе Microsoft Word в соответствии с созданной электрической общей схемой Э6.

5. Создание электрической принципиальной Э3 схемы системы КА. В ходе этого этапа осуществляется компоновка принципиальной схемы, ввод, либо редактирование данных о распайке соединений кабеля. Добавляются элементы принципиальных схем кабелей: повивы и экраны цепей кабельных соединений.

6. Автоматическое создание перечня элементов принципиальной схемы ПЭ3. Перечень элементов ПЭ3 автоматически формируется в программе Microsoft Word в соответствии с созданной принципиальной схемой.

7. Создание принципиальных схем кабелей, коммутирующих приборы систем КА. Принципиальные схемы кабелей входят в состав штатной кабельной документации. В ходе создания принципиальных схем кабелей производится декомпозиция принципиальной схемы системы КА. Электрическая принципиальная схема каждого разъемного соединения компонуется на отдельном листе/листах схемы. Изменяется графика электрических соединителей, блоки приборов схемы системы КА скрываются.

Данную работу производит отдел-разработчик кабелей.

8. Экспорт созданных графических файлов в формат *.dxf (текстовый формат AutoCAD). Экспорт графических файлов разработанных САПР позволяет произвести более мягкий переход от системы AutoCAD, которой в настоящее время пользуются специалисты-разработчики электрических схем систем КА, к новому ПО. Кроме того, в процессе разработки САПР функциональность графических редакторов общих и принципиальных схем систем КА была ограничена, а возможность экспорта графических данных позволяла дорабатывать созданные электрические схемы до полного соответствия отечественным стандартам и стандартам предприятия.

9. Экспорт созданных графических файлов в формат *.emf (enhanced metafile format - универсальный формат векторной графики). Экспорт указанных файлов позволяет использовать созданные схемы в различных отчетах, презентациях и прочее, созданных с помощью инструментов Microsoft Office.

10. Печать созданных электрических схем. Указанная возможность позволяет осуществлять печать электрических схем на любых принтерах и плоттерах, функционирующих в среде Windows, из ПО САПР без дополнительных преобразований.

11. Автоматическое создание таблиц разъемных соединений. Таблицы разъемных соединений представляют собой перечень электрических связей для каждого соединителя электрической схемы. Автоматическое создание таблиц разъемных соединений разработанных САПР позволяет автоматически формировать таблицы исходных данных, в соответствии с которыми должна происходить 3D-реализация проекта средствами САПР САПА V5.

Проектирующие и служебные подсистемы разработанного ПО. Функциональными составляющими программных средств разработанной САПР являются проектирующие и служебные подсистемы, создаваемые как самостоятельные части. Проектирующие подсистемы решают проектные задачи с целью выполнения функций программных средств САПР, а служебные имеют общесистемное применение и обеспечивают поддержку функционирования проектирующих подсистем. Служебные подсистемы в большинстве случаев могут быть инвариантными ко многим видам объектов проектирования, так как предназначены для выполнения унифицированных проектных процедур и операций [3]. Некоторые проектирующие подсистемы входят в структуру нескольких программных средств САПР.

Рассмотрим функциональное разделение разработанной САПР на проектирующие и служебные подсистемы на примере программных средств базы блоков приборов (рис. 1).

В состав программных средств базы блоков приборов входят следующие проектирующие подсистемы: пользовательский интерфейс базы блоков приборов; контроль входной информации; подсистема резервирования блоков приборов; информационные массивы САПР.

Пользовательский интерфейс базы блоков приборов разрабатывался исходя из объектного разделения аппаратуры на блоки приборов, электрические соединители и контакты соединителей. Внутренняя организация пользовательского интерфейса уникальна, поскольку решает частную проектную задачу ввода исходных данных о блоках приборов и промежуточных соединителях. В связи с этим подсистема пользовательского интерфейса базы блоков приборов не может считаться служебной. В задачи подсистемы пользовательского интерфейса входит ведение интерактивного диалога с пользователем с целью управления процессом ввода исходных данных, вывода различного рода сообщений и разъяснительной информации [4]. Кроме того, указанной подсистемой ведется мониторинг доступных функций ПО и осуществляется управление активностью элементов интерфейса: кнопок панели инструментов, пунктов строки меню, таблиц данных.

Подсистема пользовательского интерфейса взаимодействует с проектирующей подсистемой контроля входной информации, которая представляет собой набор алгоритмов проверки корректности вводимых исходных данных. При этом в задачи подсистемы контроля входной

информации входит настройка логики проверки исходных данных. Это обстоятельство позволяет отнести указанную подсистему к числу проектирующих. Однако подсистема контроля входной информации может рассматриваться и как служебная, поскольку в ее состав входят универсальные алгоритмы проверки, как, например, контроль ввода числа типа integer или float [4; 5].

Настройка логики проверки исходных данных производится в соответствующем диалоговом окне, которое структурно относится к подсистеме пользовательского интерфейса (рис. 2, 3).

Подсистема контроля входной информации взаимодействует со следующими проектирующими подсистемами: подсистема резервирования блоков приборов и информационные массивы САПР.

Подсистема резервирования блоков приборов осуществляет автоматическую домаркировку блоков приборов, электрических соединителей и их контактов при подгруз-ке моделей блоков приборов в случае, если подсистема контроля входной информации обнаруживает, что подгружаемый прибор уже входит в состав системы КА. Домаркировка осуществляется автоматически в соответствии с выбранной логикой, настройка которой осуществляется в соответствующем диалоговом окне программного обеспечения САПР.

Информационные массивы САПР являются общими для всей системы автоматизированного проектирования и структурно относятся к проектирующим подсистемам.

Информационные массивы САПР - это массивы связанных между собой объектов САПР, обеспечивающие удобный доступ к данным и их структурную целостность [4; 5]. Структура самих объектов и взаимосвязей между ними уникальна (табл. 4).

Упрощенно структуру информационных массивов САПР можно представить в виде блок-схемы (рис. 4).

Служебные подсистемы программных средств базы блоков приборов имеют общесистемное применение. Представим перечень служебных подсистем программных средств базы блоков приборов:

- подсистема загрузки информации;

- подсистема сохранения информации;

- подсистема графического вывода информации.

Подсистемы загрузки и сохранения информации осуществляют работу с файлами. При работе с программными средствами базы блоков приборов пользователь оперирует тремя типами файлов: файлы записей моделей блоков приборов; файлы записей стандартных обозначений соединителей; файлы записей проектов.

В задачи указанных подсистем помимо основной функции загрузки и сохранения информации входит задача распознавания поздних версий форматов файлов записи, что особенно важно в связи с развитием САПР и расширением ее функций.

В состав подсистемы графического вывода информации базы блоков приборов входят алгоритмы вывода данных в табличном виде, а также стандартные графи-

Рис. 1. Структурная схема программных средств базы блоков приборов: проектирующие подсистемы САПР;

|__| служебные подсистемы САПР; подсистемы, общие для всех (нескольких) составных частей САПР

ческие компоненты [4]. Указанная подсистема осуществляет обновление отображаемой информации путем отдельной прорисовки таблиц данных или полной прорисовки окна базы блоков приборов.

задачи электрического проектирования, наити оптимальное их решение, а также комплексно подоИти к созданию удобного пользовательского интерфеИса.

Настройка параметров

_________________________________________________________________ш

Основные | Отделы | Создание кабелей | Резервирование | Текст | Графика |

рАвтосохранение—

1^ Раздрешить

Период автосохранения

Совпадения названий

|у Запретить одинаковые названия блоков приборов Г” Запретить одинаковые обозначения соединителей 1^ Запретить одинаковые названия соединителей

Цепи и номера контактов менять синхронно у парных соединителей Запретить одинаковые названия кабелей

-Установки графики

Г Не предлагать сохранять новые графические установки Г” Сохранять графические установки при выходе из программы

Г" ^Настроить по умолчание

OK

Отмена

Применить

Рис. 2. Диалоговое окно настроИки параметров ПО

Описано архитектурное построение программных средств базы блоков приборов, входящих в состав разработанной САПР создания электрических схем разъемных соединении аппаратуры и систем КА. Функциональное разделение программных средств на проектирующие и служебные подсистемы позволяет систематизировать

Рис. 3. Сообщение об ошибке

Библиографический список

1. ГОСТ 23501.101-87. Системы автоматизированного проектирования. Основные положения. М. : Изд-во стандартов, 1987.

2. Басов, К. А. Catia V5. Геометрическое моделирование / К. А. Басов. М. : ДМК «Пресс», 2008.

3. Алик, Р. А. Системы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов в машиностроении / Р. А. Алик. Л. : Машиностроение, 1986.

4. Аверкин, В. П. Программирование на C++: основные приемы программирования; объектно-ориентированное программирование; разработка приложений в Borland C++ Builder и др. / В. П. Аверкин, А. И. Бобровский, В. В. Веснич. СПб. : Корона-Принт, 2003.

5. Лафоре, Р. Объектно-ориентированное программирование в С++ / Р. Лафоре. СПб. : Питер, 2005.

Рис. 4. Упрощенная структура информационных массивов САПР

Таблица 4

Основные классы объектов

Класс Назначение

TPrib Объект - блок прибора, соответствующая таблица блоков приборов - РгіЬ. В состав блока прибора входит массив объектов TSoed - соединителей

TSoed Объект - соединитель, соответствующая таблица промежуточных соединителей - PromSoed. В состав соединителя входит массив контактов - объектов класса ТСоЩай. Кроме того, соединитель ссышается на обозначение соединителя из таблицы OboznSoed класса TOboznSoed и на блок прибора (если соединитель не является промежуточным) из таблицы РгіЬ класса ТРгіЬ

TOboznSoed Объект - обозначение соединителя, соответствующая таблица обозначений соединителей - OboznSoed

TContact Объект-контакт

TCabel Объект-кабель, соответствующая таблица кабелей - СаЬеІ. В состав кабеля входит массив соединений -объектов класса TSoedin

TSoedin Объект - соединение кабеля. Соединение кабеля ссылается на 2 соединителя (объекты класса TSoed). В состав соединения входит массив проводов - объектов класса Т^ге

TWire Объект - провод. Провод ссылается на 2 объекта класса ТСс^ай

Y. V. Kochev, V. A. Raevskiy

DESIGNING AND SERVICE SUBSYSTEMS OF SPACECRAFT SUBSYSTEMS AND EQUIPMENT CABLES ELECTRIC CIRCUITS CAD

Specific software which provides end-to-end designing from the development of the spacecraft systems electric circuits to the development of the cable manufacturing design documentation was designed in the joint-stock company «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems» to solve the problem ofspacecraft cable network designing efficiently. Functional partitioning of CAD software tools into designing and service subsystems has allowed to systematize the problems of the designing and provided the complex method for the creation of suitable user interface.

УЦК 629.78.064.5:621.315.2

Ю. В. Кочев

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АППАРАТУРЫ И СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Электрическое проектирование разъемных соединений аппаратуры и систем КА является сложным и ответственным проектно-конструкторским этапом разработки КА. Для эффективного решения этой задачи необходимо применять специализированное программное обеспечение, гарантирующее сквозное проектирование, начиная с разработки электрических схем систем КА и заканчивая разработкой КД на изготовление кабелей.

Учитывая большое число межблочных и межсистем-ных электрических связей КА, разработка сети электрических разъемных соединений КА требует значительного количества времени. Ошибки, допущенные в процессе проектирования, зачастую обнаруживаются уже после изготовления разъемных соединений, во время электрических испытаний систем КА. Обнаружение ошибок и их устранение связано со значительными временными и материальными затратами.

Несмотря на то, что в настоящее время в ОАО «ИСС» осуществляется переход на мультиплексный канал обмена, что влечет уменьшение числа соединительных линий, проблема минимизации количества ошибок, внесенных разработчиком при создании сети электрических разъемных соединений КА, остается актуальной. Очевидно, что применение вычислительной техники и специализированного программного обеспечения по-

зволит эффективно решать перечисленные задачи проектирования.

Идеальным с точки зрения оптимизации проектирования, минимизации используемых форматов данных и эффективного обучения специалистов-разработчиков разъемных соединений является применение некой единой системы сквозного проектирования, в полной мере охватывающей всю имеющую место в ОАО «ИСС» последовательность этапов разработки кабельной документации [1]. Однако проведенный ОАО «ИСС» анализ средств проектирования кабельной сети КА показал, что на современном рынке такие программные средства отсутствуют.

Мы предлагаем методы автоматизированного проектирования разъемных соединений и алгоритмы взаимодействия программного обеспечения, позволяющие при минимальном составе используемых программных средств решать задачи сквозного проектирования кабель-