Алгоритмическое и программное обеспечение системы поддержки принятия решения при выборе системы охлаждения электрорадиоизделия

ЛИТЕРАТУРА

1. Вознюк, А.В. Педагогическая синергетика. Монография. /А.В.Вознюк. - Житомир: Изд-во ЖГУ им.И.Франко, 2012. - 802 с.

2. Вьюгина, С.В. Методологические основы развития интеллектуального потенциала студента технологического вуза. Монография. /С.В.Вьюгина. - Казань: изд-во Казан, гос. технол. ун-та, 2010 - 168 с.

3. Вьюгина, С.В. Интеллектуальный потенциал студента технического вуза: аспект качества /С.В.Вьюгина.//Труды международного симпозиума «Надежность и качество» - Пенза, 23-31 мая 2005 г. -Пенза, 2005. - С.87-88.

4. Вьюгина С.В. Интеллектуальный потенциал студента высшей технической школы - основа надежности и качества подготовки специалиста. /С.В.Вьюгина.//Труды международного симпозиума «Надежность и качество» - Пенза, 25-31 мая 2005 г. -Пенза, 2006. - С.274-275.

5. Гончарук, Н.П. Теоретические проблемы интеллектуально-развивающего обучения в техническом вузе. /Н.П.Гончарук. - Казань, 2003

6. Халперн Д. Психология критического мышления. /Д.Халперн. - М.-СПб., 2000. - 512 с.

УДК 621.396:681.5

Горячев Н.В., Гришко А.К., Юрков Н.К.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПРИ ВЫБОРЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОРАДИОИЗДЕЛИЯ

Подробно излагаются вопросы создания алгоритма выбора унифицированной конструкции системы охлаждения электрорадиоиз-делий. Рассмотрен основной критерий выбора — тепловое сопротивление, требуемое от системы охлаждения для поддержания нормального температурного режима электрорадиоизделия. Ключевые слова:

теплофизическое конструирование, система охлаждения, тепловое сопротивление, поддержка принятия решения, системный анализ.

В ходе теплофизического конструирования элементов радиоэлектронных средств (РЭС) необходимо рассчитать температуру теплонагруженных элек-трорадиоизделий (ЭРИ), определить требования к системе охлаждения (СО), а также осуществить выбор (желательно автоматизированный) из множества унифицированных конструкций СО. При этом задача обеспечения теплового режима РЭС является трудно формализуемой, а подбор конструкции СО занимает много времени, поскольку, например, перечень теплоотводов фирмы Fisher Elektronik только для корпуса типа TO-220 насчитывает более 100 моделей [1]. Большого количество унифицированных теплоотводов усложняет задачу подбора наиболее подходящего образца, обеспечивающего заданный температурный режим.

Задача обеспечения теплового режима усложняется необходимостью учета (для конкретного проектного решения) множества ограничений [2,3]. Поэтому для решения трудно формализуемой задачи выбора унифицированной конструкции теплоотвода целесообразно применить методы и технологии искусственного интеллекта, например, экспертных систем [4]. На рисунке 3.2 представлена структура подсистемы выбора унифицированной СО.

Модуль рассчета Теплового сопротивления Температур перегрева СО ЭРИ База данных

1

Модуль логического вывода

Рисунок 1 - Структура подсистемы выбора унифицированной СО ЭРИ

Основой модуля расчёта является разработанная программа расчёта температуры перегрева тепло-отвода и кристалла ЭРИ [5]. Модуль визуализации осуществляет представление в наглядной форме результатов расчёта температур перегрева и результата выбора теплоотвода.

Алгоритм, с помощью которого происходит выбор конечного решения, т.е. унифицированной кон-

струкции СО, является усовершенствованным и дополненным вариантом алгоритма, рассмотренного в [6]. Алгоритм представлен на рисунке 2.

Алгоритм работает следующим образом:

Шаг 1. Ввод исходных данных, взятых из технического задания.

Шаг 2. Вычисляется требуемое тепловое сопротивление.

Шаг 3. Осуществляется выбор СО из базы данных, где хранятся параметры унифицированных конструкций. На этом шаге используется только основной критерий выбора:

Треб. ^ СО ,

где К^триб " максимально допустимое

тепловое сопротивление СО, при не превышении которого обеспечивается нормальный тепловой режим элементов РЭС; Кс0 - тепловое сопротивление

унифицированной СО.

Шаг 4. Если количество вариантов, найденных в базе данных и удовлетворяющих основному критерию более одного, то осуществляется следующий шаг выбора, при котором используются вспомогательные критерии.

Шаг 5. Полученный результат выводится на дисплей ЭВМ в виде экранной формы показанной на рисунке 3.

Шаг 6. Если на первом этапе выбор не возможен или найден всего один вариант подходящей СО, а также, если не по одному из вспомогательных критериев поиск ничего не дал, то конструктору выдаются рекомендации по возможному решению задачи.

Разработанный алгоритм доведен до программной реализации. На рисунке 3 представлена экранная форма с результатом работы алгоритма выбора унифицированной СО.

На экранной форме, реализующей алгоритм выбора унифицированной конструкции в поле «Подобранные варианты», в виде выпадающего списка, выводятся все подходящие по заданным критериям варианты унифицированных средств воздушного охлаждения. При выборе из списка конкретного варианта средства охлаждения, на форме отображаются следующие параметры:

Геометрические и теплофизические параметры выбранного средства охлаждения. Необходимы конструктору для последующих расчетов, например для расчета компоновочных показателей и массы.

Общий вид средства охлаждения.

Расшифровка параметров, применяемых на разных этапах алгоритма представлена в таблице 1.

Рисунок 2 - Алгоритм выбора унифицированной конструкции СО Параметры, применяемые в алгоритме выбора унифицированной СО

Таблица 1

Параметр Расшифровка Единица измерения

Pw Мощность, рассеиваемая ЭРИ Вт

Ta Температура окружающей среды ос

T Максимально допустимая температура кристалла ЭРИ ос

R0Tpe6 Максимально возможное тепловое сопротивление, при котором обеспечивается нормальный тепловой режим ЭРИ О/Вт

RHCO Тепловое сопротивление унифицированной СО О/Вт

Case; Тип корпуса теплонагруженного ЭРИ -

Orient Ориентация теплонагруженного ЭРИ на поверхности ПУ или РЭС -

Casem Тип корпуса, для которого предназначена унифицированная СО -

Orientco Пространственная ориентация при которой должна эксплуатироваться унифицированная СО -

NamecO Типономинал унифицированной СО -

>айл Правка База данных Спра

Данные средства охлаждения-

[-Подобранные варианты-

|FK 245 Ml 247 V

"3

-Геометрические и теплофизические параметры

ПАРАМЕТР ЗНАЧЕНИЕ I

Тепловое сопротивление, град. Цельс 19,7

Тип корпчса ТО-218; ТО-220; ТО-247.

Вертикальное

Ла

Монтаж на ПУ Ла

тпм Описание отсутствует

Габаритные размеры, мм 20х27н8,5

Материал Алюминий

12

Подобрать вариант Исследовать | Экспорт .xls | Экспорт в спецификацию doc

Обновить базу

Рисунок 3 - Экранная форма с результатом работы алгоритма выбора унифицированной СО

Чертеж средства охлаждения.

Топологическое посадочное место. Используется при установке выбранного средства охлаждения на поверхность печатного узла.

Используя кнопки экранной формы, возможно, осуществить обновление и редактирование базы данных унифицированных конструкций СО.

База данных унифицированных конструкций имеет фреймовую структуру. Каждая модель СО описывается 14 полями. Пример записи для одного типа унифицированной СО представлен в таблице 2.

Структура базы данных унифицированных СО_Таблица 2

Имя Поле Значение Расшифровка

Nameco FK303 Типономинал СО.

Reco 34 Тепловое сопротивление СО, °С/Ватт.

CttSGco TO-220 Тип корпуса ЭРИ.

Orientco Vert Ориентация на печатном узле или в корпусе РЭС.

Fan 0 Возможность установки вентилятора (0-нет, 1 - да).

PCB 1 Возможность монтажа на поверхность печатного узла (0-нетг 1 - да).

PCB footprint Посадочное место для печатного узла

FK303 Size 33;7;12. Габаритные размеры, мм.

General view 4ÜI Общий вид.

Material Al Материал.

Surface none Покрытие.

Massa 18 Вес, гр.

Datasheet http:// Ссылка на техническую документацию производителя.

Manufacture Fischer, Co. Производитель.

Фактически в ходе работы алгоритма решается задача многокритериального выбора, решение которой на методологическом уровне подробно описано в работе [7]. Практические подходы к решению подобных задач прослеживаются в серии работ Ю.В. Кандырина в частности в [8]. Таким образом, решаемая авторами на третьем шаге задача, в формализованной постановке имеет вид (с, О) [8].

Здесь С - принцип оптимальности, О - множество СО. Принцип оптимальности описывается критерием С^ и требованиями по допустимо-Сд . Последние задаются требованиями ТЗ и

оптимальности

сти состоят

набора условий

ограничений

С = {У Мо}

Таким образом, в нашем случае мы говорим о выделении только тех моделей СО, которые обеспечивают оптимальные требования пригодности, такие как тепловое сопротивление и т.п.

Таким образом, создана система, в которой основным критерием выбора унифицированной СО является соотношение (1). Выбор СО происходит с учетом ее основного параметра - теплового сопротивления (). Многолетний опыт конструирования теплонагруженной РЭС показывает, что тепловое сопротивление - это универсальная характеристика, объединяющая в себе такие параметры СО, как эффективная площадь, тепловая проводимость материала и т.д. Применение в ходе проектирования методики, основанной на учете только Ксо , доказало корректность решения задачи выбора СО для элементов РЭС, испытывающих заданную тепловую нагрузку и имеющих стандартный корпус. Методика была опробована при выборе унифицированных СО для полупроводниковых транзисторов и диодов в стандартных корпусах SOT-93, ТО-3, ТО-60, ТО-63, ТО-66, ТО-12 6, ТО-218 Т0-220 и др.

Результат апробации методики при выборе СО типа ЕК303, которая имеет слаборазвитую поверхность, представлен на рисунке 4.

Математическая модель

Натурное исследование

а) б)

Рисунок 4 - Результат апробации методики: а - система охлаждения; б - температуры перегрева, полученные в результате вычислительного и натурного экспериментов

Значения температур перегрева при исследовании математической модели СО и натурного образца ЕК303, имеют расхождения не более 1%, что доказывает адекватность предложенной методики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е1зсЬеге1е№гоп1к : [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.fischerelektronik.de/

2. Роткоп Л. Л., Спокойный Ю. Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. - М.:Сов. Радио, 1976. - 232с.

3. Тартаковский А. М. Краевые задачи в конструировании радиоэлектронной аппаратуры / А. М. Тартаковский. - Саратов : Изд-во Саратовского ун-та, 1984. - 132 с.

4. Волкова В.Н. Теория систем и системный анализ: учебник. М.: Юрайт, 2010.

5. Горячев Н.В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиоком-понента и его теплоотвода / Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, И.Д. Граб, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 340.

6. Горячев Н.В. Алгоритм функционирования системы поддержки принятия решений в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н.В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 238.

7. Черноруцкий И. Г. Методы оптимизации в теории управления: Учебное пособие / И. Г. Черноруцкий. - СПб.: Питер, 2004. - 256 с.

8. Кандырин Ю.В. Автоматизированный многокритериальный выбор системы охлаждения процессоров / Ю.В. Кандырин, С.А. Хватынец // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2007. № 1. С. 77-82.

из

и

60

50

40

30

20

10