Библиотека методов оперативного управления процессами радиоэлектронного производства

Секция

«АВТОМАТИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»

УДК 51-74

А. В. Антипин Научный руководитель - Е. Е. Носкова Сибирский федеральный университет, Красноярск

ИНТЕГРАЦИЯ САПР ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Предложен метод конструирования печатных плат с применением геометрического моделирования. Рассмотрены различные анализы CAE системы ANSYS.

При конструировании электронной аппаратуры (ЭА) этап конструкторского проектирования (КП) определяется комплексом задач связанных с преобразованием функциональных или принципиальных электрических схем в совокупность конструктивных узлов.

В связи с увеличением плотности, сложности и степени интеграции современных электронных устройств, задача разработки их геометрических моделей (задача 3Б-моделирования) становиться очень важным и практически неотъемлемым этапом современной технологии проектирования и производства ЭА. Процесс конструирования ЭА на основе геометрического моделирования позволяет на ранней стадии разработки получить наглядное представление о конструкции изделия в целом; определить крепеж печатных плат и их размещение в корпусе; спроектировать технологию сборки изделия. Кроме того, разработка геометрических моделей компонентов и электронных устройств в целом позволит на качественно иной уровень вывести решение задач контроля полученных конструктивных решений: анализ механических характеристик конструкции; анализ тепловых режимов; анализ электромагнитной совместимости.

Следовательно, выполнить весь комплекс задач этапа конструкторского проектирования ЭА: задачи синтеза конструкций, контроля полученных конструктивных решений, оформления конструкторской документации на современном этапе возможно только через организацию сквозного проектирования посредством интеграции САПР различного назначения.

Разработанная методика конструирования ЭА обеспечивает сквозное проектирование электронного устройства на основе интеграции САПР печатных плат (ПП), машиностроительных САПР (в устоявшейся терминологии - CAD-систем), систем инженерного анализа (CAE-систем). САПР ПП обеспечивает разработку конструкций печатных узлов, решая задачу трассировки соединений. CAE-система позволяет выполнить анализ механических и тепловых характеристик ЭА через формирование конечно-элементных моделей электронных компонентов и устройств в целом. В качестве САПР ПП выбрана система Altium Designer, в качестве CAD-системы - PTC Creo Elements , в качестве CAE-системы - система ANSYS. После конструирования печатной платы в 2D-варианте в САПР Altium Designer, создается библиотека SD-моделей электронных компонентов и сохраняется в стандарте STEP. SD-модели электронных компонентов экспортируются из Creo Elements в Altium Designer. Полученная геометрическая модель печатной платы с рисунком трассировки и компонентами сохраняется в формате STEP. Полученная методика проектирования на этапе конструкторского проектирования позволяет снизить общее время разработки ЭА посредством проведения механического и теплового анализа электронных устройств на стадиях технического предложения и эскизного проектирования, когда конструкция аппаратуры еще не приобрела свои реальные размеры и форму.

© Антипин А. В., 2013

УДК 658

А. В. Апонасенко Научный руководитель - Е. Е. Носкова Сибирский федеральный университет, Красноярск

БИБЛИОТЕКА МЕТОДОВ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Предложены методы оптимизации оперативного управления производством. Рассмотрен программный продукт, предназначенный для демонстрации данных методов. Приведены результаты их работы и анализ.

Задачами современного радиоэлектронного произ- этом общими особенностями радиоэлектронных про-водства являются разработка и изготовление радио- изводств являются значительное расчленение техноло-электронной аппаратуры различного назначения. При гического процесса на отдельные операции и широкая

Секция «Автоматика и электроника»

номенклатура выпускаемой продукции. В рамках отдельных предприятий смешанность типов производств от единичного до крупносерийного при наличии многотысячной номенклатуры деталей значительно повышают сложность функций управления производством, следовательно, сложность внутрипроизводственного планирования. Для таких предприятий особенно актуальна задача автоматизации оперативного управления, целью которого является составление оптимального расписания запуска деталей (работ) в производство. Календарное расписание определяет очередность обработки заданной партии деталей на каждом участке технологического маршрута.

Требуется найти календарное расписание работы участка, определяющее последовательность запуска деталей в обработку на каждом станке (единице технологического оборудования) такое, чтобы общая длительность производственного цикла (время за которое все детали пройдут обработку на каждом станке) будет минимальна.

Для решения поставленной задачи был разработан программный, позволяющий провести сравнительный анализ методов оперативного управления производством, и получить графические иллюстрации расписаний в форме диаграммы Ганта. Данный программный продукт разработан на объектно-ориентированном языке программирования C++ для эксплуатации в операционной системе Windows. В его состав входит модуль оптимизации, предназначенный непосредственно для расчета оптимального расписания и графический модуль, позволяющий отобразить диаграмму Ганта.

В качестве способов расчета оптимального расписания предложены следующие методы:

- Алгоритм Джонсона, модифицированный для применения его к N станкам;

- Метод Петрова-Соколицина;

- Методы направленного перебора основанные на базе метода ветвей и границ.

Главное окно модуля оптимизации представлено на рис. 1. Входные данные, представляют собой текстовый файл, содержащий матрицу длительностей обработки каждой детали на определенном станке.

В качестве примера возьмем оперативный план, состоящий из 7 деталей и 5 станков, длительность производственного цикла которого 74 часа, диаграмма Ганта для него представлена на рис. 2.

После оптимизации данного расписания по методу Петрова-Соколицина длительность производственного цикла сократилась до 65 часов. После Алгоритма Джонсона она составила 68 часов. А в результате расчета по методу ветвей и границ - 67 часов. Расчет по методу Петрова-Соколицина показал наилучший результат. Диаграмма Ганта для этого случая показана на рис. 3.

Анализ полученных оперативных планов показал, что оптимизация посредством предлагаемых алгоритмов позволила сократить длительность производственного цикла на 10-15 %, это приводит к увеличению фондоотдачи оборудования, позволяя увеличить объемы производства, и повышению конкурентоспособность предприятия.

Модуль оптимизации выполнен в виде отдельной динамически-подключаемой библиотеки, что позволяет использовать его в качестве ядра, или положить в основу модуля оперативного управления уже существующей МБ8-системы.

^ Оптимизация запуска деталей в производство ив

I Файл Правка Запуск Опции Помощь

3 J> У fiiil i

Алгоритмы оптимизации Р Алгоритм Джонсона с Метод Петрова-Соколицина с Метод ветвей и границ с Метод ветвей и границ (Мод.) с Новый метод |

Станок: 1 2 3 4 5 л II

Деталь 1 Щ

Деталь 2 | 41

Ив >

Для начала работы нужно открыть данные

Исходные данные:

Время работы: 74

Рис. 1

Рис. 2

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Оптимизация по методу Петрова-Сокошцина:

Станок 1 1 8 2 3

Станок 2 Станок 3 Станок 4 Станок 5  6 ' < •

6 2 5 7 ЕВ

П В  5 7  I'

1 5 7 4 3

Время работы: 65

Рис. 3

© Апонасенко А. В., 2013

УДК 51-74

В. С. Архипов1, Д. В.Тарасов2 Научный руководитель - Е. Е. Носкова 1 Сибирский федеральный университет, Красноярск 2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева, Железногорск

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ОСНОВЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ИТЕРАЦИОННОГО АЛГОРИТМА

Реализован новый алгоритм размещения элементов схемы, на основе последовательно-итерационного алгоритма. Приведено пошаговое описание модифицированного алгоритма, его структура, и критерий оптимальности. Представлены результаты испытания программы. Планируется дальнейшее развитие данного алгоритма.

При конструировании бортовой радиоэлектронной аппаратуры выделяют основные задачи синтеза конструкций: компоновка и размещение конструктивов низшего уровня по конструктивам высшего уровня проектирования, а также трассировка соединений. Размещение элементов - это задача определения их местоположения на коммутационном поле (КП) в конструктивном модуле такого, при котором создаются наилучшие условия для решения последующей задачи трассировки соединений с учетом конструктивно-технологических требований и ограничений. Тесная взаимосвязанность задач и большая размерность каждой из них обычно не позволяет предложить метод поиска оптимального конструктивного решения в едином цикле в связи с трудностями создания общей математической модели, комплексно учитывающей особенности конструкторско-технологической базы производства. Поэтому разработка и реализация алгоритмов и методов решения отдельных задач этапа конструкторского проектирования: компоновки, размещения и трассировки, до сих пор остаются актуальными проблемами, решение которых неотъемлемо связано с развитием систем автоматизации проектирования.

Сложность принятия проектного решения на этапе конструирования при проектировании электронных устройств обусловлена тем, что задачи синтеза конструкций, как правило, являются задачами многокритериальной глобальной оптимизации. Выполнить постановку задачи указанной оптимизации, т. е. прежде всего сформировать целевую функцию, даже имея математическое описание объекта проектирования, весьма сложная для формализации процедура.

Среди существующих алгоритмов размещения электронных компонентов на коммутационном поле при конструировании печатного узла группа последовательных алгоритмов в наибольшей степени имитирует действия инженера-проектировщика. Сочетание последовательного и итерационного алгоритмов даёт в сумме результат размещения лучше, нежели при использовании их по отдельности. При модификации известного последовательно-итерационного алгоритма, представленного в [2], как в последовательной, так и в итерационной части можно значительно повысить качество получаемого проектного решения, сохранив при этом простоту алгоритмической реализации.

Идея алгоритма заключается в определении коэффициента связности для всех неразмещенных вершин и в помещении в первую свободную позицию рядом с размещенной вершиной вершины с максимальным значением Д(х{). Последовательно просматривая все вершины графа, выполняют их размещение(наиболее связанные элементы следует располагать максимально близко друг к другу). Итерационная часть алгоритма заключается в парной перестановке некоторых вершин графа G(X, и) и оценке критерия оптимальности при каждой замене. Замена целесообразна, если критерий оптимальности стремится к экстремуму.

Рассматриваемым критерием оптимальности при решении задачи размещения является минимизация суммарной длины соединений (СДС), представленная выражением:

1 п п

р = 2 ХХ,Икор(]),

2 ¿=1 ]=1