Исследование программных пакетов моделирования влияния электромагнитных воздействий на изделия радиоэлектронных средств

2. Халютин С.П., Жмуров Б.В., Тюляев М.Л., Иванов В.В., Савенко В.А., Мусин С.М. Системы электроснабжения летательных аппаратов. - М.: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2010 г., 428 с.

3. Жмуров Б.В., Халютин С.П. Структурно-функциональное моделирование электроэнергетических систем самолета. Проблемы безопасности полетов. 2009. № 6. с. 45-53.

4. Жмуров Б.В., Халютин С.П., Корнилов С.В. Развитие структурно-функционального моделирования электроэнергетических систем самолета. Проблемы безопасности полетов. 2009. № 8. С. 53-62.

5. Потёмкин А.В., Горшков П.С., Халютин С.П. Методика синтеза структурных схем системы электроснабжения воздушных судов. Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2 013. Т. 1. С. 318-321.

6. Халютин С.П., Жмуров Б.В. Алгоритм определения состава и параметров первичных источников электроэнергии БПЛА. Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 1. С. 425429.

7. Жмуров Б.В., Корнилов С.В. Расчет бортовой электрической сети воздушного судна с учетом влияния точности регулирования напряжения. Информационно-измерительные и управляющие системы. 2008. Т. 6. № 11. С. 83-86.

8. Халютин С.П., Хомченко А.А., Жмуров Б.В. Структурно-функциональный подход к разработке средств испытаний и контроля электроэнергетических систем воздушных судов. Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2012. № 185. С. 104-110.

9. Лёвин А.В., Халютин С.П., Жмуров Б.В. Тенденции и перспективы развития авиационного электрооборудования. Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2015. № 213 (3). С. 50-57.

10. Халютин С.П., Жмуров Б.В., Матюшина А.В. Особенности выбора структуры системы электроснабжения летательного аппарата по циклограмме потребления мощности. Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 493-494.

11. Юрков, Н.К. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплек-са/Н.В. Горячев, Н.К. Юрков//Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433436.

12. Юрков, Н.К. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума/Н.В. Горячев, Н.К. Юрков//Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128-130.

ГЛАВА 4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ И КОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ, ПРОИЗВОДСТВЕ И ОБРАЗОВАНИИ

УДК 681.518.25

Бростилов1 С.А., Бростилова1 Т.Ю., Юрков1 Н.К., Горячев1 Н.В., Трусов1 В.А. , Баннов1 В.Я., Бекбаулиев2 А.О.

1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

2Военный институт Сил воздушной обороны Республики Казахстан им. Т.Я. Бегельдинова, Актобе, Казахстан

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ ПАКЕТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

НА ИЗДЕЛИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

В связи с развитием электронной техники все большее значение приобретают проблемы, связанные с тем, что электронная аппаратура всех видов становится более восприимчивой к внешним электромагнитным помехам. Восприимчивость к помехам сегодня является основной проблемой электронных устройств многих видов, особенно тех, для которых обеспечение нормального функционирования является жизненно важным по причинам, связанным с безопасностью или экономикой. В большинстве случаев отказы и аварии, связанные с электромагнитной совместимостью (ЭМС), происходят на внутрисистемном и межсистемном уровне, и чем сложнее система, тем выше вероятность проблем ЭМС. Электромагнитная совместимость (ЭМС) определяет способность технических средств функционировать «в предусмотренном режиме, в заданной электромагнитной обстановке и при этом не создавать электромагнитных помех другим технических средствам» [1].

Это связано с тем, что при существующем традиционном подходе к проектированию сложных технических систем типа самолета или корабля, невозможно обеспечить контроль за соблюдением всех норм и стандартов в области ЭМС для всех приборов и систем, а также, что самое важное, все системы в целом. Это возможно лишь с помощью компьютерного моделирования проблем ЭМС на всех уровнях и этапах проектирования.Однако, натурные испытания на ЭМС являются пока единственным способом удостовериться в том, что продукция данного производителя соответствует стандартам в области ЭМС и получить документ, это подтверждающий. В большинстве случаев, на производственных предприятиях, особенно не связанных с выпуском радио- и СВЧ-аппаратуры, ограничиваются формальным подходом к выполнению требований технических заданий и ГОСТ в области ЭМС. При требовании заказчика предоставить до-

кументы, подтверждающие соответствие параметров изделия стандартам по ЭМС, проводятся испытания, которые в большинстве случаев выявляют несоответствие изделия требованиям стандартов. После внесения изменений в конструкцию и электрическую схему прибора, испытания повторяются вновь. Так продолжается до тех пор, пока не будут обеспечены требования стандартов на помехоустойчивость и помехоэмиссию. На этот процесс уходит довольно много времени (от нескольких месяцев до нескольких лет), тратятся значительные средства (стоимость испытаний составляет сотни тысяч рублей). Как видим, натурные испытания имеют ряд серьезных недостатков - высокая стоимость, большие временные затраты, необходимость производства опытного образца (а иногда и серии образцов). Чем крупнее объект испытаний, тем дороже они обойдутся. Этих недостатков лишено компьютерное моделирование проблем ЭМС: для выполнения большинства задач достаточно обыкновенной рабочей станции, время моделирования сравнительно мало, нет необходимости производства опытного образца, моделирование может выполнять один человек, а не целая лаборатория.

Недостатком компьютерного моделирования является тот факт, что в математической модели электромагнитных процессов, лежащей в основе всех программ и методов моделирования, совершенно невозможно учесть все факторы и явления, присутствующие в реальном приборе или системе приборов. Этот недостаток является фундаментальным вообще для всякого моделирования, так как без упрощения объекта теряется смысл моделирования вообще. Но в большинстве случаев, влияние этих неучтенных факторов на изделие чрезвычайно мало и ими можно пренебречь. Расхождение между результатами натурных измерений и вычислений составляет от 3,8 до 5,3% .

Рассмотрим наиболее основные программные комплексы: ЕМРго

Решаемые задачи: Для разработчиков МИС, РЧИС Моделирование ИС, корпусов, кристаллов Анализ переходов и разъемов

Учет экранов, проверка качества экранирования на этапе моделирования

Для разработчиков антенн и антенных систем Анализ антенн, антенных систем, волноводов, переходов

Моделирование антенн совместно с объектами, на которые они устанавливаются

Оптимизация качества работы конечного изделия путём анализа MIMO и пространственного разнесения антенн с помощью введения реального взаимодействия близости тела человека к антенне Возможность изучения влияния электромагнитного поля на организм

ЕМРго позволяет создавать параметризирован-ные компоненты, такие как металлические экраны, элементы корпусирования, многослойные подложки, диэлектрические блоки и переходные разъемы для последующего экспорта в САПР ADS. Выявление взаимодействия между отдельными компонентами схемы.

HFSS

Решаемые задачи СВЧ и радиочастоты Пассивные компоненты

Антенны (рупорная, щелевая, patch-, Vivaldi, рефлектор) Многополосные антенны Фазированные антенные решетки

Антенно-фидерные сети Частотно-избирательные поверхности

Электромагнитные band-gap-структуры

Целостность сигналов

Пассивные компоненты на пластине (например, спиральные индуктивности) н соединения

Современные корпуса, включая BGA, MCM, LTCC и SiP

Критические участки печатных плат, например, сквозные отверстия, контактные площадки, линии передачи, решетчатые мощные и заземляющие панели

Разъемы

Соединительные панели CST Microwave Studio

Решаемые задачи

Программа, предназначена для быстрого и точного численного моделирования высокочастотных устройств (антенн, фильтров, ответвителей мощности, планарных и многослойных структур), а также анализа проблем целостности сигналов и электромагнитной совместимости во временной и частотных областях с использованием прямоугольной или тетраэдральной сеток разбиения.

Типичные устройства, моделируемые в данной программе:

волноводные и микрополосковые направленные ответвители мощности; делители и сумматоры мощности; волноводные, микрополосковые и диэлектрические фильтры; одно- и многослойные микро-полосковые структуры; различные линии передачи; коаксиальные и многовыводные соединители; коак-сиально-волноводные и коаксиально-полосковые переходы; оптические волноводы и коммутаторы; различные типы антенн - рупорные, спиральные, планарные.

расчет параметров рассеяния в полосе частот для трехмерных электромагнитных систем;

расчет параметров излучения для открытых систем;

расчет собственных частот и полей собственных мод трехмерных резонаторов ELCUT [2]

Решаемые задачи:

Высоковольтные системы, громкоговорители датчики, изоляция, исполнительные механизмы, кабели, конденсаторы, линии электропередач, магнитопроводы, механические системы, сверхпроводники, тепловые системы, трансформаторы, установки индукционного нагрева, электрические машины, электромагнитная совместимость, электронная оптика.

Анализ численных методов показал, что при расчёте эффективности экранирования электромагнитных экранов они имеют основные преимущества: Высокая точность расчёта Возможность учёта неоднородных сред Возможность учёта определённого типа апертур Также можно выделить и недостатки: Необходимость иметь в своём вооружении дорогих программных продуктов

Необходимость в высокой квалификации пользователей этими программными продуктами

Длительность процессов задания исходных данных и длительность самого расчета

TALGAT [3] - комплекс программ, предназначенный для квазистатического анализа двумерных и трёхмерных структур, электродинамического анализа трёхмерных структур и структурно-параметрической оптимизации.

АСОНИКА [4] - комплекс программ, предназначенный для моделирования надежности и качества аппаратуры.

Система АСОНИКА-ЭМС состоит из трех подсистем: интерфейса пользователя, расчетного ядра и графической подсистемы. Интерфейс пользователя решает следующие задачи: 1) с его помощью можно ввести вручную геометрические параметры испытуемого типового изделия (блока, шкафа), можно загрузить модель нетиповой конструкции из файла, созданного в системах трехмерного проектирования; 2) задание параметров электромагнитных воздействий, которым подвергается изделие. Данная система может проводить:

1) расчет величин напряженности электрического и магнитного полей в трех измерениях внутри типового и произвольного корпуса электронного блока (импорт файлов моделей из CAD-систем в форматах IGES и SAT) при воздействии электромагнитных волн;

2) расчет эффективности экранирования электрического и магнитного полей корпусом типового и произвольного блока. Расчетное ядро системы АСОНИКА-ЭМС использует технику конечной интеграции (FiniteIntegrationTechnique, FIT).

Рассмотрим структуру подсистемы: Интерфейс пользователя решает две задачи: с его помощью можно ввести вручную геометрические параметры испытуемого типового изделия (блока, шкафа) либо нетипового, взяв их из файла, созданного в системах трехмерного проектирования, а также задать параметры электромагнитного поля, воздействию которого подвергается изделие. Импорт модели блоков произвольной формы, выполненные в CAD-системах, происходит в формате SAT и IGES. После того как трехмерная модель конструкции анализируемого корпуса введена в проект, необходимо задать параметры источника возбуждения (плоской электромагнитной волны). Далее настраиваются параметры конечно-элементной сетки, задается частота (диапазон частот) решения в диалоговом окне. Следующим шагом будет указание результатов, которые программа должна будет вывести на экран по завершению расчетов. В этом окне можно задать отображение электрического и магнитного полей для разных частот (если задан их диапазон) и фаз. Затем можно запускать проект на расчет и после его завершения в рабочей области программы отобразится распределение напряженности электрического поля внутри корпуса и в прилегающем пространстве. Значения напряженности в расчетных точках обозначены размером (чем больше размер, тем больше напряженность) и цветом (от фиолетового к красному). Также подсистема выдает график эффективности экранирования электрического и магнитных полей.

Структура подсистемы АСОНИКА -ЭМС

Недостатком системы АСОНИКА-ЭМС является ограниченный круг задач, т.е. подсистема может проводить расчет блоков (шкафов) РЭС на электромагнитную совместимость, в целом, а не на уровни печатных плат или компонентов печатных плат или узлов этого блока, который она пока не может выполнять.

Кроме системы АСОНИКА, при выполнении моделирования используется отечественное программное обеспечение TALGAT «Система компьютерного моделирования электромагнитной совместимости». Процесс ЭМС анализа разделяется на: разработку библиотеки недостающих электронных компонентов (при моделировании используются математические модели электронных компонентов, учитывающие их поведение в широком диапазоне частот от 10 кГц до 1 ГГц); анализ целостности сигнала; анализ временных характеристик; анализ электромагнитной совместимости. Исходные данные для выполнения ЭМС анализа: принципиальная электрическая схема; перечень электронных элементов; проект печатной платы; полный комплект конструкторской документации; техническое задание, в котором будут указаны требования по ЭМС.

Ведущие электромашиностроительные заводы страны применяют ELCUT для расчета электромаг-

Из таблицы 1 видно, что отечественные системы компьютерного моделирования не включают в себя многие возможности анализа, которые удобны для проектирования с учетом электромагнитной совместимости (ЭМС). Сложившуюся проблему можно решить двумя способами: использовать несколько дешевых аналогов, каждый из которых обладает частью необходимого функционала, или доработать одну из существующих систем компьютерного моделирования. Преимущество первого подхода заключается в том, что необходимый инструментарий можно получить безотлагательно, заплатив за

ских машин[5]. Необходимость в анализе поля возникает при расчёте для оптимизации существующих машин, либо при расчёте машин нетрадиционных конструкций. Анализ электрического поля в высоковольтных вводах, обмотках, изоляционных системах используется при проектировании силовых трансформаторов и других высоковольтных аппаратов. Тепловые расчеты с помощью ELCUT успешно используют при проектировании систем обогрева с помощью нагреваемых кабелей, специализированных и комбинированных систем контроля температуры, вентилируемых фасадов, ограждающих конструкций в строительстве и архитектурном проектировании. Особую роль играет ELCUT в расчетах систем с постоянными магнитами. Опытные магнитчики успешно применяют ELCUT для оптимизации рабочих характеристик, уменьшения веса и стоимости магнитных систем. Весьма полезным оказывается ELCUT в задачах дефектоскопии и неразрушающего контроля. Повышенное внимание к электромагнитной экологии стимулирует использование ELCUT в задачах электромагнитного экранирования жилых и производственных помещений и электромагнитной совместимости.

В таблице 1.1 представлено сравнение отечественных систем компьютерного моделирования.

несколько лицензий. Однако, за продление лицензий нужно будет платить определенный период. Также нет гарантии дальнейшего развития полученного инструментария. Преимущество второго подхода заключается в том, что самостоятельно разработанное программное обеспечение включает в себя все нужные возможности, а при необходимости можно добавлять новые. Потенциально, за счет использования новых технологий и научных подходов, самостоятельно разрабатываемое специализированное приложение может стать лучше существующих аналогов.

нитных параметров и тепловых режимов электриче-

Характеристики ELCUT АСОНИКА TALGAT

Использование графического процессора - - -

Импорт печатных плат из Altium - - -

Генерация переходных отверстий - - -

Генерация принципиальной схемы - - -

Адаптивная сегментация + - -

Отображение печатных плат + + -

Анализ методом конечных элементов + - -

Анализ методом моментов - - +

Электродинамический анализ + + +

Квазистатический анализ + - +

Кроссплатформенность - - -

Программирование в системе + - +

ЛИТЕРАТУРА

1. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС системах телекоммуникации. - М. 2005. - 320 с.

2. Воронин, А.В. Применение программного пакета ELCUT для моделирования потенциальных электрических полей. / А.Е. Воронин. - М.: Гомель: БелГУТ, 2010. - 70 с.

3. Аширбакиев, Р.И. Cвидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №>. 2012610712. TALGAT 2010 / Газизов Т.Р., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., Заболоцкий А.М., Аширбакиев Р.И., Вершинин Е.А., Салов В.К., Лежнин Е.В., Орлов П.Е., Бевзенко И.Г., Калиму-лин И.Ф. - Заявка №>. 2011617178; дата поступления 26.09.2011; зарег. В Реестре программ для ЭВМ 13.01.2012.

4. Абрамешин, А.Е. Информационная технология обеспечения надежности электронных средств назем-но-космических систем. / А.Е. Абрамешин, В.В. Жаднов, С.Н. Полесский. - М.: Форт Диалог-Исеть, 2012. - 565 с.

5. Кочегаров И.И. Система управления жизненным циклом изделий на основе универсальной технологической платформы // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 424-426.

6. Кочегаров И.И. Распознавание параметров элементов при передаче данных при межсистемном взаимодействии // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2005. Т. 1. С. 512-514.

7. Кочегаров И.И. Применение системного анализа и межмодульного взаимодействия при проектировании конструкций РЭС // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2004. № 9-2. С. 160-163.

8. Кочегаров И.И. Математическое моделирование конструкций РЭС в электронной среде. / Кочегаров И.И., Юрков Н.К., Алмаметов В.Б. // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2002. № 3. С. 41.

9. Методика, алгоритмы и программы для квазистатического анализа печатных плат вычислительной техники и систем управления: Дис. к-та тех. наук /Аширбакиев Р. И.// Томск, 2014., 163с.

УДК 681.518.25 Вьюгина С.В.

ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», Казань СИНЕРГЕТИЗМ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗВИТИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА СТУДЕНТОВ В ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВУЗА

Синергетические тенденции, принципы, структура и содержание развития интеллектуального потенциала студентов в трансформирующейся педагогической системе технологического вуза закономерно обуславливают новые подходы к проектированию педагогических технологий. Классическими принципами этого процесса являются фундаментальные принципы отечественной науки и практики, обладающие направленностью на самопреобразование:

- концептуальность - технологии разрабатываются под конкретный образовательный замысел (точка бифуркации), в основе которого лежит междисциплинарная, методологическая и психолого-педагогическая идея синергетического подхода;

- системность - технологическая (флуктуаци-онная) цепочка педагогических действий, операций, шагов, коммуникаций и др. выстраивается в соответствии с целевыми установками самоорганизующегося (синергетического) подхода на ожидаемый результат;

- инновационность - технологии предусматривают диссипативную структуру деятельности более высокой, чем предыдущие, сложности на основе интерактивных, проектно ориентированных, эвристических подходов к обучению;

- фундаментальность - технологии обеспечивают инвариантность (фрактальность) содержания общекультурных и профессиональных компетенций студентов - будущих специалистов, соответствующих требованиям ФГОС и рынка труда;

- целостность - технологии ориентированы на аттрактор (устойчивое, оформившееся состояние сложной системы в ходе ее развития, притягивающее к себе все множество «траекторий» системы, определяемых разными начальными условиями).

Основными функциями педагогических технологий развития интеллектуального потенциала студентов, детерминированных сущностью и характерными синергетическими признаками педагогической системы технологического вуза, становятся:

- методологическая функция, выражающая общую стратегическую направленность развития интеллектуального потенциала студентов, и предполагающая реализацию синергетического подхода в учебной практике через поликомпонентный алгоритм проектирования технологий;

- функция самоорганизации, осуществляемая на основе постоянного и активного взаимодействия педагогической системы с внешней средой. К си-нергетическим характеристикам таких систем относятся взаимодействие, нелинейность, открытость, динамичность, саморегуляция и самоорганизация;

- функция синергетического контактного взаимодействия педагога и обучаемого, основанного на взаимопонимании, взаимном доверии, согласии и сотрудничестве субъектов педагогической системы;

- функция проектирования и реализации, позволяющая конструировать образовательные ситуации, деятельность субъектов обучения и с доста-

точной долей вероятности гарантировать ожидаемый результат;

- функция профессиональной и личностной направленности педагогической системы на адаптивность технологии к субъективным особенностям студентов, их типологическим и индивидуальным качествам, влияющим на учебную деятельность;

- функция информационной поддержки технологий, направленная на эффективное применение в образовательном процессе оправданных средств информационных компьютерных технологий (персональных компьютеров, информационных банков данных, компьютерных экспертных систем и др.);

- функция самоорганизации образовательной среды, исключающей формирование антагонистических установок, возникающих в результате функционального несоответствия отдельных элементов образовательной среды поставленным целям развития интеллектуального потенциала.

К принципам конструирования синергетических технологий развития интеллектуального потенциала студентов в педагогической системе технологического вуза относятся принципы гомеостатич-ности, иерархичности, нелинейности, неустойчивости, открытости, наблюдаемости, самоактуализации.

Структурными элементами синергетических технологий развития интеллектуального потенциала студентов в педагогической системе технологического вуза являются цели обучения (оперативные, тактические, стратегические); содержание обучения; средства педагогического взаимодействия, в том числе мотивация и средства обучения; организация учебного процесса; субъекты процесса обучения; результат деятельности, в числе которых и уровень сформированности интеллектуального потенциала [1].

Анализ видоизменившихся потребностей обучаемых в образовательных технологиях, проведенный нами в ходе опытно - экспериментальной работы (2008-2014гг.) в Казанском национальном исследовательском технологическом университете позволил установить, что структура технологий, наиболее типичная для современного образовательного процесса технологического вуза, представляет из себя синергетическое многообразие, флуктуирующее на традиционных и инновационных гомеостазах:

- изложение знаний. Главная задача - дать знания. Нет приоритетов - научить учиться, сформировать необходимые профессиональные качества, навыки групповой работы. Это простейшая технологическая схема, изживающая себя даже в современном заочном и дистанционном обучении;

- обогащение получаемых знаний навыками практической деятельности, конкретной функциональной работы, прагматизма и др. Здесь все знания и по содержанию, и по методикам подчинены навыкам решения типовых практических задач;

- фундаментализация образования, развитие стратегического мышления, навыков анализа и исследования проблем, выбора вариантов деятельности;