Разработчик – академик РАН, РАЕН, МАИ, д.т.н. Кофанов Юрий Николаевич

1. Математическое содержание автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры АСОНИКА Разработчик – академик РАН, РАЕН, МАИ, д.т.н. Кофанов Юрий Николаевич тел/факс: (495) 680 40 58 Email: kofanov@ihome.ru Сайт: www.asonica.ru

2. РЭ система Шкаф (пульт, стойка) на НКЗ РЭК Блок (рама) на НК2 РЭУ Ячейка (кассета) на НК1 РЭФУ ИЭТ РЭ ЭЭ ЭТИ Уровни разукрупнения РЭС Уровни разукрупнения РЭС по конструктивной сложности Уровни разукрупнения РЭС по функциональной сложности

3. ТТ НИР ОКР Из Эк ТХ ТЗ АП ЭП ТП РП ТПП ГАП Ис Э Т А П Ы Жизненный цикл электронного средства ТО С Т А Д И И Этапы и стадии жизненного цикла ТС: ТТ - технические требования; НИР — научно-исследовательские работы; ОКР — опытно-конструкторские работы, Из — изготовление; Эк — эксплуатация; ТХ — технические характеристики; ТЗ — техническое задание; АП — аванпроект (техническое предложение); ЭП — эскизное проектирование; ТП — техническое проектирование; РП — рабочее проектирование; ТИП — техническая подготовка производства; ГАП — гибкое автоматизированное производство; Ис — испытания; ТО — техническое обслуживание

4. Электрические расчеты принципиальных схем ЭС Тепловые расчеты конструкции ЭС Электронные средства как система Алгоритм Схема Конструкция Технология Эксплуатация Механические расчеты конструкцииЭС на воздействия вибраций, ударов,линейных ускорений, акустических шумов а) 1 б) 2 Системный подход к анализу физических процессов 3 4 5 6 а)Взаимосвязь трех основных видов расчетов при разработке ЭС для подвижных объектов: 1 — передача мощностей тепловыделений в РЭ; 2 — передача температур РЭ; 3 — передача ускорений вибраций; ударов и других механических воздействий на радиоэлементы; 4 — передача масс РЭ (для элементной базы, выбранной по результатам электрического расчета); 5 — передача эффективных значений зазоров в местах крепления деталей (для расчета контактных тепловых сопротивлений и тепловых мощностей демпфирования, возникающих при вибрации); 6 — передача температур конструктивных деталей. б) Состав (подсистемы) сложного ЭС как системного объекта проектирования

5. Методическая суперсистема Другие объекты как методические системы Исследуемый объект как методическая система Элемент A1 Элемент Аm Элемент K1 Элемент Kn Иерархия методических систем Подсистема А Подсистема К Иерархия методических систем при системном подходе к моделированию ЭС: m, n — число элементов в подсистемах А и К

6. Техническое задание Техническое предложение возможных вариантов схем, конструкций и технологий Построение физических моделей Три рода расчетных задач в процессе проектирования ЭС Коррекция схемы, конструкция и технологии Коррекция расчетных моделей Построение расчетных моделей Исследование параметрической чувствительности Выбор и опти- мизация структур схемы, конструкции и технологии Обеспечение качества и надежности Исследование разбросов параметров Задачи конструирования и технологии ЭС , решаемые на основе исследования параметрической чувствительности

7. Расчетные модели РЭС Типы физических моделей Виды математических моделей Вектор-функции Режимные Дифференциальные уравнения Аналитические Классификация расчетных моделей ЭС Электрические Функциональные Матричные уравнения Полные Направленный граф Структурные Блок-схема Механические Статические Ненаправленный граф Топологические Динамические Эквивалентная цепь Тепловые Стационарные Гиперграф Морфологические Нестационарные Соединение многополюсников Комплексные Комбинированные

8. Вектор-функции • = 0 Дифференциальные уравнения Разновидности аналитических моделей - собственный оператор рассматриваемого физического процесса; - возмущающий оператор i-го воздействия при расчете j-й характеристики, причем m1 - порядок оператора; p=d/dt - символ дифференцирования; Матричные уравнения - параметрическая матрица ЭС или технологического процесса

9. Принцип непосредственного анализа исходной модели ИМ Принципанализа построения дополнительных моделей x yj x y ИМ ИМ Принципы получения функции чувствительности u u yq A А ДМк k yq A j k x – входные воздействия, y- выходные характеристики, u – промежуточная переменная, ИМ – исходная модель, А – алгоритм, ДМ – дополнительная модель

10. Принцип суммирования переменных величин (u1 и u2) тандем-модели Принцип автономного анализа двух моделей Принципы получения функции чувствительности(продолжение) yj x y y* x ИМ ИМ ИМ Q1 1 u1 u2 CМ Q2 yq A k2 Σ yq A = ajQ1Q2 j k1

11. Алгоритмы проектных задач Проект ЭС Физические модели Роль моделей в автоматизированном процессе разработки ЭС Техническое задание Модели чувстви-тельности Информа- ционная модель Матема- тические модели

12. Взаимодействующие печатные проводники цифрового устройства АИ, ПП— активный и пассивный печатные проводники; С, М — паразитные емкость и взаимоиндуктивность проводников; 1. 2 - передающие и принимающие логические схемы

13. Аналитическая модель печатных проводников с перекрестными помехами

14. Структурная электрическая модель печатного монтажа платы по перекрестной помехе в форме направленного графа Структурная электрическая модель монтажа платы по перекрестной помехе вформе блок схемы x1 = E - x2 = J

15. Топологическая модель для процесса действия перекрестной помехи между двумя печатными проводниками платы цифрового ЭС Топологические модели дискретных резисторов а) для низкой частотной области работы б) для широкополосной частотной области работы в) и г) для диффузионного резистора интегральных схем LR и СR — индуктивность и емкость выводов и проводящей части резисторов; Сп — емкость проводящей части относительно подложки п (включая емкость обратно смещенного паразитного р-n перехода) а) форма электрической эквивалентной цепи б) форма ненаправленного графа

16. Топологические модели дискретных конденсаторов Топологические модели катушек индуктивности а) для низкой частотной области; б) для широкополосной частотной области; в) интегральный конденсатор, построенный на структуре металл - диэлектрик – полупроводник; rc - сопротивление потерь в диэлектрике; Lc- индуктивность выводов и обкладок конденсатора; Iп - сопротивление последовательного слоя в структуре конденсатора; lп=f(Un) - зависимый источник, моделирующий статическую характеристику паразитного р-п перехода; Сп - емкость р-п перехода; п – подложка. а) для низкой частотной области б) для широкополосной частотной области в) спиральные катушки индуктивности интегральных схем RL- сопротивление обмотки (спирали); CL- межвитковая емкость; Rи - сопротив­ление потерь межвитковой изоляции; Сп - емкость между спиралью и подложкой п

17. Морфологическая электрическая модель печатных проводников с перекрестными помехами 1 – активный четырехполюсник задающий значение источника тока J и источника напряжения E; 5 – четырехполюсник моделирующий воздействие Uвых на печатные проводники а) общий вид модели б) внутренне содержание четырехполюсника 2 в) внутреннее содержание четырехполюсника 3 г) внутреннее содержание четырехполюсника 4

18. Конструкция (а) и формализованная расчетнаясхема (б) амортизированного блока ЭС а) б) О - объект установки блока; А - амортизатор; К - крепление печатного узла к корпусу блока; У - печатный узел; Б - корпус блока; ε0 – механическое воздействие действующее со стороны основания установки блока; ε1 – перемещение центра масс корпуса блока (без учета печатного узла); ε2 – перемещение печатного узла;

19. Аналитическая модель амортизированного блока в унифицированном виде - заданное перемещение объекта О; и - искомые перемещения корпуса блока Б и печатного узла У; и - скорости пе­ремещения корпуса блока Б и печатного узла У; ,,,,,- унифицированные обозначения параметров;

20. Структурные механические модели амортизированного блока ЭС а) первая унифицированная форма представления б) вторая унифицированная форма представления

21. Топологическая механическая модель амортизированного блока ЭС а) в виде эквивалентной механической цепи; б) в виде унифицированного ненаправленного графа; m1 – масса корпуса блока; m2 – масса печатного узла; k1 – коэффициенты упругости четырех амортизаторов (виброизоляторов); k2 – коэффициент упругости четырех мест крепления печатного узла к корпусу; d1 – коэффициент демпфирования колебаний четырех амортизаторов (виброизоляторов); d2 – коэффициент демпфирования четырех мест крепления печатного узла к корпусу; ε0- активный компонент - источник механических перемещений; α, β, γ – соответствующие унифицированные обозначения – коэффициент демпфирования, масса, коэффициент упругости; ε1 – перемещение центра масс корпуса блока (без учета печатного узла); ε2 – перемещение печатного узла; φ2 и φ3 – соответствующие их унифицированные обозначения;

22. Чертеж печатного узла

23. Топологическая механическая модель печатного узла ЭС

24. Морфологическая механическая модель амортизированного блока ЭС

25. Конструкция узла управления на варикондах. Сечение по вариконду конструкции узла управления.

26. Аналитическая модель теплового процесса в вариконде Здесь — тепловая мощность, выделяемая в вариконде; — температура окружающей среды; — обобщенный параметр — тепловое сопротивление конвективного теплообмена верхней платы, причем , где и — размеры поверхности теплообмена, а — коэффициент теплоотдачи от верхней платы; , — обобщенный параметр — тепловое сопротивление кондуктивного теплообмена через j-й конструктивный элемент, причем, где — размер j-го элемента в направлении распространения тепла; — площадь сечения j-го элемента, перпендикулярного направлению распространения тепла; — коэффициент теплопроводности материала j-го элемента; —обобщенный параметр — тепловое сопротивление конвективного теплообмена нижней платы, причем , где — коэффициент теплоотдачи от нижней платы; , — обобщенный параметр — тепловая емкость j-го конструктивного элемента, причем где ,— плотность и удельная теплоемкость материала j-го конструктивного элемента.

27. Структурные тепловые модели узла управления на варикондах в первой унифицированной форме представления (варианты а и б) Структурная тепловая модель узла управления во второй унифицированной форме представления

28. Морфологическая тепловая модельузла управления на варикондах Топологическая тепловая модель узла управления на варикондах а) в виде тепловой цепи; б) в виде унифицированного ненаправленного графа

29. Аналитич. дифференцирование Таблица чувствительности Аналитические методы Передаточные операторы Принцип непосредствен-ного анализа исходной модели Частотные полиномы РО - переменные Уравнения чувствительности Совмещенное моделирование Классификация методов получения функций чувствительности Суммирование интегралов Структурные методы Принцип построения дополнительной модели Транспортирование параметрической матрицы Разделение исходной модели Подсоединение собственной структуры Операторы чувствительности Топологические методы Принцип автономного анализа двух моделей Базовые переменные величины Инверсная модель Исключение ветви Преобразованная модель Сопряженная модель Морфо-логические методы Независимые потенциалы Принцип суммирования переменных величин тандем- модели Управляемые компоненты Тестовые воздействия Обратная модель Компонентные переменные величины

30. Методология обеспечения высоких показателей надежности ТС на основе комплексного моделирования физических процессов и применения моделей параметрической чувствительности Выделение основных воздействующих факторов Техническое задание на разработку конструкции и технологии Синтез вариантов, структуры, конструкции и технологии РЭС 1а 1 1б Формирование критерия чувствительности характеристик к внешним воздействиям Анализ и выбор лучшего варианта структуры конструкции и технологии РЭС Синтез расчетных моделей и моделей чувствительности 2а 2 2б Формирование критерия оптимальности Параметрическая оптимизация Формирование ограничений на параметры 3а 3 3б Формирование условия синтеза или критерия оптимизации допусков Анализ, синтез или оптимизация допусков на параметры Формирование ограничений на допуски параметров 4а 4 4б Выбор показателей серийнопригодности Расчет и анализ технологической серийнопригодности Подготовка данных по технологическим разбросам параметров 5а 5 5б Выбор показателей стабильности и надежности Расчет и анализ эксплуатационной стабильности и надежности Подготовка данных по зависимостям свойств материалов и деталей от воздействий 6а 6 6б Выбор способа и синтез средств защиты РЭС от внешних воздействий Анализ необходимости и эффективности защиты РЭС от внешних воздействий Подготовка данных по физико-конструкт. параметрам средств защиты 7а 7 7б Выделение управляемых параметров и доступных для контроля сигналов Синтез системы регулировок, настроек и контроля работоспособности Выделение элементов и узлов РЭС с малыми запасами работоспособности 8а 8 8б Постановка задач испытаний Синтез программы испытаний РЭС Подготовка данных по условиям проведения испытаний 9а 9 9б