Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы теплофизического проектирования 13
1.1 Роль информационно-измерительной системы при решение задач теплофизического проектирования 13
1.2 Моделирование в проектировании РЭС 22
1.3 Классификация систем охлаждения ЭРИ 33
1.4 Натурные испытания в проектировании ЭРИ 39
Выводы по главе 1 47
Глава 2. Разработка информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий 48
2.1 Структурная схема информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий 48
2.2 Структурная схема измерительной подсистемы средств охлаждения 55
2.3 Тепловая модель системы охлаждения установленной в измерительной подсистеме средств охлаждения 56
2.4 Разработка метрологической модели измерительной подсистемы 68
Выводы по главе 2 74
Глава 3. Методическое и алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы 76
3.1 Методика теплофизического проектирования 76
3.2 Алгоритм выбора унифицированной конструкции системы охлаждения 79
3.2.1 Концептуальное проектирование подсистемы выбора средства охлаждения 79
3.2.2 Выбор и принятия решений при многокритериальных условиях. Оптимизационный и экспертный методы принятия решений . 80
3.2.3 Алгоритм выбора унифицированной конструкции системы охлаждения 86
3.3 Алгоритмическое обеспечение функционирования информационно-измерительной системы 91
Выводы по главе 3 99
Глава 4. Программно-аппаратная реализация информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий 100
4.1. Реализация аппаратной части информационно измерительной системы 100
4.1.1 Схемотехническая реализация информационно измерительной системы 102
4.2 Реализация программной части информационно-измерительной системы 107
4.3 Технические характеристики информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения 113
4.4 Применение информационно-измерительной системы для экспериментального исследования средств воздушного охлаждения 114
4.5 Оценка эффективности информационно-измерительной системы 117
Выводы по главе 4 119
Заключение 120
Библиографический список использованной литературы
- Моделирование в проектировании РЭС
- Структурная схема измерительной подсистемы средств охлаждения
- Выбор и принятия решений при многокритериальных условиях. Оптимизационный и экспертный методы принятия решений
- Реализация программной части информационно-измерительной системы
Введение к работе
Актуальность темы. Информационно-измерительные и управляющие системы (ИИиУС) подвержены общей тенденции к снижению массогабаритных показателей. В связи с этим объективно необходим анализ теплонагруженности элементов системы и проблем отвода тепла с помощью разнообразных систем охлаждения (СО). При этом возникает задача выбора унифицированной конструкции СО из широкой номенклатуры существующих типоразмеров, выпускаемых промышленностью.
При проектировании современных ИИиУС используются разнообразные подходы к поддержанию тепловых режимов, многие из которых основаны на анализе математических моделей теплонагруженных элементов, выборе способа тепловой защиты радиоэлектронных средств (РЭС). В то же время при осуществлении полного цикла теплофизического проектирования ИИиУС необходимо иметь возможность проведения натурного эксперимента над теплонагруженными электрорадио-изделиями (ЭРИ), существенно влияющими на тепловой режим всей системы, что позволяет оценить адекватность математических моделей, а также уточнить результаты анализа систем охлаждения, большинство из которых составляют воздушные. При этом возникает необходимость автоматизированного выбора, удовлетворяющего расчетным данным, унифицированных конструкций СО из доступного пользователю множества. Это позволит существенно сократить сроки и повысить точность теплофизического проектирования.
Вопросы обеспечения теплового режима элементов РЭС освещены в работах отечественных ученых Г. Н. Дульнева, В. Г. Парфенова, А. В. Сигалова,
A. А. Иофина, С. У. Увайсова и др. Заметный вклад внесли и зарубежные ученые
B. И. Азаренков, М. Макгуайр (M. McGuire), Р. Уэслати (R. Oueslati), Б. Арпачи
(B. Arpaci), А. Бешли (A. Bensely), С. Хариш (S. Harish) и др.
Достижения отечественных научных школ в области разработки и совершенствования ИИиУС связаны с именами таких ученых, как Ю. В. Арбузов, Е. А. Ломтев, С. И. Маслов, О. Н. Новоселов, Б. З. Персов, М. П. Цапенко, Э. К. Шахов, В. М. Шляндин и др.
При создании современных ИИиУС используются программные комплексы и унифицированные системы теплофизического проектирования, такие как Ansys Ice-pak, FloTherm, Elmer, Analog Workbench, Qfin, APM FEM (КОМПАС-3D), Betasoft, COSMOS, COLDPLATE, Microwave Office, MSC Nastran, PRAC, российский комплекс программ ТРиАНА (АСОНИКА-Т) и др., но в них отсутствует возможность комплексного исследования физических и математических моделей теплонагружен-ных элементов РЭС, формирующих тепловой режим ИИиУС. Остаются нерешенные задачи, связанные с синтезом структуры информационно-измерительной системы комплексного исследования СО, на основе совместного проведения как вычислительного, так и натурного экспериментов. Необходим автоматизированный выбор унифицированной конструкции СО из некоторого доступного пользователю множества, удовлетворяющей заданным требованиям, что существенно расширит возможности ИИС. Следует повысить точность определения тепловых режимов работы ЭРИ.
В связи с этим актуальной является задача создания информационно-измерительной системы с расширенными функциональными возможностями для исследования и выбора унифицированной конструкции средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий, определяющих тепловой режим всей ИИиУС.
Целью диссертационной работы является совершенствование информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий путем расширения ее функциональных возможностей и повышения точности выбора унифицированной конструкции системы тепловой защиты на основе уточнения математической модели теплонагруженных элементов, что существенно сокращает сроки теплофизического проектирования.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести анализ существующих систем теплофизического проектирования и определить требования к ИИС, которая необходима при теплофизическом проектировании ИИиУС.
-
Усовершенствовать структурную схему ИИС, расширить ее функциональные возможности за счет совмещения результатов вычислительного и натурного экспериментов, а также уточнения тепловых режимов ЭРИ, необходимых для выбора унифицированной конструкции СО.
-
Разработать методику и алгоритмическое обеспечение функционирования ИИС с расширенными функциональными возможностями для исследования средств воздушного охлаждения ЭРИ, определяющих тепловой режим всей ИИиУС.
-
Реализовать структурную схему и внедрить в практику работы современных предприятий и учебный процесс ИИС для исследования средств воздушного охлаждения ЭРИ на основе предложенного методического и алгоритмического обеспечения.
Методы исследования. Методологической основой работы являются теория информационно-измерительных и управляющих систем, теория планирования эксперимента, теория системного анализа и теория тепломассообмена. В работе использовались также технологии объектно-ориентированного и межплатформенного программирования.
Научная новизна и теоретическая значимость работы заключаются в следующем:
-
Разработана структурная схема информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий, отличающаяся включением в ее состав подсистемы межсистемного взаимодействия, сменных аппаратных модулей, предназначенных для проведения натурных экспериментов над конечным множеством доступных типоразмеров СО, подсистемы выбора унифицированной системы охлаждения, подсистемы отображения результатов моделирования, что обеспечивает одновременное проведение физического моделирования и вычислительного эксперимента для обоснованного выбора унифицированной системы охлаждения.
-
Уточнена тепловая модель системы охлаждения за счет введения дополнительного корректирующего коэффициента, учитывающего суммарные потери, вызванные конвективным и лучистым теплообменом поверхности исследуемого объекта с окружающей средой, что позволило повысить точность расчета температуры перегрева теплонагруженного электрорадиоэлемента.
-
Разработаны методическое и алгоритмическое обеспечения информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения, отличающиеся учетом результатов совместного проведения вычислительного и натурного экспериментов над системами охлаждения, что позволило повысить эффективность функционирования ИИС за счет снижения сроков и стоимости проектирования.
Практическая значимость работы состоит в использовании разработанной информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения, осуществляющей как натурные, так и модельные исследования при теплофизическом проектировании, а также при исследовании перспективных теплоотводов и систем охлаждения радиоаппаратуры (акты о внедрении прилагаются). Предложенная ИИС используется в учебном процессе при подготовке инженеров-конструкторов РЭС.
На защиту выносятся:
-
Структура информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий, обеспечивающая одновременное проведение физического моделирования и вычислительного эксперимента для обоснованного выбора системы охлаждения.
-
Уточненная тепловая модель средства охлаждения, учитывающая суммарные потери, вызванные конвективным и лучистым теплообменом поверхности исследуемого объекта с окружающей средой, что позволило повысить точность расчета температуры перегрева теплонагруженного электрорадиоизделия.
-
Методическое и алгоритмическое обеспечения информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения, позволяющие повысить эффективность функционирования ИИС за счет снижения сроков и стоимости проектирования.
-
Реализация информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий, созданной на основе методического и алгоритмического обеспечений теплофизического исследования систем охлаждения, в проектно-конструкторскую деятельность предприятий, а также в учебный процесс.
Реализация и внедрение результатов работы осуществлялись в виде применения ИИС исследования средств воздушного охлаждения в проектно-конструкторской деятельности ЗАО «НИИФИ и ВТ» (г. Пенза), ОАО «Радиозавод» (г. Пенза), ОАО «НПП “Рубин”» (г. Пенза), также в учебном процессе кафедры «Конструирование и производство радиоаппаратуры» ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».
Работы проводились в рамках федеральной программы У.М.Н.И.К. в 2010-2012 гг. по теме «Разработка алгоритма функционирования программно-аппаратного комплекса анализа эффективности систем охлаждения радиоаппаратуры».
Результаты исследований использованы:
-в НИОКР по проекту № 12622 «Разработка устройств, технологий и новых материалов для повышения надежности, качества и экономичности технических систем», 2010-2011 гг.;
-в НИОКР по проекту № 14199 «Разработка устройств, технологий и новых материалов для повышения надежности, качества и экономичности технических систем», 2011-2012 гг.;
-в НИР по проекту «Разработка интеллектуальной системы управления сложным программно-аппаратным комплексом на основе теории межсистемного взаимодействия» (НК-682П/23) ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России (2009-2013 гг.)».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза,
2008–2013 гг.); Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (г. Пенза, 2010–2013 гг.); ІI Международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники – 2011» (г. Перемышль, Польша, 2011 г.); научно-практической конференции ИНФО-2011 «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий» (г. Сочи, 2011 г.); I Международной научно-практической интернет-конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (г. Пенза, 2010 г.); Всероссийской заочной научно-методической конференции студентов и аспирантов «Вопросы совершенствования предметных методик в условиях информатизации образования» (г. Славянск - на Кубани, 2009 г.); научно-практической конференции «Перспективные технологии искусственного интеллекта» (г. Пенза, 2008 г.); молодежном инновационном форуме Приволжского федерального округа (г. Ульяновск, 2009 г.), также на научно-технических конференциях про-фессорско-преподавательского состава ПГУ (г. Пенза, 2010–2014 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 печатных работ, в том числе 4 – в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК России; 2 отчета о проведении НИОКР и 3 свидетельства о регистрации программ ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по главам, заключения, библиографического списка, включающего 148 наименований, и восьми приложений. Основная часть изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков и 13 таблиц.
Личный вклад автора. Основные результаты, выносимые на защиту, получены автором лично. Во всех работах, которые выполнены в соавторстве, соискатель непосредственно участвовал в постановке задач, обсуждении методов их решения, разработке программ обеспечения натурного эксперимента, получении и анализе результатов.
Моделирование в проектировании РЭС
Еще один отечественный инструмент, применяемый при теплофизическом проектировании - это модуль теплового анализа T-FLEX АНАЛИЗ российской компании «Топ Системы» [22, 23]. Алгоритм работы с модулем прост и в целом напоминает работу с другими расчетными модулями T-FLEX АНАЛИЗА для осуществления механических расчетов. Все этапы моделирования выполняются непосредственно в среде T-FLEX CAD в привычном для пользователя интерфейсе.
T-FLEX АНАЛИЗ поддерживает работу со сборками, поэтому в механическом или тепловом расчете могут участвовать различные детали сборочной конструкции. При этом, конечно, учитываются различные физические свойства материалов деталей, а также при необходимости определяются дополнительные граничные условия в области контакта твердых тел.
После создания задачи автоматически вызывается команда построения конечно-элементной сетки из тетраэдральных элементов. Тетраэдры аппроксимируют геометрию модели и используются для построения математической модели исходной конструкции. При создании сетки пользователь имеет возможность определить ее различные параметры: степень дискретизации, гладкость, локальные сгущения сетки и т.п.
Для задания тепловых нагрузок в T-FLEX АНАЛИЗЕ предусмотрен набор специализированных команд: «Температура», «Тепловой поток», «Конвективный теплообмен», «Тепловая мощность», «Излучение».
После построения конечно-элементной сетки и наложения граничных условий можно приступить непосредственно к решению поставленной задачи - оценки эффективности системы охлаждения. В отличие от стационарного теплового расчета, при котором определяется установившаяся в системе температура, в результате нестационарного расчета получаем температурные поля в различные моменты времени в пределах заданного времени /-го интервала. Для просмотра таких результатов в T-FLEX АНАЛИЗЕ имеется специальный удобный инструмент в виде плавающей панели, позволяющей интерактивно перемещаться по всему массиву результатов, максимально быстро переключаясь в интересующий момент времени.
Отметим еще одну важную функциональную особенность системы T-FLEX АНАЛИЗ. Во многих практических случаях возникает потребность в учете температурных воздействий при механических расчетах - так называемая задача термоупругости. Под действием температуры тела изменяют свои размеры, при этом в механической системе могут возникать температурные деформации и вызываемые ими напряжения. Расчет подобных режимов поддерживается в модуле статических расчетов T-FLEX АНАЛИЗ. Однако, притом, что T-FLEX АНАЛИЗ обладает богатейшим математическим аппаратом моделирования теплообменных процессов, применять его для выбора конкретного способа и средства охлаждения проблематично, т.к. в состав модуля не входят данные о существующих унифицированных СО. Также пакет T-FLEX АНАЛИЗ не позволяет проводить натурные испытания ТО и СО и имеет слабую интеграцию с существующими средствами проектирования электроники [22, 23].
В модуле Pro/MECHANICA Thermal Simulation Package компании PTC температурный анализ деталей и сборок позволяет добиваться необходимых температурных характеристик изделия, анализируя поведение деталей и конструкций при воздействии тепловых нагрузок. Его основные возможности [23]: - непосредственное использование моделей, созданных в Pro/ENGINEER, создание моделей собственными средствами, импортирование моделей из других систем CAD; - моделирование двухмерных и трехмерных конструкций; - введение различных тепловых граничных условий: тепловых нагрузок, температуры, условий конвекции; - расчет установившегося теплового состояния и переходных термических процессов; - анализ исходной модели или модели с заданными параметрами проектирования; исследование глобальной (общей) и локальной чувствительности изделия к изменению параметров проектирования; оптимизация формы геометрии исходя из тепловых требований к изделию; - просмотр результатов анализа в графическом (изолинии, цветовые закраски, графики) и числовом виде.
Рассматриваемый модуль может использовать модели, созданные в Pro/ENGINEER, а также импортировать модели из других CAD-систем.
Имеет те же недостатки, что и предыдущий пакет прикладных программ.
Модуль COSMOS/Works является разработкой компании SolidWorks Corp. Поскольку работа осуществляется в едином информационном пространстве с SolidWorks, исключается необходимость использовать какие-либо трансляторы для экспорта геометрии. Это обеспечивает отсутствие ошибок в геометрии и, как следствие, в конечно-элементной модели [22, 23]. Изменение геометрической модели автоматически отслеживается в COSMOS/Works.
Поддержка конфигураций SolidWorks позволяет более гибко подходить к процессу проведения численных испытаний. Например, возможно сравнивать результаты, полученные в COSMOS/Works, и данные реального физического эксперимента. Таким образом, можно корректировать расчетную модель для увеличения достоверности результатов.
Структурная схема измерительной подсистемы средств охлаждения
Предложенная архитектура ИИС является гибкой и масштабируемой за счет пространственного разделения ИО и БОД, а также разделения структуры ИИС на аппаратную часть и ее программное обеспечение. При этом ИИС имеет открытую структуру и приспособлена для подключения новых подсистем.
Предложенная структурная схема ИИС объединяет возможности универсальных автоматизированных лабораторных стендов с возможностями лабораторных стендов удаленного коллективного доступа, описание которых приведено в работах [7-9].
Центральным узлом БОД является вычислительное устройство, осуществляющее обработку поступающих от датчиков температуры данных и управление работой как отдельным ИПСО, так и всей ИИС в целом. В предложенной ИИС - это интегральная микросхема повышенной степени интеграции (например, микроконтроллер или ПЛИС), представляющая собой компактную измерительно-управляющую систему с программируемой логикой [16, 24, 30].
Микроконтроллеры имеют сложную структуру и содержат как средства обработки информации (микропроцессор с необходимым набором периферийных устройств (АЦП, ОЗУ, ПЗУ, порты ввода/вывода и пр.)), так и средства измерения и управления (программируемые счетчики/таймеры, порты ввода/вывода и пр.) [10,14,71].
Структуры ИИС как представители измерительно-управляющих подсистем, реализованные на базе микроконтроллера, отличаются простотой конфигурации и компактностью. Часто в качестве основы ИИС используют законченные промышленные конфигурации, содержащие базовый вычислительный модуль и набор типовых модулей ввода/вывода или так называемые отладочные платы. Эти платы содержат строго заданный комплект микроконтроллера с необходимыми внешними устройствами (АЦП, порты ввода/вывода, ОЗУ, ПЗУ, и т.п.), а также свободную часть ПУ для макетирования схемотехнической реализации нестандартных функций, необходимых в системе.
В настоящее время распространено большое количество типов микроконтроллеров различных фирм (Atmel, Freescale, Intel, Maxim, Microchip, Motorola, Philips STmicroelectronics и др.). Все они различаются как внутренней архитектурой, так и функциональным назначением. Дополнительные функциональные возможности микроконтроллера несложно расширить за счет периферийных устройств, подключаемых по цифровой шине, встроенной в микроконтроллер. В качестве периферийных устройств используются высокоточные АЦП, ЦАП, счетчики, дополнительные преобразователи сигналов, датчики физических величин и т.п.
При большом количестве разнообразных задач, возлагаемых на измерительно-управляющую подсистему, целесообразно распределять эти задачи между несколькими микроконтроллерами в зависимости от их производительности. При этом для совместной работы микроконтроллеры объединяются в локальную сеть на основе стандарта RS-485 (при удалении на десятки и сотни метров) или на основе двухпроводной двунаправленной шины I2C (при условии, что удалении микроконтроллеров друг от друга не более одного метра). При реализации подобной архитектуры обмен данными по сети осуществляется по принципу ведущий/ведомый, т.е. один из микроконтроллеров (главный вычислитель) берет на себя функции ведущего и осуществляет общее управление потоками данных по сети.
В зависимости от сложности решаемых задач следует выбирать микроконтроллеры разной архитектуры, начиная от простейших 8-разрядных до мощных 16-ти и 32-ух разрядных. Микроконтроллер должен не только производить обработку данных, полученных с измерительных преобразователей, но и управлять исследуемым объектом в зависимости, например, от заданных начальных и граничных условий или количественного значения измеренного параметра. В этом случае требуется производить достаточно сложный и ресурсоемкий математический анализ данных натурного эксперимента, который связан с обработкой большого объема данных в реальном масштабе времени и с минимальными временными задержками. Для этого необходимо применять специализированные инструменты, предназначенные для решения подобных задач, которые реализуют функции цифровых сигнальных процессоров.
Каждая ФМ, т.е. натурная модель СО, множество которых определено количеством выпускаемых промышленностью образцов, устанавливается в отдельной измерительной подсистеме средств охлаждения (ИПСО). Перейдем к рассмотрению структурной схемы подобной подсистемы.
Выбор и принятия решений при многокритериальных условиях. Оптимизационный и экспертный методы принятия решений
Остановимся на особенностях, накладывающих ограничения на применение оптимизационного подхода и требующих учета при решении задач принятия решений. Оптимальное решение часто оказывается чувствительным к изменению условий задачи. Следует учитывать, что иногда такие изменения могут привести к выбору существенно отличающихся альтернатив. Обычно система, для которой принимается решение, входит в структуру более общей системы, т. е. является ее подсистемой, и решения оптимальные для этой подсистемы могут входить в противоречие с целями надсистемы, т. е. возникает необходимость увязывать критерии подсистем с критериями надсистем.
Необходимо очень тщательно и скрупулезно подходить к выбору и обоснованию критерия. Критерий должен выбираться из анализа цели исследования, при этом надо помнить, что он характеризует цель лишь косвенно, иногда хуже, иногда лучше, но всегда приближенно.
Помимо критериев в оптимизационной задаче немаловажную роль играют ограничения. Анализ существа проблемной ситуации и качественное обоснование ограничений задачи имеют значительное влияние на принимаемое решение. Нередко даже небольшие изменения в ограничениях отражаются на принимаемом решении. Еще больший эффект получается, когда одни ограничения заменяются другими. Не задав всех необходимых ограничений, можно одновременно с оптимизацией основного критерия получить непредвиденные и нежелательные эффекты.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что оптимизация — это мощное средство повышения эффективности, но использовать его необходимо осторожно, особенно при работе со сложными проблемными ситуациями. Можно констатировать, что оптимизационные задачи, которые удается поставить при исследовании сложных систем, имеют обоснованный характер, если описывают хорошо структурированные системы, и являются заведомо приближенными, если относятся к системе в целом. Поэтому необходимо оценить альтернативные подходы к решению задачи выбора, т.к. оптимизационный подход является не единственным и существуют другие методы, которые дополняют оптимизационный выбор.
Одним из таких методов является экспертный метод. Он применяется в тех случаях, когда при исследовании сложных систем возникают проблемы, которые не удается представить в виде формальных математических задач. В таких случаях прибегают к услугам экспертов, чья интуиция и опыт могут уменьшить сложность проблемы. Системы поддержки решений ориентированы не на автоматизацию функций лица, принимающего решение, а на предоставление ему помощи в поиске подходящего решения.
Подводя итог отметим, что проблема выбора и принятия решений — центральная проблема системного анализа. Налицо сложности, которые возникают перед конструктором. Но, с другой стороны, имеется развитый математический и эвристический аппарат, который является мощным средством, помогающим обоснованно подходить к проблеме выбора.
Отметим, что все решения принято делить на формальные и творческие. Если преобразование информации выполняется с помощью математических моделей, то выработанное решение считается формальным; если решение принимается в результате скрытой работы интеллекта лица, принимающего решения, то это решение считается творческим. Такое деление в достаточной степени условно, поскольку ни чисто формального, ни чисто творческого решения в природе не существует [76, 100]. Если решения принимаются с помощью математических моделей, то знания и опыт человечества (элементы творчества) используются при создании этих моделей, а интуиция (элемент творчества) используется в момент, когда лицо, принимающее решение, задает то или иное значение исходной информации или из множества альтернативных вариантов в качестве решения выбирает один. Если основным инструментом выбора решений является интеллект человека, то формальные методы, носителем которых является вся наука, скрыто присутствуют в его знаниях и опыте [76, 117].
Реализация программной части информационно-измерительной системы
На основе анализа выявлено, что наиболее подходящим для реализации предложенных алгоритмов является язык программирования C++, реализованный в кроссплатформенной среде программирования Qt.
Предложенные алгоритмы доведены до программной реализации. Представлена аппаратная реализация структурной схемы ИИС, алгоритмов ее функционирования и методики в виде информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий. Обоснован выбор материалов и ЭРИ, используемых в конструкции ИИС.
Проведена оценка эффективности, которая показала почти 50 % -ный временной выигрыш, в сравнении с ручным вариантом проектирования.
В диссертационной работе разработана информационно измерительная система для исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий и ее методическое и алгоритмическое обеспечение, которые позволяют совместить результаты натурного и вычислительного экспериментов, а также автоматизировать выбор теплоотводов и систем охлаждения электрорадиоизделий.
Показана значимость натурного эксперимента в процессе теплофизического проектирования. Проведён аналитический обзор существующих способов контактного измерения температур. На основе которого обоснованно применение цифровых интегральных датчиков температуры в качестве первичных преобразователей ИПСО. Основные результаты работы:
1. Проведенный анализ существующих систем теплофизического проектирования позволил сформулировать основные требования к информационно-измерительной системе исследования систем воздушного охлаждения электрорадиоизделий, состоящие в необходимости совместного проведения как физического, так и вычислительного эксперимента, обеспечении возможности работы с базой унифицированных СО, осуществлении выбора СО из множества доступных.
2. Разработана структурная схема информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий, отличающаяся включением в её состав подсистемы межсистемного взаимодействия, сменных аппаратных модулей, предназначенных для проведения натурных экспериментов над конечным множеством доступных типоразмеров СО, подсистемы выбора унифицированной системы охлаждения, подсистемы отображения результатов моделирований, что обеспечивает одновременное проведение физического моделирования и вычислительного эксперимента для обоснованного выбора унифицированной системы охлаждения.
3. Уточнена тепловая модель системы охлаждения за счет введения дополнительного корректирующего коэффициента, учитывающего суммарные потери, вызванные конвективным и лучистым теплообменом поверхности исследуемого объекта с окружающей средой, что позволило повысить точность расчёта температуры перегрева теплонагруженного электрорадиоизделия на 10-15%.
4. Разработано методическое и алгоритмическое обеспечения информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения, отличающиеся учетом результатов совместного проведения вычислительного и натурного экспериментов над системами охлаждения, что позволило повысить эффективность функционирования ИИС на 17-48% за счет снижения сроков и стоимости проектирования.
5. Разработана метрологическая модель измерительной подсистемы, позволившая сделать вывод, что основную погрешность в информационную подсистему вносит мультипликативная погрешность средств охлаждения .
6. Реализована структура информационно-измерительной системы исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий на основе предложенного методического и алгоритмического обеспечений и внедрена в практику работу трех предприятий, а также в учебный процесс.
В заключении отметим, что в результате наметившейся в последние годы тенденции создания унифицированных конструкций интегрированных СО для печатных плат [145], применение разработанных структуры и методики станет целесообразным и в этой передовой области проектирования РЭС.
Диссертaциoннaя paбoтa посвящена разработке структуры, модели и алгоритмов работы информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения электрорадиоизделий. По cвoeму coдepжaнию oнa cooтвeтcтвуeт пункту 1 (Научное обоснование перспективных информационно-измерительных и управляющих систем, систем их контроля, испытаний и метрологического обеспечения, повышение эффективности существующих систем), и пункту 6 (Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных и управляющих систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений) пacпopтa cпeциaльнocти 05.11.16 –информационно-измерительные и управляющие системы.
