Введение к работе
Актуальность работы. Интенсивное развитие электронной техники, качественный скачок в изменение структуры электронных приборов - переход на создание интегральных схем с высокой и сверхвысокой плотностью размещения элементов в кристалле, развитие таких направлений функциональной электроники, как оптоэлектроника, акустоэлектроника, магнитоэлектроника требует от разработчика надежности и стабильности параметров создаваемых электронных приборов. Качество выпускаемых изделий, надежность, работоспособность оборудования производства электронной техники во многом зависят от наличия или отсутствия вибрационных воздействий. С целью виброизоляции оборудования электронной техники его обычно устанавливают на отдельный фундамент или применяют специальные массивные виброгасящие системы стационарного типа. Однако при монтаже оборудования на межэтажных перекрытиях производственных корпусов применение массивных фундаментов недопустимо, а также недостаточно эффективно при уровне вибрации до 0,1... 5 мкм.
Переход на нанотехнологии требует использования эффективных типов виброизоляционных устройств, способных гасить колебания по всем шести степеням свободы. Высокую эффективность гашения колебаний обеспечивают - координатные виброзащитные устройства. Однако широкое внедрение таких устройств сдерживается сложностью их проектирования, отсутствием моделей и способов оценки параметров на отдельных стадиях проектирования. Поэтому задача разработки математических моделей и определения характеристик таких виброзащитных устройств является актуальной и своевременной. Важным моментом применения - координатных виброзащйтных устройств в оборудовании электронной техники является использование их в вакууме, что требует решения вопросов теноэкологии, связанной, в первую очередь, с вопросами образования привносимой дефектности в условиях вибрационного режима работы - координатного виброзащитного устройства. Однако широкое внедрение таких устройств сдерживается сложностью их проектирования, отсутствием моделей и способов оценки конструкции на отдельных стадиях проектирования. Поэтому задача разработки автоматизированных систем проектирования таких виброзащитных устройств является актуальной и своевременной.
Цель работы. Целью работы является разработка и экспериментальное обоснование математических моделей - координатных виброзащитных устройств оборудования электронной техники для определения основных параметров качества при заданных исходных данных с учетом вакуумных условий эксплуатации, а также разработка алгоритмов и методов анализа и синтеза для автоматизированной системы проектирования - координатных виброзащитных устройств оборудования электронной техники, позволяющей сократить время их проектирования, выбирать наилучшие варианты среди спроектированных, рассчитывать основные параметры качества при заданных исходных данных.
Задачи исследования. Для реализации поставленной цели исследований решены следующие научные задачи:
Разработаны математические модели : координатных виброзащитных устройств.
Экспериментально подтверждена адекватность предложенных математических моделей - координатных виброзащитных устройств оборудова-
ния электронной техники, в том числе с учетом вакуумных условий эксплуатации.
Выполнен морфологический анализ-синтез для организации автоматизированного поиска рациональных технических решений виброзащитных устройств, реализуемых в оборудовании электронной техники, и предложены технические решения, защищенные патентами на полезную модель.
Создана база данных и база знаний для реализации автоматизированного проектирования і - координатных виброзащитных устройств, для чего выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований элементной базы виброзащитных устройств.
Методы исследования. В работе используются положения теории систем, теории множеств, теории принятия решений и искусственного интеллекта, динамики твердого тела с одной, тремя и шестью степенями свободы с использованием аналитических и численных методов решения.
Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов выполнена на специально созданных установках и стендах.
При проведении экспериментальных исследований применялись методики прямых и косвенных измерений методом тензометрии, с последующей обработкой результатов методами теории вероятности и математической статистики.
Научная новизна.
Разработаны математические модели плоских (на три степени подвижности) и пространственных (на шесть степеней подвижности) ( - координатных виброзащитных устройств.
Предложен обобщенный критерий оценки качества I - координатного виброзащитного устройства, включающий функциональные (частоту колебаний, амплитуду и коэффициент демпфирования), экологические (привносимую дефектность и газовый поток), экономические (стоимость и окупаемость) локальные критерии.
Разработана база знаний, необходимая для управления информационными процессами и реализации процедурной части системы автоматизированного проектирования I - координатных виброзащитных устройств.
Выполнен морфологический анализ-синтез для рациональных технических решений і - координатных виброзащитных устройств и предложены технические решения I- координатных виброзащитных устройств, защищенные патентами на полезную модель.
Практическая значимость.
Создана база опытных данных, необходимых для реализации практических расчетов и принятия решений при автоматизированной разработке I - координатных виброзащитных устройств.
Создан проблемно-ориентированный программный продукт «Расчет собственных частот и коэффициентов демпфирования - координатных виброзащитных устройств» (Свидетельство о Государственной регистрации программы для ЭВМ № 2004610345 от 04.02.04).
Разработаны технические решения і - координатных виброзащитных устройств, отвечающие критериям качества по функциональным, экологическим и экономическим локальным критериям.
С использованием разработанной автоматизированной системы проектирования предложена трехуровневая система виброзащиты на основе і -
координат применительно к оборудованию электронной техники.
Достоверность результатов. Достоверность проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых подходов и методов, сравнением с теоретическими и экспериментальными данными, известными в литературе и полученными автором.
Реализация и внедрение результатов работы.
Теоретические и практические результаты работы используются в учебном процессе в МИЭМ и практике системного конструирования для производства материалов и приборов электронной техники в НПФ «Сигма ИС», г. Москва, НПФ «Солвер», г. Воронеж, ОАО Воронежский НИИ «Вега».
Основные положения, выносимые на защиту.
Математические модели плоских и пространственных - координатных виброзащитных устройств.
Метод оценки качества - координатного устройства.
Теоретические и экспериментальные исследования параметров работоспособности и математических моделей ^-координатных виброзащитных устройств, базы данных и базы знаний для автоматизированной системы проектирования -координатных виброзащитных устройств.
Трехуровневая система виброзащиты и технические решения - координатных виброзащитных устройств, обладающие патентной чистотой.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях МИЭМ для молодых ученых и специалистов в 2003, 2004, 2005 г.г.; на совместных заседаниях кафедр «Математическое моделирование» и «Технологические системы электроники» МИЭМ в 2003, 2004, 2005 г.г., на международной конференции «Компьютерные технологии в технике и экономике» (Международный институт компьютерных технологий, г. Воронеж, 2007 г.), на международной конференции Воронежского института МВД России, г. Воронеж, 2007г, межвузовском семинаре кафедры телекоммуникационных систем Воронежского института МВД России.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научно-
технических работ, в том числе получено свидетельство об официальной реги
страции программы для ЭВМ, два патента РФ на полезную модель, опублико
вано 6 статей. Работа [1] опубликована в издании, рекомендованном ВАК Рос
сии. В работах, выполненных в соавторстве, автором лично выполнено^
в работах [3, 10, 11] предложены варианты построения виброзащитных устройств, в [2] предложен алгоритм расчета собственных частот виброзащитного устройства, в [4] обоснован обобщенный критерий качества, в [1, 6, 12, 13] сформулированы основные свойства математических моделей виброзащитных устройств и выполнен анализ их особенностей, в [7-9] рассмотрены особенности проектирования виброзащитных устройств с позиций системного подхода.
Объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 170 страницах машинописного текста, 93 рисунков, 6 таблиц, списка литератур ры из 89 наименований, Приложений с результатами расчетов и экспериментальными данными, актами внедрения.
