Модели и методики обеспечения и оптимизации тепловых характеристик на различных этапах конструкторского проектирования радиоэлектронных устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Бобылкин, Игорь Сергеевич

• Бобылкин, Игорь Сергеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Бобылкин, Игорь Сергеевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 14 РЭС НА БАЗЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ, ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

1.1. Задачи обеспечения и оптимизации тепловых режимов в 14 процессе разработки конструкций современных РЭС

1.2. Методы и средства моделирования, анализа, обеспечения и оп- 24 тимизации тепловых режимов РЭС

1.3. Цель и задачи исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ ОП- 30 ТИМАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ РЭС

2.1 Структура, основные задачи и математическое обеспечение 30 процесса оптимального теплового проектирования радиоэлектронных средств

2.2 Формирование критериев оптимальности тепловых характери- 37 стик РЭС

2.3 Тепловые модели конструкций для задач прогнозирования и 42 оптимизации тепловых характеристик РЭС

2.4 Моделирование процессов теплопередачи в системах охлажде- 47 ния конструкций РЭС

2.5. Основные выводы второй главы

3. МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ, ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ОПРИ- 60 МИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ХАПАКТЕРИСТИК РЭС

3.1. Прогнозирование тепловых характеристик на начальных эта- 60 пах конструкторского проектирования РЭС

3.1.1. Выбор основного вида теплопередачи и типа системы 62 охлаждения РЭС

3.1.2. Прогнозирование и оценка возможности обеспечения теп- 69 ловых характеристик конструкций РЭС

3.2. Задачи и методики оптимизации тепловых характеристик в 79 процессе конструкторского проектирования РЭС

3.2.1. Оценка эффективности структуры и оптимизация систе- 79 мы теплоотвода в конструкциях РЭС

3.2.2. Оптимальная компоновка конструкций РЭС

3.3. Основные выводы третьей главы 87 4. РЕАЛИЗАЦИЯ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИК

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ, ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ОПТИМСИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОНСТРУКЦИЙ РЭС

4.1. Комплексная методика и средства прогнозирования, обеспече- 87 ния и оптимизации тепловых характеристик конструкций РЭС

4.2. Применение разработанных методик при тепловом проектиро- 93 вании конструкций РЭС

4.3. Основные выводы четвертой главы 98 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 101 ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и методики обеспечения и оптимизации тепловых характеристик на различных этапах конструкторского проектирования радиоэлектронных устройств»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Обязательной составной частью процесса конструкторского проектирования современных радиоэлектронных средств (РЭС) является тепловое проектирование, направленное на решение вопросов обеспечения нормального теплового режима и выполняемое на различных этапах разработки. Тепловой режим РЭС оценивается с помощью различных тепловых характеристик, базирующихся на анализе температурных полей конструкций. Задачи обеспечения нормального теплового режима РЭС решаются путем проведения многократного анализа необходимых тепловых характеристик и изменения соответствующих параметров и режимов функционирования выбранной системы охлаждения, конструкции и, если требуется, схемы устройства. Такой традиционный подход характеризуется итера-ционностыо, достаточно большими временными затратами. Применения для моделирования соответствующих программных комплексов (Рго/ЕЫСГМЕЕЯ, А^УБ и т. д.) ускоряет процесс, но не меняет его структуру и требует значительных вычислительных затрат.

Перспективным подходом здесь является переход от задач «моделирование -анализ - изменение параметров и структуры» к решению задач обеспечения теплового режима РЭС как к задачам структурного и параметрического синтеза, когда в качестве результата получаем значении параметров и характеристики системы охлаждения и конструкции, позволяющие обеспечить заданный (нормальный) тепловой режим. Дальнейшим шагом в повышении эффективности теплового проектирования является переход к задачам оптимизации с использованием специальных тепловых критериев, направленных на получение оптимальных тепловых характеристик устройств и комплексов РЭС. Поэтому наиболее эффективным является организация, построение и осуществление процесса оптимального многоэтапного теплового проектирования РЭС, охватывающего все этапы разработки конструкций, что требует создания и формирования комплекса методов и средств его реализации и поддержки.

Таким образом, актуальность темы диссертации определяется важностью и необходимостью разработки и практической реализации соответствующих моделей, алгоритмов и методик прогнозирования, оценки, обеспечения и оптимизации тепловых характеристик, применимых на различных этапах проектирования конструкций РЭС.

Работа выполнена в рамках одного из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства и системы передачи, приема, обработки и защиты информации», а также ГБ НИР 2010.17 «Методы исследования и повышения надежности и качества при проектировании радиоэлектронных устройств и систем» и ГБ НИР 2013.17 «Исследование и разработка методов оптимального проектирования устройств и комплексов радиоэлектронных средств».

Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка комплекса моделей и методик постановки и решения задач прогнозирования, обеспечения и оптимизации тепловых характеристик на различных этапах проектирования конструкций РЭС.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- осуществить анализ задач, методов и средств моделирования и обеспечения тепловых режимов, решаемых в процессе теплового проектирования конструкций РЭС, и определить пути повышения его эффективности на базе прогнозирования и оптимизации тепловых характеристик и основных положений конструктивно-теплового синтеза;

- разработать и обосновать структуру процесса оптимального теплового проектирования РЭС и состав требуемых проектных процедур, а также математического обеспечения, позволяющего решать задачи прогнозирования и оптимизации тепловых характеристик на различных этапах конструкторского проектирования РЭС;

- разработать методику формирования и выбора тепловых критериев оптимальности и осуществить математическую постановку основных оптимизационных задач теплового проектирования конструкций и их систем охлаждения с учетом конструктивной иерархии и этапа проектирования РЭС;

- сформировать комплекс соответствующих тепловых и математических моделей процессов теплопередачи в системах охлаждения и конструкциях, обеспечивающих решение задач прогнозирования и оптимизации тепловых характеристик разных типов конструкций РЭС и на различных этапах проектирования;

- предложить методику формирования функциональных моделей систем охлаждения и процессов теплопередачи в конструкциях, применимых для основных конструктивных исполнений современных РЭС и позволяющих решать задачи оптимизации тепловых характеристик, в том числе и с применением известных методов математического программирования;

- разработать комплексные методики выбора основного вида теплопередачи и типа системы охлаждения, а также прогнозирования и оценки возможности обеспечения тепловых характеристик на начальных этапах конструкторского проектирования РЭС;

- осуществить создание и практическое применение методик и рекомендаций, основанных на предложенных моделях и задачах оптимального теплового проектирования конструкций РЭС.

Методы исследования. При выполнении работы использованы основные положения и методы теории теплопроводности и теплообмена, дискретной математики, математического моделирования, оптимизации и математического программирования.

Научная новизна результатов исследования. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

структурная схема процесса оптимального теплового проектирования РЭС, включающая все основные задачи синтеза и оптимизации и необходимые для его реализации проектные процедуры, а также структура и состав математического обеспечения, отличающиеся возможностью решать задачи прогнозирования, обеспечения и оптимизации тепловых характеристик на различных этапах конструкторского проектирования РЭС;

методика выбора и применения тепловых критериев оптимальности, отличающаяся учетом конструктивной иерархии и этапа проектирования РЭС и обеспечи-

б

вающая математическую постановку основных задач оптимизации тепловых характеристик конструкций и их систем охлаждения;

методика прогнозирования и оценки возможности обеспечения тепловых характеристик на начальных этапах конструкторского проектирования РЭС, отличающаяся выбором ограниченного числа рекомендованных тепловых моделей конструкций, комплексным характером при выборе рационального типа системы охлаждения и базирующаяся на применении аналитических моделей температурных полей и процессов теплообмена;

функциональные модели систем теплоотвода в конструкциях РЭС и методика их построения, отличающиеся применением графов теплопередачи и специальных матриц теплообмена, учитывающих различные механизмы и пути распространения тепловых потоков, универсальностью и возможностью проводить оптимизацию структуры и параметров процесса отвода тепла в устройствах разного конструктивного исполнения путем анализа потенциальных тепловых проводимостей между выделенными частями (дуг графа);

оптимизационные модели, позволяющие осуществить постановку и.решение ряда типовых задач оптимизации тепловых характеристик РЭС на базе различных критериев при проектировании систем охлаждения и выполнении компоновки конструкций с использованием известных методов математического программирования.

Практическая значимость работы. Применение разработанных методик, моделей и средств обеспечивает повышение эффективности теплового проектирования РЭС, решить ряд практически значимых задач поиска и принятия наиболее рациональных мер по обеспечению и оптимизации тепловых характеристик конструкций РЭС различных типов, сократить сроки проектных работ.

Внедрение результатов работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы в форме методик прогнозирования, обеспечения и оптимизация тепловых характеристик радиоэлектронных устройств внедрены на двух предприятиях: ОАО «Концерн «Созвездие» (г. Воронеж) и ОАО «Электросигнал»

(г. Воронеж), что позволило сократить время конструкторского проектирования

7

РЭС, повысить качество проектных решений в области обеспечения тепловых режимов. Также результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по дисциплине «Информационные технологии в проектировании радиоэлектронных средств» (курсовое проектирование и лабораторный практикум) направления подготовки магистров 211000.68 «Конструирование и технология электронных средств», магистерская программа «Автоматизированное проектирование и технология радиоэлектронных средств специального назначения».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Международная конференция «Системные проблемы надежности, качества информационных и электронных технологий» (Сочи, 2010-2011); Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2013); Международный симпозиум «Надежность и качество», (г. Пенза, 2011-2013); ежегодные научно-технические конференции ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет» и научно-методические семинары кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры (2010-2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 учебно-методическая разработка.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: способы оценки тепловых режимов на этапе функционального проектирования РЭС; оценка возможностей применения средств численного моделирования для решения задач на различных этапах конструкторского проектирования РЭС; построение и выбор математического и методического обеспечения прогнозирования тепловых характеристик с учетом комплексного подхода к выбору способа охлаждения; описание графовых моделей систем охлаждения специальными матрицами теплообмена; формирование и выбор тепловых критериев

оптимальности; методика формирования структурно-функциональных моделей систем охлаждения; методическое обеспечение для решения ряда задач оптимального теплового проектирования конструкций РЭС.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 4 наименований, и 3 приложении. Основная часть работы изложена на 108 страницах, содержит 35 рисунков и 10 таблиц.

В первой главе проведен анализ построения, особенностей реализации процесса теплового проектирования РЭС, применяемых подходов, методов, моделей, средств автоматизации, также рассмотрению задач обеспечения, прогнозирования и оптимизации тепловых режимов в процессе разработки конструкций, используемых при этом тепловых характеристик.

Показано, что перспективным подходом является переход от задач «моделирование - анализ - изменение параметров и структуры» к решению задач обеспечения теплового режима РЭС как к задачам структурного и параметрического синтеза, когда в качестве результата получаем значении параметров и характеристики системы охлаждения и конструкции, позволяющие обеспечить заданный (нормальный) тепловой режим. Дальнейшим шагом в повышении эффективности теплового проектирования РЭС является переход к задачам оптимизации и параметрического синтеза, направленного на получение оптимальных тепловых характеристик устройств и комплексов РЭС или оптимальных конструктивных параметров при обеспечении заданного теплового режима.

Проанализировано и выбрано базовое математическое обеспечение, которое включает в себя математические модели тепловых процессов (температурные поля, теплопередача, теплообмен и т. д.), методы решения теплофизических задач, методики моделирования и анализа тепловых характеристик конструкции РЭС. Рассмотрена возможность применения для моделирования современных специализированных программных комплексов.

Сформулирован перечень основных оптимизационных задач, решаемых в процессе теплового проектирования РЭС на базе методов конструктивно-теплового синтеза.

По результатам анализа рассмотрены основные пути повышения эффективности теплового проектирования конструкций РЭС, а также сформулирована цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена формированию структуры, набора основных задачи и математического обеспечения процесса оптимального теплового проектирования радиоэлектронных средств.

Постановка и решение задач теплового проектирования как задач структурного и параметрического синтеза (в том числе и оптимального) основывается на применении концепции конструктивно-теплового синтеза, который базируется на комплексном совместном использовании методик решения вопросов анализа, обеспечения, оптимизации тепловых характеристик путем выбора параметров конструкций, систем охлаждения, теплоотводящих устройств и режимов функционирования РЭС и их систем теплоотвода. При этом задачи обеспечения тепловых режимов стараются формулировать в виде задач синтеза, решение которых позволяет получить конструктивные и режимные параметры, обеспечивающие заданные или оптимальные тепловые характеристики. Такой подход и выбран в качестве базового в данной работе. Рассмотрены детально задачи оптимального теплового проектирования, относящиеся к задачам синтеза и оптимизации.

Рассмотрим задачи оптимального теплового проектирования, относящиеся к задачам синтеза и оптимизации. Предложена структура процесса оптимального теплового проектирования РЭС и состав требуемых проектных процедур, а также разработаны структура и состав математического обеспечения, позволяющего решать задачи прогнозирования и оптимизации тепловых характеристик на различных этапах конструкторского проектирования РЭС.

Предложена методика формирования и выбора тепловых критериев оптимальности, позволяющих осуществить математическую постановку основных оптимиза-

ционных задач теплового проектирования конструкций и их систем охлаждения с учетом конструктивной иерархии и этапа проектирования РЭС.

Предложена методика выбора и применения тепловых моделей типовых конструкций РЭС, допускающих применение аналитических математических моделей температурных полей и процессов теплопередачи в системах охлаждения и конструкциях, обеспечивающих математическую постановку и решение задач прогнозирования и оптимизации тепловых характеристик, на различных этапах проектирования.

Разработана методика формирования функциональных моделей систем охлаждения и процессов теплоотвода в конструкциях на основе графов теплопередачи, описание которых осуществляется в виде специальных матриц эффективного теплообмена, применимая для анализа и оптимизации тепловых процессов для основных конструктивных исполнений современных РЭС.

В третьей главе рассмотрено построение методик прогнозирования тепловых характеристик на начальных этапах конструкторского проектирования РЭС, выбора основного вида теплопередачи и типа системы охлаждения, оценки возможности обеспечения тепловых характеристик конструкций, а также задачи и методики оптимизации тепловых характеристик в процессе конструкторского проектирования РЭС.

Показано, что целью прогнозирования является оценка тепловых характеристик проектируемого изделия уже на ранних этапах и возможности их обеспечения в заданных условиях эксплуатации, при реализации устройства в предполагаемом типе конструкции, при выполнении конструктивных, функциональных, энергетических и экономических ограничений. Для этого на первом этапе необходимо выбрать тип СО из множества используемых, что, в свою очередь, требует выбора базового (основного) способа теплоотвода (способа охлаждения). Далее определяется конкретный тип СО, основанной на этом способе и использующей определенный теплоноситель: (воздух, жидкость) и/или кондуктивную передачу тепловой энергии за счет теплопроводности в твердых телах.

На основе такого выбора осуществляется непосредственное прогнозирование тепловых характеристик РЭС, для чего используются различные тепловые модели конструкций, математические модели температурных полей и процессов теплоотдачи, что требует обоснованного их выбора с учетом полноты и детальности имеющихся исходных данных (эксплуатационных, конструкторских, функциональных и т.д.).

Проведенный анализ и обобщения задач, методов и средств рассматриваемого этапа теплового проектирования позволил предложить комплексную методику прогнозирования и оценки тепловых характеристик РЭС, имеющую интегрированный характер и позволяющую адаптироваться к различным формам постановки задач и набора исходным данных.

Разработаны методики выбора необходимого типа системы охлаждения РЭС и прогнозирования тепловых характеристик и оценки возможности их обеспечения на начальных этапах конструкторского проектирования.

Рассмотрено решение задач оценка эффективности структуры и параметрической оптимизации системы теплоотвода в конструкциях РЭС, а также оптимальной компоновки конструкций (стоек, блоков, модулей) по тепловым критериям.

Сформированы оптимизационные модели тепловых процессов в системах охлаждения и конструкциях и осуществлена постановка ряда соответствующих задач, позволяющие проводить оптимизацию тепловых характеристик при проектировании РЭС, в том числе и с применением известных задач и методов математического программирования.

Четвертая глава посвящена реализации и практическому применению методик прогнозирования, обеспечения и оптимизации тепловых характеристик при конструкторском проектировании РЭС на основе формирования комплексной методики и средств прогнозирования, обеспечения и оптимизации тепловых характеристик конструкций РЭС, а также оценке эффективности применения разработанных методик при тепловом проектировании конструкций РЭС.

На основе предложенных частных методик, моделей и алгоритмов разработана

общая комплексная методика, позволяющая решать основные задачи в процессе оп-

12

тимального теплового проектирования, а также созданы поддерживающие ее применение автоматизированные средства.

Осуществлено практическое использование методик и рекомендаций, основанных на предложенных моделях и задачах оптимального теплового проектирования, при разработке систем охлаждения и конструкций с эффективным теплоотво-дом в процессе теплового проектирования РЭС. Результаты работы внедрены на ОАО «Концерн «Созвездие» (г. Воронеж) и ОАО «Электросигнал» (г. Воронеж) и в учебный процесс Воронежского государственного технического университета, их применение позволяет сократить время проектирования, повысить качество проектных решений в области обеспечения тепловых режимов и надежность создаваемых РЭС.

В заключении приводятся основные результаты работы.

1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭС НА БАЗЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ, ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

1.1 Задачи обеспечения и оптимизации тепловых режимов в процессе разработки конструкций современных РЭС

Под радиоэлектронными средствами понимаются изделия, в основу которых заложены принципы радиотехники и электроники. Современные РЭС являются весьма сложными с точки зрения структурной, функциональной и конструктивной соответственно. Они делятся на следующие конструктивно-функциональные уровни иерархии /1-3/:

- радиоэлектронные системы, объединяющее в своем составе комплексы и устройства, находящиеся в функциональном взаимодействии между собой;

- устройства - функционально законченная сборочная единица, выполненная на несущей конструкции;

- функциональный узел - функционально законченная сборочная единица, не имеющая самостоятельного эксплуатационного применения. Более подробная типовая иерархическая структура конструкций РЭС представлена на рисунке 1.1 /3/.

Соответственно процесс проектирования РЭС, как сложной технической системы, является структурно неоднородным, многоэтапным, разделяемым на ряд аспектов (функциональный, конструкторский, технологический) и иерархический уровней и задач проектирования /1-17/.

Обязательной составной частью процесса проектирования современных РЭС является тепловое проектирование, направленное на решение вопросов обеспечения нормального теплового режима, которое должно охватывать различные этапы как конструкторского, так функционального (схемотехнического) проектирования /2-4, 6-8, 18-40/.

Рис. 1.1. Уровни конструктивной иерархии РЭС: 1 - компоненты (элементная база); 2 - модули (функциональные узлы); 3 - блоки; 4 - стойки (шкафы); 5 - аппаратный комплекс.

Тепловой режим характеризуется температурным полем /2, 3/, наиболее часто используются значения температур в характерных областях конструкции /2-4, 24-27/: нагретая зона, где находятся тепловыделяющие узлы и элементы; отдельные особо теплонагруженные и крупногабаритные (мощные транзисторы и ИС на радиаторах, трансформаторы и т.д.) и термокритичные компоненты; воздух внутри корпуса; корпус; радиаторы; потоки теплоносителя на входе, выходе и внутри устройства. Нормальным тепловой режим РЭС является в том случае, когда значения температур Т, или перегревов .9, = 7; - Гс, где Тс температура окружающей среды, в заданных термокритичных областях, не превышают максимального допустимого значения

^П1ах Септах ) '

Т <Т , (1.1)

I шах ' V '

&<& . (1.2)

/ — 11ИХ у '

Значения или относятся в основном к элементной базе и

определяются требованиями к условиям ее работоспособности по справочным материалам.

Тепловой режим РЭС оценивается с помощью различных тепловых характеристик /2-4, 18, 19, 24, 25, 27/, базирующихся на анализе температурных полей конструкций. В качестве основных применяется следующие характеристики /1-4, 18, 19, 24-30, 39/: зависимость перегрева (температуры) от мощности тепловыделения ,9 = /(/*); координатное распределение температуры (одно- и многомерное), з = /(х); 9 = /(х,у);3 = /(х,у,г); зависимость от времени (нестационарный режим) з = /(/); зависимость от скорости теплоносителя ¿> = /00; зависимость от коэффициента теплоотдачи ,9 = /(<*). Аналогично, в конкретном случае, могут быть применены и другие виды тепловых характеристик.

Задачи обеспечения нормального теплового режима РЭС решаются путем проведения многократного анализа (на основе моделирования температурных полей) необходимых тепловых характеристик и изменения соответствующих параметров, характеристик и режимов функционирования выбранной системы охлаждения, конструкции и, если требуется, схемы устройства /2-4, 24, 25, 27/. Такой традиционный подход характеризуется многоэтапностыо, итерационностыо, достаточно большими временными затратами. Применения для моделирования специализированного программного обеспечения (ПО), входящего в состав современных программных комплексов автоматизированного проектирования (АП) (например, МесИашса в составе системы Рго/ЕМОГМЕЕЯ /41, 42/) ускоряет процесс, но не меняет его структуру и требует значительных вычислительных затрат. Перспективным подходом здесь является переход от задач «моделирование - анализ -изменение параметров и структуры» к решению задач обеспечения теплового режима РЭС как к задачам структурного и параметрического синтеза /9, 43-46/, когда в качестве результата получаем значении параметров и характеристики системы охлаждения и конструкции, позволяющие обеспечить заданный (нормальный) тепловой режим /2, 37-39/.

Дальнейшим шагом в повышении эффективности теплового проектирования РЭС является переход к задачам оптимизации и параметрического синтеза, направленного на получение оптимальных тепловых характеристик устройств и комплексов РЭС или оптимальных конструктивных параметров при обеспечении заданного теплового режима: таким образом, задача оптимального теплового проектирования может быть разделена на два основных типа:

1) оптимизация тепловых характеристик (температурных полей) конструкций РЭС по конструктивным и функциональным критериям;

2) оптимизация конструктивных параметров по тепловым критериям /2, 3739, 47-53/.

Решение различных задач теплового проектирования РЭС: моделирование, анализ, обеспечение, оптимизация тепловых характеристик требует соответствующего математического обеспечения (МО), которое включает в себя математические модели тепловых процессов (температурные поля, теплопередача, теплообмен и т. д.), методы решения теплофизических задач, методики моделирования и анализа тепловых характеристик конструкции РЭС /2, 3, 4, 6-8, 10, 11, 13, 18-30, 37-40, 47-51/. Базой для построения соответствующих моделей, алгоритмов, методик анализа, обеспечения и оптимизации тепловых режимов РЭС являются различные методы вычислительной математики (аналитические и численные) /2, 4, 32, 38, 54-61/.

Основная цель теплового проектирования - это решение задачи обеспечения

нормального теплового режима на каждом иерархическом уровне конструкций РЭС

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бобылкин, Игорь Сергеевич, 2014 год

Список литературы

1. Пестряков В.Б. Конструирование РЭС / В.Б. Пестряков, Г.Я. Аболтинь-Аболинь, Б.Г. Гаврилов, В.В. Шерстнев; Под ред. В.Б. Пестрякова. М.: Радио и связь, 1992. 432 с.

2. Дульнев Г.Н. Методы расчета теплового режима приборов, / Г.Н. Дуль-нев, В.Г. Парфенов, A.B. Сигалов М.: Радио и связь, 1990. 312 с.

3. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре / Г.Н. Дульнев М.: Высш. шк., 1984. 247 с.

4. Варламова Р.Г. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования /Под ред. Р.Г.Варламова. М.: Сов. радио, 1980. 480 с.

5. Алексеев О.В. Автоматизация проектирования РЭС / О.В. Алексеев, A.A. Головков, И.Ю. Пивоваров и др.; Под ред. О.В. Алексеева. М.: Высш. шк., 2000. 479 с.

6. Савельев А .Я. Конструирование ЭВМ и систем / А.Я. Савельев, В.А. Овчинников. М.: Высш. шк., 1986. 360 с.

7. Верхопятнинский П.Д. Справочник по модульному конструированию радиоэлектронной аппаратуры / П.Д. Верхопятнинский, B.C. Латинский. Л.: Судостроение, 1983. 232 с.

8. Меткин Н.П. Автоматизация проектирования и производства микросборок и электронных модулей / Н.П. Меткин, М.С. Лапин, Б.Н. Деньдобренко, И.А. Доморацкий: Под. ред. Н.П. Меткина. М.:Радио и связь. 1986. 280 с.

9. Авдеев Е.В. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике: Справочник / Е.В. Авдеев, А.Т. Еремин, И.П. Норенков, М.И. Песков; Под ред. И.П. Норенкова. М.: Радио и связь, 1986. 386 с.

10. Алексеев Г.В. Конструирование и расчет больших гибридных интегральных схем, микросборок и аппаратуры на их основе / Г.В. Алексеев, В.Ф. Борисов, Т.Л. Воробьева и др.; Под ред. Б.Ф. Высоцкого. М.: Радио и связь, 1981. 216 с.

11. Гель П.П. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры / П.П. Гель, Н.К. Иванов-Есипович. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 536 с.

12. Билибин К.И. Конструкторско - технологическое проектирование электронной аппаратуры / К.И. Билибин, А.И. Власов, J1.B. Журавлева и др. Под общ. Ред. В.А. Шахнова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 528 с.

13. Овсищер П.И. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры / П.И. Овсищер, И.И. Лившиц, А.К. Орчинский и др.; Под ред. Б.Ф. Высоцкого, В.Б. Пестрякова, O.A. Пятлина. М.: Радио и связь, 1982. 208 с.

14. Готра ЗЛО. Сквозное автоматизированное проектирование микроэлектронной аппаратуры / З.Ю. Готра, В.В. Григорьев, Л.М. Смеркло, В.М. Эйдельнант. М.: Радио и связь, 1989, 280 с.

15. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств / А.П. Ненашев. М.: Высш. шк., 1990. 432 с.

16. Пронин Е.Г., Проектирование технических средств ЭВА. / Е.Г. Пронин B.C. Шохат М.: Радио и связь, 1986. 192 с.

17. Яшин A.A. Конструирование микроблоков с общей герметизацией. / A.A. Яшин М.: Радио и связь, 1985. 100 с.

18. Резников Г.В. Расчет и конструирование систем охлаждения ЭВМ. / Г.В. Резников М.: Радио и связь, 1988. 224 с.

19. Аметистов Е.В. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев, Б.Т. Емцев и др.; Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.

20. Кофанов Ю.Н. Моделирование тепловых процессов при проектировании, испытаниях и контроле качества радиоэлектронных средств / Ю.Н. Кофанов, А.И. Манюхпн, С.У. Уваров. М.: Радио и связь, 1998. 139 с.

21. Гольдин В.В. Исследование тепловых характеристик РЭС методом математическим моделирования / В.В. Гольдин, В.Г. Журавский и др.; Под ред. A.B. Сарафанова. М.: Радио и связь, 2003. 456 с.

22. Сарафанов A.B. Основные направления развития программного комплекса для моделирования тепловых режимов работы радиоэлектронной аппаратуры ТРИАНА /A.B. Сарафанов, М.В. Тюкачев, В.И. Коваленок, C.B. Работин // EDA Express. 2004. №9. С. 21-23.

23. Шалумов A.C. Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий. Т. 1. / A.C. Шалумов, Н.В. Малютин, Ю.Н. Кофанов и др.; Под ред. Ю.Н. Кофанова, Н.В. Малютина, A.C. Шалумова. М.: Энергоатомиздат, 2007. 368 с.

24. Дульнев Г.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры / Г.Н. Дуль-нев, H.H. Тарновский. JT.: Энергия, 1971. 248 с.

25. Дульнев Т.Н. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах / Т.Н. Дульнев, Э.М. Семяшкин. Л.: Энергия, 1968. 360 с.

26. Закс Д.Н. Параметры теплового режима полупроводниковых микросхем / Д.Н. Закс. М.: Радио и связь, 1983, 128 с.

27. Роткоп Л.Л. Обеспечения теплового режима при конструирование РЭА / Л.Л.Роткоп, Ю.Е. Спокойный. М.: Совр. радио, 1976. 232 с.

28. Коваль В.А. Автоматизация теплового проектирования микроэлектронных устройств средствами САПР / В.А. Коваль, Д.В. Федосюк, В.В. Мас-лов, В.Ф. Тарновский; Под. ред. В.А. Коваля. Львов: Выща шк., 1988. 256 с.

29. Захаров А.Л. Расчет тепловых параметров полупроводников приборов / А.Л. Захаров, Е.А. Асвадурова. М.: Радио и связь, 1983. 184 с.

30. Черныщев A.A. Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники / A.A. Черныщев, В.И. Иванов, А.И. Аксенов, Д.Н. Глушкова. М.: Энергия, 1980.216 с.

31. Кофанов Ю.Н. Подсистема анализа и обеспечения тепловых характеристик радиоэлектронной аппаратуры «АСОНИКА» / Ю.Н. Кофанов, Ю.В. Потапов, A.B. Сарафанов // EDA Express. 2002. № 4. С. 17-20.

32. Дульнев Т.Н. Методы решения на ЭВМ задач теплообмена / Т.Н. Дулнев, В.Г Парфенов, A.B. Сигалов. М.: Высш. шк. 1989.

33. Кофанов Ю.Н. Автоматизация проектирования и моделирования печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры / Ю.Н. Кофанов, Н.В. Малютин, A.B. Са-рафафанов и др. М.: Радио и связь, 2000. 389 с.

34. Сарафанов A.B. Исследование тепловых процессов РЭА методом математического моделирования / A.B. Сарафанов // EDA Express. 2002. № 6. С. 7-10.

105

35. Мельниченко A.B. Моделирование температурного режима компонентов / A.B. Мельниченко // Электронные компоненты и системы. 2005. № 6. С. 52-53.

36. Жаднов В.В. Управление качеством при проектировании теплонагру-женных радиоэлектронных средств / В.В. Жаднов, A.B. Сарафанов. - М.: COJTOH-Пресс, 2004. 464 с.

37. Муратов A.B. Автоматизированное теплофизическое проектирование микроэлектронных устройств: / A.B. Муратов, О.Ю. Макаров Учеб. пособ. Воронеж: ВГТУ, 1997. 92 с.

38. Макаров О.Ю. Сквозное тепловое проектирование в интегрированных САПР микроэлектронных устройств / О.Ю. Макаров. Под ред. A.B. Муратова. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1999. 151с.

39. Шуваев В.А. Методы обеспечения тепловых режимов при проектировании радиоэлектронных средств / В.А. Шуваев, A.B. Муратов, О.Ю. Макаров. Воронеж: ВГТУ, 2008. 147 с.

40. Дульнев Г.Н. Поэтапное моделирование теплового режима сложных систем / Г.Н. Дульнев, A.B. Сигалов // Инженерно-физический журнал. 1984. Т. 46, №4. С. 659-667.

41. Грэхам Г. Pro/Engineer 2001 / Г. Грэхам, Д. Стенффен. М.: Изд-во «Лори», 2003. 363 с.

42. Бобылкин И.С. Применение программного комплекса PRO| ENGINEER MECHANICA для моделирования механических воздействий на радиоэлектронные модули / И.С Бобылкин, И.А. Лозовой, О.Ю. Макаров, С.Ю. Сизов, A.B. Турецкий // Вестник ВГТУ. 2010. Т. 6. № 6. С.34-36.

43. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования / И.П. Норенков Учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 360 с.

44. Норенков И.П. Основы теории и проектирования САПР. / И.П. Норенков, В.Б. Маничев М.: Высш. шк., 1990.- 335 с.

45. Батищев Д.И. Оптимизация в САПР. / Д.И. Батищев, Я.Е. Львович, В.Н.Фролов Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 1997. 416 с.

46. Реклейтис Г. Оптимизация в технике / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгедел: Пер. с англ. В 2 кн. М.: Мир, 1986.

47. Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования САПР. / В.М. Курейчик. М.: Радио и связь, 1990. 352 с.

48. Дульнев Г.Н. Размещение теплонагруженных элементов в радиоэлектронном устройстве/ Г.Н. Дульнев, А.О. Сергеев. // Инженерно- физический журнал. 1987. Т.52, N 3. С. 491-495.

49. Макаров О.Ю. Выбор тепловых критериев для формирования оптимизационных моделей конструкторского проектирования МЭУ/ О.Ю. Макаров, О.В. Савинков // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. Ч. 1. Воронеж: ВГТУ, 1996. С. 159-166.

50. Муратов A.B. Алгоритм парных перестановок для решения задач оптимизации компоновки и размещения элементов РЭС / A.B. Муратов, О.Ю. Макаров, B.C. Скоробогатов, М.В. Скоробогатов. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2001. 124 с.

51. Самойленко Н.Э. Методы нелинейного программирования в задачах проектирования РЭС / Н.Э. Самойленко, О.Ю. Макаров. Воронеж: ВГТУ, 2005. 91 с.

52. Макаров О.Ю. Оптимизация тепловых характеристик при проектирование конструкций радиоэлектронных средств./ О.Ю. Макаров, И.С. Бобылкин // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество 2013». Пенза, 2013.

53. Бобылкин И.С. Критерии оптимальности тепловых режимов на этапах функционального и конструкторского проектирования РЭС. / И.С. Бобылкин, О.Ю. Макаров. // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. ред.: А.И.Громыко, А.В.Сарафанов. Красноярск: ИПК СФУ, 2013, с. 60-62.

54. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров: / Г. Корн, Т. Корн Пер. с англ. М.: Наука, 1977. 832 с.

55. Лыков A.B. Теория теплопроводности. / A.B. Лыков. М.: Высш. шк., 1967. 328 с.

56. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности

твердых тел / Э.М. Карташов . М.: Высщ.шк. 1985. 480 с.

107

57. Беляев Н.М. Методы теории теплопроводности / Н.М. Беляев, A.A. Рядно. М.: Высш. шк., 1982. 327 с.

58. Карслоу Г. Теплопроводимость твердых тел / Г. Карслоу, Д. Егер. М.: Наука, 1964. 487 с.

59. Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена / Д. Ши. М.: Мир, 1988. 544 с.

60. Самарский A.A. Теория разностных схем / A.A. Самарский. М.: Наука, 1983.656 с.

61. Марчук Т.Н. Методы вычислительной математики / Т.Н. Марчук. М.: Наука, 1987.456 с.

62. Бобылкин И.С. Методы оценки и прогноза тепловых характеристик блоков РЭС. / И.С. Бобылкин // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество 2011». Пенза, 2011. - С. 34-35.

63. Макаров О.Ю. Методы оценки и прогнозирования тепловых характеристик блоков РЭС. / О.Ю. Макаров, И.С. Бобылкин // (Иноватика 2010) Матер. Межд. конф. и Рос. науч. шк. Ч. 4. М: Энергоатомиздат, 2010. С. 153-157.

64. Макаров О.Ю. Бобылкин И.С. Модели и методы оценки и обеспечения тепловых режимов на этапе функционального проектирования радиоэлектронных устройств. / О.Ю. Макаров, И.С. Бобылкин. // Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (Инноватика-2009): Матер. Межд. конф. и Рос. науч. шк. Ч. 4. М: Энергоатомиздат, 2009. С. 34-41.

65. Бобылкин И.С. Структура, основные задачи и математическое обеспечение процесса оптимального теплового проектирование радиоэлектронных средств / И.С. Бобылкин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013. Т.9. № 6-2. С.81-84.

66. Бобылкин И.С. Основные способы охлаждения при оптимизации тепло-

V

вого режима РЭС в узлах и блоков. / И.С. Бобылкин, О.Ю. Макаров, В.В. Бародин // Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных тех-

пологий в инновационных проектах (Иноватика 2011) Матер. Межд. конф. и Рос. науч. шк. Ч. 4. М: Энергоатомиздат, 2011. С.239-245.

67. Шуваев В.А. Основные задачи и математическое обеспечение процесса конструктивно-теплового синтеза при проектировании радиоэлектронных средств / В.А. Шуваев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. Т. 4. №4. С. 12-15.

68. Кристофидес Н. Теория графов / Н. Кристофидес. М.: Мир, 1978. 432 с.

69. Фаллинс Д. Методы анализа сетей. / Д. Фаллинс, А. Гарсиа-Диас М.: Мир, 1984.496 с.

70. Бобылкин И.С. Основные методики решения задач оптимального теплового проектирования конструкций радиоэлектронных средств / И.С. Бобылкин, О.Ю. Макаров, В.А. Шуваев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2014. Т. 10. № 2.

71. Бобылкин И.С. Анализ и оптимизация систем охлаждения в конструкциях радиоэлектронных средства с применением графовых моделей процессов тепло-отвода / И.С. Бобылкин, О.Ю. Макаров, В.А. Шуваев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013. Т.9. № 6-2. С. 81-84.

72. Макаров О.Ю. Математические модели процессов теплопередачи в РЭС на основе графов / О.Ю. Макаров, A.B. Муратов, В.А. Шуваев, О.Ю. Макаров, A.B. // Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах (Инноватика-2007): Матер. Межд. конф. и Рос. науч. шк. Ч. 2. Т. 3. М: Энергоатомиздат, 2007. С. 337.

73. Степанов Н.В. Практический курс пользователя Pro/Engineer 2000i / H.B. Степанов, A.A. Голованов / Под общ. Ред. Д.Г. Красковского. М.: Компьютер Пресс, 2001.271 с.

74. Степанов Н.В. Проектирование в Pro/Engineer 2001 / H.B. Степанов. М.: Компьютер Пресс, 2002. 320 с.

75. Каплун А.Б. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство / А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева. М.: Едиториал УРСС 2004. 269 с.

76. Каталина H.H. Универсальная программа расчётов конструкций методом конечных элементов «Зенит-95» / H.H. Катилина, С.В. Курков, С.М. Сметана, Е.А. Соловьёв // Современное машиностроение. 2005. № 1.

77. Рычков С. П. MSC.visual NASTRAN для Windows / С.П. Рычков. М: НТ-пресс, 2004. 552 с.

78. Басов К.А. ANSYS. Справочник пользователя / К.А. Басов. М.:ДМК Пресс, 2005. 640 с.

79. Деньдобренько Б.Н. Автоматизация конструирования РЭА / Б.Н Деньдоб-ренько, A.C. Малика. М.: Высш. шк, 1980. 384 с.

80. Макаров О.Ю. Модели и методы оценки и обеспечения тепловых режимов при схемотехническом проектировании радиоэлектронных устройств / О.Ю. Макаров, В.В. Бородин // Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2004. С. 252-257.

81. Бородин В.В. Задачи анализа и обеспечения тепловых режимов на этапах функционального проектирования РЭС / В.В. Бородин, О.Ю. Макаров, В.А. Шуваев // Системные проблемы надёжности, качества, информационно - телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах (Инноватика-2010): Матер. Межд. конф. и Рос. науч. шк. Ч. 2. М.: Энергоатомиздат, 2010. С. 177-182.

82. Муратов A.B. Комплексная тепловая модель конструкций РЭС / О.Ю. Макаров, В.А. Шуваев // Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах: Матер. Межд. конф. и Рос. науч. шк. Ч. 4. Т. 1. М.: Радио и связь, 2006. С. 112-115.

83. Макаров О.Ю. Формирование комплексной тепловой модели конструкций РЭС / Муратов A.B., Шуваев ВА. // Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2006. С. 22-25.

84. Ерофеев B.JI. Теплотехника / B.JI. Ерофеев, В.П. Семенов, A.C. Пряхин. М.: Академкнига, 2008. 488 с.

85. Ильин В.II. Автоматизация схемотехнического проектирования / В.Н. Ильин, В.Т. Фролкин, А.И. Бутко и др.; Под ред. В.Н. Ильина. М.: Радио и связь, 1987. 368 с.

86. Никитин В.И. Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов / В.И. Никитин, Б.К. Петров, В.Ф. Сыноров и др. М. :Радио и связь, 1989. 144 с.