Разработка методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Макеев Павел Алексеевич

• Макеев Павел Алексеевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Макеев Павел Алексеевич

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

1.1. Анализ состояния, тенденции и задачи автоматизированного проектирования печатных плат электронных средств

1.2. Системы автоматизированного проектирования печатных плат электронных средств

1.3. Основные результаты современных исследований по задаче автоматизированного размещения элементов на печатных платах

1.4. Постановка задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате

Выводы по главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА ГИБКО-ЖЕСТКОЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ ЭЛЕКТРОННОГО СРЕДСТВА

2.1. Выбор и обоснование критериев для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате

2.2 Разработка двухуровневого генетического алгоритма для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате

2.3. Свертка критериев при решении задачи размещения элементов на гибко -жесткой печатной плате

Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА ГИБКО-ЖЕСТКОЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ ЭЛЕКТРОННОГО СРЕДСТВА С УЧЕТОМ ТЕПЛОВОЙ И

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ НА ОСНОВЕ ДВУХУРОВНЕВОГО ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА

3.1. Технология автоматизированного проектирования печатных плат

3.2. Методика автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма

3.3. Программная реализация методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА ГИБКО-ЖЕСТКОЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ ЭЛЕКТРОННОГО СРЕДСТВА С УЧЕТОМ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ НА ОСНОВЕ

ДВУХУРОВНЕВОГО ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА

4.1. Практический пример 1. Устройство ввода и обработки данных

4.2. Практический пример 2. Устройство вычислительное

4.3. Практический пример 3. Устройство интерфейсное

4.4. Практический пример 4. Серверная материнская плата

4.5. Обобщение практических примеров

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение №1. Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ и БД

Приложение №2. Акты о внедрение результатов работы

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

БДАРЭ - база данных для автоматизированного размещения элементов

ГА - генетический алгоритм

ГЖПП - гибко-жесткая печатная плата

ГПП - гибкая печатная плата

ДПП - двухсторонняя печатная плата

МПП - многослойная печатная плата

ОПП - односторонняя печатная плата

ПП - печатная плата

САПР - система автоматизированного проектирования

СБИС - сверхбольшая интегральная схема

ТС - тепловая совместимость

ЭВМ - электронная вычислительная машина

ЭМС - электромагнитная совместимость

ЭС - электронное средство

CAD - computer-aided design

CAE - computer-aided engineering

CAM - computer-aided manufacturing

ECAD - electronic computer-aided design

MCAD - mechanical computer-aided design

SAS - serial attached small computer system interface

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства»

ВВЕДЕНИЕ

На данный момент научно-технический прогресса все больше зависит от направления «Информатика и вычислительная техника». Практически каждая область современной техники так или иначе подвергается автоматизации за счет применения информационных технологий. В свою очередь информатика как дисциплина определяет качество современных информационных технологий и позволяет решать задачи в различных областях науки и техники.

Системы автоматизированного проектирования являются одним из разделов информатики как прикладной науки. Благодаря применению систем автоматизированного проектирования происходит повышение качества выполняемых работ, уменьшаются их временные затраты, что приводит к уменьшению себестоимости, а в вместе с тем способствует повышению производительности труда инженеров. С использованием систем автоматизированного проектирования выполняется полный цикл проектирования начиная от постановки исходной задачи и заканчивая выпуском полной конструкторской документации необходимой для изготовления изделия. Ввиду постоянного совершенствования технологических норм, а также увеличению вычислительной мощности современных автоматизированных рабочих станций происходит непрерывное развитие и систем автоматизированного проектирования.

Существенный вклад в развитие современных систем автоматизированного проектирования печатных плат внесли такие ученые как: Брагин Д. М., Зудин С. В., Ирбенек В. С., Квинт И. Э., Кокотов В.З., Корячко В.П., Новиков И. С., Норенков И. П., Чермошенцев С. Ф. и многие другие.

Тенденции развития современных электронных средств направлены на уменьшение габаритных размеров изделий и повышение их производительности, за счет повышения тактовых частот и мощности электропотребления применяемых микросхем. Это приводит к необходимости изготовления печатных плат с повышенной плотностью, гибких печатных плат и гибко-жестких печатных плат. Однако увеличение плотности компоновки элементов и повышение

быстродействия изделий неминуемо ведет к возникновению проблем, связанных с тепловой и электромагнитной совместимостью.

Проблемы, связанные с тепловой совместимостью, прежде всего вызваны близким расположением высоконагруженных микросхем, выделяющих большое количество тепла в процессе функционирования. Также малые габариты электронных изделий не позволяют размещать дополнительные системы охлаждения, что еще более осложняет задачу, связанную с отводом лишнего тепловыделения.

Уменьшение габаритных размеров изделия приводит к близкому взаимному расположению силовых, высокоскоростных и аналоговых элементов. Взаимное влияние которых приводит к возникновению проблем, связанных с электромагнитной совместимостью печатных плат, а, именно: кондуктивные помехи, перекрестные помехи, отражения сигналов, помехи по цепям питания.

Игнорирование проблем, связанных с тепловой и электромагнитной совместимостью, приводят к сбою при функционировании или полному выходу из строя электронного средства.

Для устранения проблем, связанных с тепловой и электромагнитной совместимостью, появляется необходимость в создании специализированных инструментов, позволяющих решать их наиболее эффективно. Такими инструментами могут быть модули автоматизированной компоновки элементов по печатным платам, автоматизированного размещения элементов на печатной плате, а также автоматизированная трассировка межсоединений. Данные задачи относятся к числу КР-трудных и КР-полных, что приводит к значительным временным затратам при решение их методом полного перебора. Поэтому для решения данных задач необходимо применение специализированных методов при разработке подобных решений.

Одним из вариантов является применение бионических методов оптимизации (генетические, муравьиные, пчелиные и др. алгоритмы). Бионические методы основаны на наблюдении за живой природой, и позволяют получать квазиоптимальные решения за приемлемое время. На основе бионических методов

решается множество оптимизационных задач, среди которых задача коммивояжёра, задача покрытия и другие.

Таким образом, автоматизация проектирования печатных плат с учетом тепловой и электромагнитной совместимости, в частности автоматизированное размещение элементов на гибко-жесткой печатной плате является актуальной и важной задачей.

Цель диссертационной работы заключается в повышении эффективности и качества процедуры двустороннего автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие основные задачи:

1. Разработка методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма.

2. Выбор и обоснование критериев для решения задачи автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате с учетом тепловой и электромагнитной совместимости.

3. Разработка математических моделей и алгоритмов для автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате с учетом тепловой и электромагнитной совместимости.

4. Экспериментальные исследования методики, моделей и алгоритмов для решения задачи автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате с учетом тепловой и электромагнитной совместимости.

Объектом исследования является автоматизированное проектирование гибко-жестких печатных плат электронных средств.

Предметом исследования являются модели, методы, алгоритмы и процедуры автоматизированного размещения элементов.

Методология и методы исследования. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, основываются на положениях теории алгоритмов, теории графов, теории программирования, методах онтологического моделирования, методах автоматизированного проектирования, методах математического и функционального компьютерного моделирования.

Достоверность результатов. Основные положения, полученные в диссертационной работе, подтверждаются теоретическим обоснованием, экспериментальной оценкой эффективности предложенных моделей, методов и средств автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате и результатами внедрения в практику, а также опираются на их совпадение с опубликованными научными результатами других авторов.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработана методика автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма, отличающаяся возможностью двустороннего размещения элементов и учета конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

2. Разработаны математические модели для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату, отличающиеся возможностью двухстороннего размещения элементов и учета конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

3. Сформулированы критерии тепловой и электромагнитной совместимости для решения задачи размещения элементов на гибко -жесткой печатной плате, отличающиеся возможностью учета конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

4. Разработан двухуровневый генетический алгоритм для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате с учетом тепловой и электромагнитной совместимости, отличающийся возможностью поэтапного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату.

5. Разработана процедура автоматизированного размещения суперэлементов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом, отличающаяся возможностью одновременного учета критериев тепловой совместимости и минимума суммарно взвешенной длины, а также конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

6. Разработана процедура автоматизированного размещения элементов внутри суперэлементов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом, отличающаяся возможностью одновременного учета критериев электромагнитной совместимости и минимума суммарно взвешенной длины, а также конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма, отличающаяся возможностью двустороннего размещения элементов и учета конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

2. Математические модели для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату, отличающиеся возможностью двустороннего размещения элементов и учета конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

3. Критерии тепловой и электромагнитной совместимости для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате, отличающиеся возможностью учета конструктивных особенностей гибко -жесткой печатной платы.

4. Двухуровневый генетический алгоритм для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате с учетом тепловой и электромагнитной совместимости, отличающийся возможностью поэтапного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату.

5. Процедура автоматизированного размещения суперэлементов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом,

отличающаяся возможностью одновременного учета критериев тепловой совместимости и минимума суммарно взвешенной длины, а также конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

6. Процедура автоматизированного размещения элементов внутри суперэлементов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом, отличающаяся возможностью одновременного учета критериев электромагнитной совместимости и минимума суммарно взвешенной длины, а также конструктивных особенностей гибко-жесткой печатной платы.

Практическая значимость работы заключается в создании программных процедур, позволяющих применять методику автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате для решения практических задач и проводить экспериментальные исследования разработанных методов и моделей. Результаты вычислительных показали эффективность предложенной методики относительно ручного выполнения данной процедуры.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследования в виде программного и методического обеспечения, приняты к использованию АО «НПО ГИПО», ООО «Элемент-технологии», к внедрению в учебный процесс в «Казанском национальном исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ» и в рамках госзадания по соглашению №07503-2023-032 от 16.01.2023 г. (шифр FZSU-2023-0004).

Апробация. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на следующих конференциях: XXII Туполевские чтения (школа молодых ученых) (г. Казань, 2015), Гагаринские чтения (г. Москва; 2015), Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли (АКТО-2016) (г. Казань, 2016), XXV Международная научно-техническая конференция и школа по фотоэлектронике и приборам ночного видения (г. Москва, 2018), Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли (АКТО-2018) (г. Казань, 2018), XXV Туполевские чтения (школа молодых ученых) (г. Казань, 2021), Комплексная автоматизация проектирования и производства (г. Москва, 2023), Международная научно-техническая конференция студентов,

аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР 2024» (г. Томск, 2024), XXVII Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (SCM'2024) (г. Санкт-Петербург, 2024).

Соответствие паспорту научной специальности. Область диссертационного исследования соответствует паспорту специальности 2.3.7. «Компьютерное моделирование и автоматизация проектирования» по пунктам: 4 - «Разработка принципиально новых и повышение эффективности существующих методов и средств взаимодействия проектировщик - система, включая компьютерные модели и технологии искусственного интеллекта»; 6 - «Разработка компьютерных моделей, алгоритмов, программных комплексов оптимального проектирования технических изделий и процессов».

Публикации. По материалам исследования опубликовано 22 научные работы, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ по специальности 2.3.7, 1 статья в журнале из базы SCOPUS, 13 докладов в материалах научно-технических журналов и материалах конференций. Получено 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ, 1 свидетельство о регистрации базы данных.

Личный вклад автора. В диссертационной работе опубликованы результаты исследований, проведенных автором. Личный вклад автора — это постановка задачи, разработка теоретических и прикладных методов решения задачи исследования. Разработка программного обеспечения. Обработка полученных результатов и формулировка выводов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из: введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 160 страницах, содержит 65 рисунков и 12 таблиц. Библиографический список включает 128 наименований.

Во введении приведены цель работы, обоснование актуальности темы диссертационной работы, основные научные положения, выносимые на защиту, данные о научной новизне и практической ценности, апробации диссертационной работы, реализации и внедрении, а также приведено содержание разделов диссертации.

В первой главе диссертационной работы рассматривается текущее состояние автоматизированного проектирования печатных плат и тенденции их развития. Выявлена необходимость применения гибко-жестких печатных плат при проектировании современных электронных средств. Приведен обзор и сравнительный анализ существующих систем автоматизированного проектирования печатных плат. Рассмотрены результаты современных исследований по теме автоматизированного размещения элементов на печатную плату. Дана формальная постановка задачи двустороннего размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате. Отмечена необходимость в динамическом учете высоты элементов расположенных на различных жестких частях гибко-жесткой печатной платы находящихся напротив друг друга.

Во второй главе рассматриваются критерии качества задачи размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату направленные на обеспечение тепловой и электромагнитной совместимости. Приведена адаптация классического критерия минимума суммарно взвешенной длины межсоединений для задачи двустороннего размещения элементов. Рассмотрены существующие подходы для решения задачи размещения элементов с учетом тепловой и электромагнитной совместимости. Сформулированы критерии равномерного распределения теплонагруженных элементов и электромагнитной совместимости, основанный на минимизации резонансов в полигонах питания печатных плат. Разработан двухуровневый генетический алгоритм, позволяющий производить автоматизированное размещение элементов в два этапа, и введено понятие «суперэлемент». Произведена модификация основных операторов генетического алгоритма. Сформулирована свертка критериев качества с различной размерностью.

В третьей главе рассматривается технология проектирования печатных плат. Выделено место задачи автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату на этапе конструкторского проектирования электронных средств. Разработана методика автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате. Проведены исследования,

направленные на определения весовых коэффициентов методики. Разработана структура базы данных автоматизированного размещения элементов. Произведена программная реализация разработанной методики, позволяющая производить её исследования.

В четвертой главе приведены экспериментальные исследования разработанной методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма. Проведены посттопологические этапы моделирования, подтверждающие качество полученных решений. Сравнительный анализ автоматизированного размещения с ручным вариантом размещения показывает эффективность предлагаемого решения. Приведено обобщение различных практических примеров, реализованных в процессе написания диссертационной работы.

В заключении изложены основные выводы и результаты диссертационной работы.

В приложение приведены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ и БД, а также копии актов внедрения.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

1.1. Анализ состояния, тенденции и задачи автоматизированного проектирования печатных плат электронных средств Проектирование современных устройств, в том числе электронных средств, невозможно без применения специализированных систем автоматизированного проектирования (САПР). Классификация существующих САПР по целевому назначению приведена на рисунке 1.1 [1-5].

Рисунок 1.1 - Классификация САПР

Системы CAD (computer-aided design) включает в себя класс САПР конструкторского проектирования, в том числе MCAD (mechanical CAD) - САПР механических конструкций, ECAD (electronic CAD) - САПР электрических изделий, Architecture CAD - САПР проектирования зданий и т. д. Основным назначением данного класса является выпуск конструкторской документации, а также создание объемных 3D моделей изделий.

Системы CAE (computer-aided engineering) представляют собой класс САПР инженерных расчетов, проведения анализа и моделирования. В рамках данного класса САПР решаются задачи, связанные с прочностными расчетами, расчетами тепловых режимов и электромагнитной совместимости. Основное назначение данного класса - выявление узких мест изделий на этапе проектирования, что способствует выпуску качественной продукции с меньшим числом итераций [6].

Системы CAM (computer-aided manufacturing) - класс САПР обеспечивающих технологическую подготовку производства изделий. Данный класс позволяет производить автоматизацию процесса программирования оборудования с числовым программным управлением.

В рамках данной работы наибольший интерес представляет ECAD САПР, данный класс САПР позволяет автоматизировать процесс проектирования печатных плат (ПП) различной степени сложности или кабельных систем. Классификация ПП по используемым материалам приведена на рисунке 1.2 [7-15].

Рисунок 1.2 - Классификация ПП

Печатные платы из жестких материалов, представляют собой классическую технологию производства ПП. В основе таких ПП лежит диэлектрик, чаще всего стеклотекстолит и листы меди, в свою очередь ПП из жестких материалов могут иметь один, два или множество проводящих слоев. В зависимости от количества проводящих слоев их можно классифицировать на:

Односторонние ПП (ОПП) представляют собой диэлектрическое основание с одним слоем медной фольги, на котором формируется проводящий рисунок согласно схеме, электрической принципиальной. Данный вид ПП широко применяется в бытовой электронике, где нет жестких требований к качеству и надежности изделий, а электрическая схема проста в реализации.

Двухсторонние ПП (ДПП) имеют два проводящих слоя с обоих сторон диэлектрического основания. В зависимости от способа соединения этих слоев могут быть ПП с переходными металлизированными отверстиями или отверстиями без металлизации. ДПП платы применяются для изготовления несложных схемотехнических решений во всех видах техники.

Многослойные ПП (МПП) изготавливаются путем прессования чередующихся проводящих и изоляционных слоев, соединенных клеевыми прокладками. За счет увеличения числа проводящих слоев удается достичь высокой плотности компоновки и обеспечить качественное соединение элементов. Среди МПП выделяют HDI (High Density Interconnect) ПП, характеризующиеся высокой плотностью трассировки, наличием глухих и скрытых переходных отверстий, тонкими диэлектрическими слоями. HDI ПП позволяют производить трассировку для современных процессоров, чипов памяти и других элементов обладающих большим числом выводов на единицу площади.

Печатные платы из гибких материалов. Данный вид плат в своем основании имеет гибкие диэлектрические слои, полиимидные пленки, за счет которых ПП имеет возможность изгибов. От наличия жестких участков на печатных платах, выполненных из гибких материалов, можно выделить следующие виды плат:

Гибкие ПП (ГПП) - конструктивно выполнены как ОПП, ДПП или МПП, однако в качестве изоляционного слоя используются тонкий эластичный диэлектрик, позволяющий придавать ГПП любую изогнутую форму. Одним из видов ГПП является гибкий печатный кабель, широко используемый в электронных средствах для прокладки межсоединений. Неоспоримым преимуществом ГПП является точность изготовления проводящего рисунка,

возможность конструирования различной геометрии, малые габаритно-массовые характеристики.

Гибко-жесткие ПП (ГЖПП) состоят из нескольких МПП, объединенных между собой гибкими частями. В качестве гибкой части выступает один или несколько внутренних слоев МПП, покрытых защитной пленкой. Преимуществом ГЖПП является законченность конструкции, выражающаяся в отсутствии необходимости осуществлять объемный жгутовой монтаж изделия, уникальные габариты конструкций, надежность, высокое качество передаваемого сигнала, за счет минимизации числа паянных соединений, малые габаритно-массовые характеристики.

ГПП и ГЖПП применяются как в бытовой электронике (принтеры, ноутбуки, смартфоны и т.д.) так и в космической аппаратуре, изделиях авионики, аппаратуре специального назначения.

Печатные платы из материалов, обеспечивающих прохождение сверхвысоких частот. При проектировании изделий, работающих на сверхвысоких частотах (различные радиосигналы, высокоскоростные устройства) необходимым является применение специализированных высокочастотных диэлектриков с малым тангенсом угла диэлектрических потерь, позволяющих передавать сигналы ПП без искажений.

Печатные платы на металлическом основании. Проектирование изделий с теплонагруженными элементами вынуждает применение различных теплосъемных конструкций или радиаторов. Одним из широко используемых вариантов являются ПП выполненные на алюминиевом основании. Алюминиевое основание отделяется от ПП тонким теплопроводящим диэлектриком для исключения электрической связи. Данные конструкции широко применяются в светодиодной технике, где необходима хорошая теплопередача от обратной стороны светодиода.

По анализу распределения рынка ПП [16], представленного на рисунке 1.3, можно сделать вывод, что наибольшую популярность среди разработчиков занимают МПП - 64%. Однако 71% всех ПП не превышает 6 проводящих слоев,

что обусловлено соотношением цены и качества, так же стоит заметить рост популярности ГПП и ГЖПП.

Гибкие и гибко-жесткие; 5%

Рисунок 1.3 - Рынок 1111

Текущий уровень технологий позволяет не только увеличить количество проводящих слоев 11, но и повысить точность изготовления обеспечивающее уменьшение толщины проводников, зазоров между соседними элементами, размеров переходных отверстий. Технологические возможности производства 1111 [17-20] представлены в таблице 1.1. Анализируя данные показатели, можно сделать вывод, что плотность размещения элементов и проводящего рисунка на современных ПП очень высока, что требует обязательного применения ECAD САПР на этапе проектирования.

Наряду с высокой плотностью на ПП плате, аналогичные тенденции наблюдаются и на уровне микросхем. Так на одном кристалле может находиться более 3 млрд элементов при технологическом процессе в единицы нанометров. Увеличение плотности сопровождается увеличением скорости переключений из одного логического состояния в другое, так тактовые частоты превышают единицы

ГГц. Данные тенденции неминуемо ведут к возникновению проблем, связанных с тепловой совместимостью (ТС) и электромагнитной совместимостью (ЭМС).

Таблица 1.1 - Технологические возможности производства ПП

Параметр Значение

Количество слоев До 56

Толщина платы, мм 0,1 - 8

Максимальный размер платы, мм 800x1100

Минимальная ширина проводника и зазора, мм 0,05

Минимальный диаметр сквозного отверстия, мм 0,1

Минимальный диаметр лазерного отверстия, мм 0,075

Проблемы, связанные с ТС ПП обусловлены высоким тепловыделением современных микросхем, так мощность тепловыделения может превышать сотни Вт при габаритах менее 1 см2. В связи с этим для обеспечения качественной ТС ПП необходимо решать следующие задачи:

- выбор элементной базы пригодной для условий работы изделия;

- определение критических к перегреву элементов и принятие мер по их принудительному охлаждению;

- проектирование качественных систем охлаждения;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Макеев Павел Алексеевич, 2024 год

/ *

■ * / * #

1* /

« V % / * V

\ »*

ч. ф Ф

*

1

О 250 400 550 700 850 1000 1150 1300

Частота, МГц

Рисунок 4.35. - Импеданс цепи питания микросхем памяти (пример 4)

Результат размещения элементов на печатной плате. Таким образом, результаты проведенного моделирования тепловых процессов и входного импеданса цепей питания позволяют использовать полученное автоматизированное размещение элементов на ПП на этапе трассировки.

Произведен сравнительный анализ между ручным и автоматизированным вариантом размещения элементов на ПП. Размещение осуществлялось 1 инженером с высоким уровнем подготовки и в автоматизированном режиме с применением разработанной методики. Результаты сравнительного анализа размещения элементов на ПП приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4. - Результаты сравнительного анализа (пример 4)

Режим размещения Затраченное время, ч. Значение целевой функции ТС Значение целевой функции ЭМС

Ручной, инженер 1 114 0,942 0,928

Автоматизированный режим 17 0,961 0,937

Таким образом, при автоматизированном размещении элементов на серверной материнской плате значение целевой функции улучшено на 2% и 1% по критериям ТС и ЭМС соответственно, а время, затраченное на проектирование уменьшено в 6,7 раза.

4.5. Обобщение практических примеров В рамках диссертационной работы, была проведена апробация разработанной методики автоматизированного размещения элементов на ГЖПП в различных реальных проектах, успешно реализованных в готовые изделия. Основные данные проектов приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.5. - Обобщение практических примеров

Номер Наименование проекта Тип ПП Количество элементов Габаритные размеры, мм Затраченное время, мин. Значение целевой функции ТС Значение целевой функции ЭМС

1 Устройство ввода и обработки данных ГЖПП 372 165х45 15 0,953 0,873

2 Устройство вычислительное ГЖПП 256 90х60 23 0,843 0,945

3 Устройство интерфейсное ГЖПП 648 350х55 146 0,826 0,908

4 Серверная материнская плата ПП 2786 305х426 1026 0,961 0,937

Продолжение таблицы 4.5

5 Устройство процессорное ГЖПП 426 115х87 42 0,853 0,861

6 Устройство аналого- цифрового преобразователя ГЖПП 361 157х70 18 0,901 0,886

7 Устройство управления ГЖПП 613 100х80 183 0,875 0,892

8 Устройство фотоприемное ГЖПП 184 80х40 24 0,886 0,917

9 Модуль управления процессором ПП 355 70х42 28 0,942 0,914

10 Устройство преобразования питания ПП 80 78х71 8 0,927 0,905

11 Модуль объединительный ПП 53 142х74 5 0,912 0,882

Данные реальные проекты (таблица 4.5) подтверждают эффективность разработанной в рамках данной диссертационной работы методики автоматизированного размещения элементов на ГЖПП ЭС с учетом ТС и ЭМС на основе двухуровневого ГА. Полученные решения (ГЖПП) в ходе практического применения методики успешно проходили этап трассировки межсоединений, а дальнейшие испытания готовых образцов изделий подтверждают их работоспособность.

Выводы по главе 4

1. Апробация методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на реальных проектах подтверждает

эффективность, предложенного в диссертационной работе подхода к решению задачи размещения элементов на плату, а именно время, затрачиваемое на размещение элементов на гибко-жесткую печатную плату, сократилось в 5-10 раз, относительно ручного варианта размещения элементов на плату инженером.

2. Применение разработанной методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости позволило повысить качество реальных проектов гибко-жестких печатных плат, по значениям критериев тепловой и электромагнитной совместимости, до 10% относительно ручного варианта размещения элементов на плату инженером.

3. Реализованные реальные проекты печатных плат подтверждают возможность применения методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости при проектирование печатных плат, как частного случая гибко-жестких печатных плат.

4. Проведено обобщение ряда практических примеров применения методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате. Реализованные проекты подтверждают эффективность и адекватность разработанной методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости.

138

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным научным результатом диссертационной работы является разработка методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма. Данная методика позволяет осуществлять автоматизированное двустороннее размещение элементов на гибко-жесткую печатную плату с учетом тепловой и электромагнитной совместимости, тем самым повышая качество проектных решений.

Основные научные, теоретические и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Сформулированы критерии качества, направленные на обеспечение тепловой и электромагнитной совместимости элементов на гибко-жесткой печатной плате при их автоматизированном размещение.

2. Поставлена и решена задача автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату с учетом тепловой и электромагнитной совместимости (целостности цепи питания).

3. Выбраны управляющие параметры генетического алгоритма при решении задачи автоматизированного размещения элементов на гибко -жесткую печатную плату, обеспечивающие получение качественного решения с точки зрения тепловой и электромагнитной совместимости.

4. Теоретические результаты реализованы в виде программных процедур автоматизированного размещения суперэлементов на гибко-жесткую печатную плату и автоматизированного размещения элементов внутри суперэлемента двухуровневым генетическим алгоритмом.

Разработанные процедуры позволяют эффективно производить автоматизированное размещение элементов на гибко-жесткую печатную плату с учётом тепловой и электромагнитной совместимости.

5. Применение разработанной методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату на практических примерах подтвердило результаты теоретических исследований. Разработанные проекты подтверждают эффективность и качество разработанной методики, качество полученных решений (значения критериев качества) улучшено до 10%, а эффективность (время, затраченное на проектирование) улучшена до 5 -10 раз относительного ручного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату инженером.

6. Результаты работы внедрены в процесс автоматизированного проектирования гибко-жестких печатных плат и печатных плат на промышленных предприятиях, занятых в разработке электронных средств АО «НПО ГИПО» и ООО «Элемент-технологии», а также в учебный процесс кафедры САПР КНИТУ-КАИ им. А. Н. Туполева.

140

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Малюх, В.Н. Введение в современные САПР: Курс лекций. — М.: ДМК Пресс, 2010. — 192 с. — ISBN 978-5-94074-551-8.

2. Норенков, И.П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009.

— 430 с. — ISBN 978-5-7038-3275-2.

3. Норенков, И.П. Автоматизированное проектирование. Учебник. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. — 188 с.

4. Боровков А.И. и др. Компьютерный инжиниринг. Аналитический обзор

- учебное пособие. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. — 93 с. — ISBN 978-57422-3766-2.

5. Курейчик, В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР: учебник / В.М. Курейчик.- М.: Радио и связь, 1990.- 351 с.

6. Данилевский Ю.Г., Петухов И.А., Шибанов B.C.. Информационная технология в промышленности. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1998. 283 с.

7. Корячко, В.П. Теоретические основы САПР: учебник /В.П. Корячко, В.М. Курейчик, И.П. Норенков. -М.: Энергоатомиздат, 1987.- 400 с.

8. Медведев A.M., Мылов Г.В. Развитие технологий элементов электрических межсоединений в электронных системах. // Электроника, 2012. - № 2. - С. 196-207.

9. Технологии в производстве электроники. Часть III. Гибкие печатные платы / Под общ. ред. A.M. Медведева и Г.В. Мылова - М.: "Группа ИДТ", 2008. -488с.

10. Шуваев, П.В., Трусов, В.А., Баннов В.Я. [и др.] Формирование структуры сложных многослойных печатных плат // Труды международного симпозиума "Надежность и качество". - 2013. - Т. 1. - С. 364-373.

11. Пирогова, Е. В. Проектирование и технология печатных плат : учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению подгот. дипломир. специалистов

"Проектирование и технология электрон. средств" / Е. В. Пирогова ; Е. В. Пирогова. - Москва : Форум, 2005. - 559 с. - (Высшее образование). - ISBN 5-8199-0138-X.

12. Медведев, А. М. Технология производства печатных плат / А. М. Медведев ; А. Медведев. - Москва : Техносфера, 2005. - 358 с. - (Мир электроники). - ISBN 5-94836-052-0.

13. Медведев, А. М. Печатные платы. Конструкции и материалы / А. М. Медведев ; А. Медведев. - Москва : Техносфера, 2005. - 302 с. - (Мир электроники). - ISBN 5-94836-026-1.

14. Люлина В.И., Медведев A.M., Мылов Г.В. Производство гибких и гибко-жестких плат. Часть 6. Специальные средства контроля и испытаний печатных плат. // Технологии в электронной промышленности, 2009. - № 1. С. 1121.

15. Технологии в производстве электроники. Часть III. Гибкие печатные платы / Под общ. ред. A.M. Медведева и Г.В. Мылова - М.: "Группа ИДТ", 2008. -488с.

16. Рынок печатных плат России как показатель роста отечественной электроники. URL: http://www. pcbtech.ru/pages/view_article/3 (дата обращения 30.03.2021).

17. Григорьев, В. А. Автоматизация проектирования и технология производства печатных плат: учебное пособие / В. А. Григорьев, В. В. Лебедев, А. Р. Хабаров. - Издание второе, переработанное и дополненное. - Тверь: Тверской государственный технический университет, 2014. - 228 с. - ISBN 978-5-7995-07312.

18. Медведев А., Можаров В. Мылов Г. Печатные платы. Электрические свойства базовых материалов // Печатный монтаж. - 2011. - № 6. - С. 150-157.

19. Технологические возможности производства. URL: https://www.rezonit.ru/pcb/mnogosloynye-pechatnye-platy/urgent/?active_tab=other (дата обращения 24.03.2022).

20. Технологические возможности по печатным платам. URL: http://www.pcbtech.ru/tekhnologicheskie-vozmozhnosti-po-pechatnym-platam (дата обращения 24.03.2022).

21. Чермошенцев, С. Ф. Автоматизация проектирования печатных плат цифровых электронных средств с учетом электромагнитной совместимости: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Чермошенцев Сергей Федорович. - Казань, 2004. - 474 с.

22. Воробушков В.В., Рябцев Ю.С. Методы конструирования помехозащищенной системы питания для подложки современных микропроцессоров // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. - 2010. - Вып. 3. - № 3. - С. 81-92.

23. Кечиев Л.Н. Проектирование системы распределения питания печатных узлов электронной аппаратуры. - М. : Грифон, 2016. - 400 с.

24. Сорокин, С. А. Методология проектирования печатных плат высокопроизводительных вычислительных устройств для компьютерных интегрируемых платформ : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Сорокин Сергей Александрович, 2018. - 381 с.

25. Cadence Design Systems. URL: https://pcbsoftware.com/vendors/cadence/ (дата обращения 24.03.2022).

26. Altium Designer. URL: https://www.altium.com/ru/altium-designer (дата обращения 24.03.2022).

27. CADSTAR Single-board Electronic CAD Software. URL: https://www.ecadstar.com/en/product/cadstar (дата обращения 24.03.2022).

28. Лузин С., Петросян Г., Полубасов О. САПР TopoR. Размещение компонентов // Современная электроника. - 2008. - № 8. - С. 54.

29. Малышев, Н. Российская САПР Delta Design Simtera / Н. Малышев // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2022. - № 7(218). - С. 152-159. - DOI 10.22184/1992-4178.2022.218.7.152.158.

30. Гимеин, А. Delta Design - современная отечественная САПР электроники сквозного цикла / А. Гимеин // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2021. - № 3(204). - С. 72-79. - DOI 10.22184/1992-4178.2021.204.3.72.78.

31. DipTrace. URL: https://diptrace.com/rus (дата обращения 24.03.2022).

32. What is EAGLE? URL: https://www.autodesk.com/products/eagle (дата обращения 24.03.2022).

33. ExpressPCB. URL: https://www.expresspcb.com/ (дата обращения 24.03.2022).

34. FreePCB. URL: https://www.freepcb.com/ (дата обращения 24.03.2022).

35. Sprint-Layout - программный пакет для проектировки печатных плат. URL: https://sprint-layout.ru/ (дата обращения 24.03.2022).

36. Кочиков И. Система Hyper Lynx компании Mentor Graphics. Пропуск в мир высокоскоростных печатных плат // Электроника: НТБ. - 2005. - № 8. - С. 66.

37. Новиков, И. С. Автоматизация размещения тепловыделяющих элементов в электронных модулях трехмерной компоновки на основе генетического алгоритма : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Новиков Илья Сергеевич. - Москва, 2009. - 132 с.

38. Квинт, И. Э. Разработка алгоритмов размещения электрорадиоэлементов на модулях с кондуктивным теплоотводом : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Квинт Игорь Эдуардович. - Москва, 2011. - 119 с.

39. Попов, А. Ю. Модели и алгоритмы автоматизированной декомпозиции схем ЭВМ : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Попов Алексей Юрьевич. - Москва, 2003. - 176 с.

40. Козынко, П. А. Разработка подсистем электро-теплового моделирования БИС и печатных плат в среде промышленной САПР : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" :

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Козынко Пётр Александрович. - Москва, 2010. - 109 с.

41. Зудин, С. В. Анализ и разработка методов автоматизированного размещения компонентов электронных схем : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Зудин Станислав Владимирович. - Санкт-Петербург, 2004. - 135 с.

42. Брагин, Д. М. Разработка специального математического и программного обеспечения эволюционного размещения электрорадиоэлементов с учётом тепловых полей : специальность 05.13.11 "Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей", 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Брагин Дмитрий Михайлович. - Воронеж, 2007. - 195 с.

43. Ирбенек, В. С. Временная верификация и оптимизация размещения компонентов предельных по быстродействию ЭВМ : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Ирбенек Валентин Сергеевич. - Москва, 2001. - 193 с.

44. Кокотов, В. З. САПР рельефного монтажа : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Кокотов Валерий Зямович. - Москва, 1998. - 324 с.

45. Мылов, Г. В. Методы автоматизированного проектирования электрических межсоединений в электронных устройствах авионики : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Мылов Геннадий Васильевич. - Рязань, 2013. - 194 с.

46. Гладков, Л. А. Разработка и исследование гибридного алгоритма решения задачи размещения элементов ЭВА / Л. А. Гладков, Н. В. Гладкова //

Семнадцатая Национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием. КИИ-2019 : Сборник научных трудов: в 2-х томах, Ульяновск, 21-25 октября 2019 года. Том 1. - Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2019. - С. 22-31.

47. Xu, Z., Wang, J., & Fan, J. Decoupling Capacitor Placement Optimization With Lagrange Multiplier Method. // IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility & Signal/Power Integrity (EMCSI), Reno, NV, USA, 2020, pp. 22-25.

48. Satomi, Y., Hachiya, K., Kanamoto, T., Watanabe, R., & Kurokawa, A. Thermal placement on PCB of components including 3D ICs. // IEICE Electronics Express 2020. URL: https://doi.org/10.1587/elex.17.20190737

49. Cecchetti, R.; De Paulis, F.; Olivieri, C.; Orlandi, A.; Buecker, M. Effective PCB Decoupling Optimization by Combining an Iterative Genetic Algorithm and Machine Learning. Electronics 2020, 9, 1243. URL: https://doi.org/10.3390/electronics9081243

50. Pang, W. Ding J. and Kou, D. "A dual-stage algorithm to optimize the thermal placement of the smartphone multiple chips," 2019 2nd International Conference on Information Systems and Computer Aided Education (ICISCAE), Dalian, China, 2019, pp. 385-388.

51. Alexandridis, Alex & Paizis, Evangelos & Chondrodima, Eva & Stogiannos, Marios. (2016). A particle swarm optimization approach in printed circuit board thermal design. Integrated Computer-Aided Engineering. 24. 1-13. 10.3233/ICA-160536.

52. Петренко А.И., Тетсльбаум А.Я. Формальное конструирование электронно-вычислительной аппаратуры. М.: Советское Радио, 1979. 256 с.

53. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем: Учебник для втузов по спец. «ЭВМ» и «Конструирование и производство ЭВЛ». М.: Высшая школа, 1986. 512 с.

54. Пронин Е. С. Шохат В.С. Проектирование технических средств ЭВА. М.: Радио и связь, 1986. 192 с.

55. Чермошенцев, С. Ф. Разработка системы автоматизированного проектирования печатных плат электронных средств, с использованием

бионических алгоритмов / С. Ф. Чермошенцев, И. В. Суздальцев // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (СAD/CAM/PDM - 2015) : Труды международной конференции, Москва, 26-28 октября 2015 года / Под ред. А.В. Толока. - Москва: ООО «Аналитик», 2015. - С. 167-171.

56. Чермошенцев, С. Ф. Размещение конструктивных элементов на печатной плате генетическим алгоритмом / С. Ф. Чермошенцев, В. В. Воронова, А. Н. Габидуллин // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. - 2016. - Т. 1. - С. 471-473.

57. Мелихов, А.Н. Применение графов для проектирования дискретных устройств: учебник / А.Н. Мелихов, Л.С. Берштейн, В.М. Курейчик. - М.: Наука, 1974.- 304 с.

58. Зыков, А.А. Основы теории графов: учебник / А.А. Зыков. - М.: Вузовская книга, 2004.- 664 с.

59. Берштейн, Л.С. Нечеткие графы и гиперграфы / Л.С. Берштейн, А.В. Боженюк. -М.: Научный мир, 2005.- 255 с.

60. Акимов, О.Е. Дискретная математика: логика, группы, графы, фракталы: учебное пособие / О.Е. Акимов. - М.: Издатель АКИМОА, 2005.- 656 с.

61. Новиков, Ф.А. Дискретная математика для программистов: учебное пособие / Ф.А. Новиков. -СПб.: Питер, 2000.- 360 с.

62. Гладков Л.А. Дискретная математика: учебник / Л.А. Гладков, В.В.Курейчик, В.М. Курейчик. -М.: Физматлит, 2014.- 496 с.

63. Бершадский, А.М. Применение графов и гиперграфов для автоматизации конструкторского проектирования РЭА и ЭВА: учебник / А.М. Бершадский.-Саратов: Изд-во СГУ, 1993.-120 с.

64. Вержбицкий В.М. Численные методы (линейная алгебра и нелинейные уравнения): Учеб, пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2000.

65. Гринберг Г. А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М.: АН СССР, 1948. 728 с.

66. Мартинсон Л.К.. Малов Ю-И. Дифференциальные уравнения математической физики: Учебник для студентов вузов. / Под ред. В.С. Зарубина, А П. Крищснко. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. - 368 с.

67. Теория и методы автоматизации проектирования вычислительных систем / Под редакцией М. Брейера: Перевод с английского. - М.: Мир,1977.-283 с.

68. Дульнев Г.Н., Тарановский И.И. Тепловые режимы электронной аппаратуры. Л.:Эиергия, 1971.248 с.

69. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. Л.: Энергия, 1968. 360 с.

70. Дульнсв Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984. 247 с.

71. Блох А.Г. Основы теплообмена излучением. Л: Химия, 1962, 640 с.

72. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Гостсхиздат, 1952. 392 с.

73. Муратов А.В., Макаров О.Ю. Автоматизированное теплофизическое проектирование микроэлектронных устройств: учебное пособие. Воронеж: Воронежский Гос. техн, ун-т, 1997. 92 с.

74. Скоробогатов, М. В. Разработка моделей и алгоритмов многокритериальной оптимизации компоновки и размещения элементов РЭС : специальность 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Скоробогатов Михаил Викторович. - Воронеж, 2002. - 197 с.

75. Макеев П.А., Двустороннее автоматизированное размещение элементов на гибко-жесткой печатной плате на основе двухуровневого генетического алгоритма / П. А. Макеев // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. - 2021. - № 5. - С. 28-36

76. Макеев П.А., Равномерное размещение теплонагруженных элементов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом/ П. А. Макеев// Комплексная автоматизация проектирования и производства: сб. науч. докл. молодежная конференция с международным участием - Москва, 2023. - С. 77 - 81.

77. Размещение элементов на печатной плате с учетом электромагнитной и тепловой совместимости / П. А. Макеев // Новые информационные технологии и системы: сб. науч. ст. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. унта, 2015 . - С. 16 - 18.

78. Гайнутдинов, Р. Р. Электромагнитная совместимость перспективных авиационных комплексов / Р. Р. Гайнутдинов, С. Ф. Чермошенцев // Технологии электромагнитной совместимости. - 2018. - № 2(65). - С. 62-78.

79. Обеспечение электромагнитной совместимости микропроцессорных устройств / М. Г. Попов, А. А. Мельников, П. Н. Маньков, А. А. Даутов // Вестник Чувашского университета. - 2022. - № 1. - С. 115-127. - DOI 10.47026/1810-19092022-1-115-127.

80. Суанов, Т. А. Моделирование высокоскоростных линий передачи в многослойных печатных платах / Т. А. Суанов // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2013. - № 11(148). - С. 186-194.

81. Уайтт, К. Особенности конструирования печатных плат с выполнением требований по ЭМС / К. Уайтт, В. Рентюк // Компоненты и технологии. - 2019. -№ 6(215). - С. 121-128.

82. Воробушков В.В. Обеспечение целостности сигналов при разработке современных вычислительных устройств : дис. ... канд. техн. наук / Воробушков В.В. ; ИНЭУМ им. И.С. Брука. - М., 2011. - 163 с.

83. Гольдштейн Е.И., Майер А.К. Индуктивно-емкостные сглаживающие фильтры. - Томск : ТГУ, 1982. - 221 с.

84. Джонсон Г., Грэхем М. Высокоскоростная передача цифровых данных: высший курс черной магии : пер. с англ. - М. : Вильямс, 2005. - 1024 с.

85. Джонсон Г., Грэхем М. Конструирование высокоскоростных цифровых устройств: начальный курс черной магии : пер. с англ. - М. : Вильямс, 2006. - 619 с.

86. P. Makeev, "Two-level algorithm for automated placement of elements on a flex-rigid printed circuit board", 2021 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), 2021, pp. 196-201

87. Макеев, П. А., Автоматизированное размещение развязывающих конденсаторов на печатной плате генетическим алгоритмом / П. А. Макеев // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. - 2022. - № 3. - С. 32-41. - Б01 10.32603/2071-89852022-15-3-32-41.

88. Макеев, П. А., Оценка возможности применения полостной модели при определении оптимального размещения развязывающих конденсаторов на печатной плате / П. А. Макеев // XXV Туполевские чтения (школа молодых ученых) : Международная молодёжная научная конференция, посвященная 60-летию со дня осуществления Первого полета человека в космическое пространство и 90-летию Казанского национального исследовательского технического университета им.

A.Н. Туполева-КАИ. Материалы конференции. Сборник докладов. В 6 -ти томах, Казань, 10-11 ноября 2021 года. Том V. - Казань: Индивидуальный предприниматель Сагиева А.Р., 2021. - С. 418-422.

89. Макеев, П. А., Проектирование цепи питания гибко-жесткой печатной платы с применением средств моделирования / П. А. Макеев, И. Р. Музафаров, Д.

B. Ландышев, И. Р. Галимов // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. - 2023. - Т. 16, № 6. - С. 70-80. - Б01 10.32603/2071-8985-2023-16-6-70-80.

90. Карпенко, А.П. Современные алгоритмы поисковой оптимизации. Алгоритмы, вдохновленные природой: учебное пособие / А.П. Карпенко. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014.- 446 с.

91. Макеев, П. А., Автоматизация процедуры размещения разногабаритных компонентов на печатной плате с использованием алгоритма муравьиных колоний / П. А. Макеев// Информационные технологии, системный анализ и управление: сб. тр. XI Всеросс. науч. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. - Таганрог: Изд-во Юж. Федер. ун-та, 2013. - Т. 1. - С. 106 - 110.

92. Гладков, Л.А. Генетические алгоритмы: учебник / Л.А. Гладков, В.В. Курейчик, В.М. Курейчик. - М.: Физматлит, 2010.- 368 с.

93. Макеев, П. А., Размещение электронных элементов на печатной плате с использованием муравьиного алгоритма / П. А. Макеев, И. В. Суздальцев //

Информатика и вычислительная техника: сб. докл. VI Всеросс. науч.-техн. конф. -Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2014. -С. 366 - 367.

94. Макеев, П. А., Автоматизация процедуры размещения электронных элементов на печатной плате с использованием алгоритма муравьиных колоний на конференции: Актуальные проблемы науки в студенческих исследованиях / П. А. Макеев // Актуальные проблемы науки в студенческих исследованиях: материалы Всероссийской практической конф. с междунар. уч. - Альметьевск, 2014 - Т. 4. -С. 36 - 38.

95. Макеев, П. А., Исследование эффективности муравьиного алгоритма для задачи размещения с учетом электромагнитной совместимости элементов / П. А. Макеев, И. В. Суздальцев // Информатика и вычислительная техника: сб. докл. VII Всеросс. науч.-техн. конф. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2015. -С. 373 - 374.

96. Макеев, П. А., Муравьиный алгоритм для решения задачи размещения электронных элементов на печатной плате / П. А. Макеев, И. В. Суздальцев // Информационные технологии, системный анализ и управление: сб. тр. XII Всеросс. науч. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. - Таганрог: Изд-во Юж. Федер. ун-та, 2015. - Т. 1. - С. 221 - 225.

97. Корниенко, В.П. Методы оптимизации: учебник / В.П. Корниенко.-М.:Высш.шк., 2007.-663 с.

98. Лебедев, Б.К. Методы, модели и алгоритмы размещения: монография / Б.К. Лебедев, В.Б. Лебедев, О.Б. Лебедев. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2015. -150 с.

99. Макеев, П. А., Методика настройки значений управляющих параметров генетического алгоритма для решения задачи размещения элементов на печатной плате / П. А. Макеев // XXII Туполевские чтения (школа молодых ученых): сб. науч. докл. Междунар. конф. - Казань, 2015. - Т. 3. - С. 86 - 89.

100. Макеев, П. А., Исследование эффективности бионических алгоритмов размещения элементов на печатной плате электронных средств / П. А. Макеев // XXII Туполевские чтения (школа молодых ученых): сб. науч. докл. Междунар. конф. - Казань, 2015. - Т. 3. - С. 79 - 85.

101. Alpert, C.J. Handbook of Algorithms for Physical design Automation / C.J. Alpert, P.M. Dinesh, S.S. Sachin // Auerbach Publications Taylor & Francis Group, USA: 2009.-349 p.

102. Макеев, П. А., Технология автоматизированного проектирования печатных плат электронных средств на основе бионических методов / П. А. Макеев, И. В. Суздальцев // Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли (АКТО-2016): сб. науч. докл. научно-практической конференции с международным участием - Казань, 2016. - Т.2. - С. 239 - 246.

103. Аттетков А.В. Методы оптимизации: учебник / А.В. Аттетков. - М.: Изд-во МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2003.- 256 с.

104. Holland, John H. Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Application to Biology, Control, and Artificial Intelligence / John H. Holland -USA: University of Michigan, 1975.- 183 p

105. Lawrence, Davis. Handbook of Genetic Algorithms / Edited by Lawrence Davis. -USA: Van Nostrand Reinhold, New York, 1991.-100 p.

106. Goldberg, David E. Genetic Algorithm in Search, Optimization and Machine Learning / David E. Goldberg //USA: Addison-Wesley Publishing Company. Ind., -1989.- 196 p.

107. Базилевич, Р.П. Декомпозиционные и топологические методы автоматизированного конструирования электронных устройств: монография/ Р.П. Базилевич.- Львов: Вищашкола,-1981. - 81 с.

108. Родзин, С.И. Состояние, проблемы и перспективы развития биоэвристик / С.И. Родзин, В.В. Курейчик // Программные системы и вычислительные методы. -2016. -№ 2. -С. 158-172.

109. Аширбакиев Р.И. Методика, алгоритмы и программы для квазистатического анализа печатных плат вычислительной техники и систем управления : дис. ... канд. техн. наук / Р.И. Аширбакиев. - ТГУ систем управления и радиоэлектроники. - Томск, 2014. - 180 с.

110. Лобанов В.Н., Петровский А.Б. Особенности построения иерархической системы критериев для оценки сложного технического комплекса //

XIV нац. конф. по искусственному интеллекту с междунар. участием : труды конф. - Казань : РИЦ «Школа», 2014. - Т. 2. - С. 63-74.

111. Ногин, В. Д. Линейная свертка критериев в многокритериальной оптимизации / В. Д. Ногин // Искусственный интеллект и принятие решений. -2014. - № 4. - С. 73-82.

112. Петровский А.Б., Ройзензон Г.В. Многокритериальный выбор с уменьшением размерности пространства признаков: многоэтапная технология ПАКС // Искусственный интеллект и принятие решений. - 2012. - № 4. - С. 88-103.

113. Брук Б. И., Бурков В. Н. Методы экспертных оценок в задачах упорядочивания объектов / / Изв. АН СССР . Техн. кибернетика. 1972. № 3. С. 29 -40.

114. Ногин, В. Д. Упрощенный вариант метода анализа иерархий на основе нелинейной свертки критериев / В. Д. Ногин // Журнал вычислительной математики и математической физики. - 2004. - Т. 44, № 7. - С. 1261-1270.

115. Крупнова, А. С. Методика мультикритериального анализа качества программного продукта / А. С. Крупнова, С. П. Бобков, Э. Г. Галиаскаров // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. - 2009. - № 2. -С. 54-57.

116. Петровский А.Б., Лобанов В.Н. Многокритериальный выбор сложной технической системы по агрегированным показателям // Вестник РГУПС. - 2013. -№ 3. - С. 79-85.

117. Петровский А.Б., Лобанов В.Н. Многокритериальный выбор в пространстве признаков большой размерности: мультиметодная технология ПАКС-М // Искусственный интеллект и принятие решений. - 2014. - № 3. - С. 92104.

118. Петровский А.Б., Лобанов В.Н. Выбор вычислительного кластера, основанный на агрегировании многих критериев // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. - 2013. - Вып. 4. - № 2. - С. 39-54.

119. Микитин B.M., Смирнов H.A., Тювин Ю.Д. Электронное конструирование ЭВМ. Основы компоновки и расчета параметров конструкций:

Учебное пособие / под ред. Б.Н. Файзулаев. Москва: Моск. гос. институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет),2000. 52 с.

120. Корячко, В.П. Теоретические основы САПР: учебник /В.П. Корячко, В.М. Курейчик, И.П. Норенков. -М.: Энергоатомиздат, 1987.- 400 с.

121. Алексеев, О.В. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: учебное пособие / О.В. Алексеев, А.А. Головков, И.Ю. Пивоваров.- М.: Высшая школа, 2000.-479 с.

122. Батищев, Д.И. Оптимизация в САПР: учебник /Д.И. Батищев, Я.Е. Львович, В.Н. Фролов. - Воронеж: ВГУ, 1997.- 416 с.

123. Барнс Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами: пер. с англ. - М. : Мир, 1990. - 238 с.

124. Макеев П.А. Апробация методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате на практических примерах / Макеев П. А., Чермошенцев С. Ф. // Труды МАИ. 2024. № 134. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=178481

125. Макеев П. А. Методика автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма / Макеев П. А., Чермошенцев С. Ф. // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2024. Т.17, № 5. С.53-64. DOI: 10.32603/2071-8985-2024-17-5-53-64.

126. Волконский В.Ю., Брегер А.В., Бучнев А.Ю., Грабежной А.В. и др. Методы распараллеливания программ в оптимизирующем компиляторе // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. 2012. - Вып. 4. - № 3. - С. 63-88.

127. Макеев П.А., База данных процедуры автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2023621634 от 23.05.2023

128. Макеев П.А., Процедура автоматизированного размещения суперэлементов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим

алгоритмом. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023616820 от 03.04.2023

129. Макеев П.А., Процедура автоматизированного размещения элементов внутри суперэлемента на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024612514 от 01.02.2024

Приложение №1. Свидетельства о государственной регистрации программ

для ЭВМ и БД

Приложение №2. Акты о внедрение результатов работы

АКТ

О внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Макеева Павла Алексеевича

Результаты диссертационной работы Макеева H.A. «Разработка методики автоматизированного размещения элементов на шбко-жесткой печатной плате электронного средства», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук но специальности 2.3.7 «Компьютерное моделирошшне и автоматизация проектирования», внедрены в проектно-конс трукторскую деятельность АО«НПО ГИПО»

Разработанная Макеевым H.A. методика автоматизированною размещения элементов на i ибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма позволяет формировать варианты дву хстороннего размещения элементов на печатные платы и гибко-жесткие печатные платы с учетом обеспечения тепловой и электромагнитной совместимости.

Основные научные результаты (методика автоматизированною размещения элементов на i ибко-жесткой печатной плате электронного средст ва с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма, математические модели для решения задачи размещения элементов на габко-жесткую печатную плату, критерии тепловой и электромагнитной совместимости для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате, двухуровневый генетический алгоритм для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате с учетом тепловой и электромагнитной совместимости, процедура автоматизированного размещения суперэлсмеитов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом, процедура автоматизированного размещения элементов внутри сунерэлсмснтов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом) диссертации Макеева H.A. в ПИОКР АО «HIIO ГИПО» по созданию оптико-электронной icxhhkii позволяют сократить время разработки конструкций, повысить качество проектирования, увеличить параметры надежности разрабатываемых изделий.

Заместитель генерального директора по науке АО «НПО ГИПО», к.т.н.

H.Ii. Липагов

Заместитель директора опытного завода начальник СКО, к.ф-м.н.

Утверждаю

ЛК'Г

О внедрении результатов кандидатской диссертации Макеева Павла Алексеевича

Результаты диссертационной работы Макеева П.Л. «Разработка методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.3.7 «Компьютерное моделирование и автоматизация проектирования», внедрены в учебный процесс национального исследовательского технического университета им. Л. Н. Туполева.

Разработанная Макеевым П.А. методика автоматизированного размещения элементов на г ибко-жесткой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма позволяет формировать варианты двухстороннего размещения элементов на печатные платы и гибко-жесткие печатные платы с учетом обеспечения тепловой и электромагнитной совместимости.

Основные научные результаты диссертации Макеева П. А. (методика автоматизированного размещения элементов на гибко-жссгкой печатной плате электронного средства с учетом тепловой и электромагнитной совместимости на основе двухуровневого генетического алгоритма, математические модели для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткую печатную плату, критерии тепловой и электромагнитной совместимости для решения задачи размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате, двухуровневый генетический алгоритм для решения задачи размещения элементов на г ибко-жесткой печатной плате с учетом тепловой и электромагнитной совместимости, процедура автоматизированного размещения суперэлементов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом, процедура автоматизированного размещения элементов внутри суперэлемснтов на гибко-жесткую печатную плату двухуровневым генетическим алгоритмом) внедрены в учебный процесс по направлению подготовки 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» (профиль «Искусственный интеллект и системы автоматизированного проектирования») по дисциплинам «Разработка систем автоматизированного проектирования» (лекции, курсовое проектирование, лабораторные занятия), «Электромагнитная совместимость интеллектуальных технических систем» (лекции, курсовое проектирование, лабораторные работы), в выпускные квалификационные работы.

Внедрение основных научных результатов диссертационной работы Макеева П. А. в учебный процесс по кафедре систем автоматизированного проектирования позволяет развивать у студентов оригинальные компетенции и практические навыки в области автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате электронного средства, что несомненно повышает качество образовательного процесса.

Заведующий кафедрой САПР, С. Ф. Чермошенцев

д.т.н., профессор

Ответственная

методическую работу ь кафедре САПР, к.т.н., доцент

на

за

Н. Ю. Богула