Внедрение информационных технологий при проектировании радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата и тепловом анализе печатных плат

Процесс проектирования космического аппарата (КА) состоит из различных этапов, для совершенствования которых применяются различные методы и технологии. В данной статье рассматривается процесс внедрения информационных технологий при проектировании радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космического аппарата.

Проектирование радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата состоит из следующих этапов: получения и согласования технического задания на разработку радиоэлектронной аппаратуры; проектирования электрической схемы РЭА; проектирования печатных плат;

проектирования конструкции прибора; теплового анализа печатных плат; механического анализа конструкции РЭА; составления конструкторской документации РЭА.

В настоящее время для проектирования радиоэлектронной аппаратуры используются различные системы автоматизированного проектирования (САПР) РЭА. Эти системы постоянно совершенствуются в связи с появлением новых стандартов и требований к проектированию РЭА, что значительно усложняет работу конструкторов. Для облегчения и ускорения разработки РЭА необходимо создать единую информационную систему для хра- нения графической и технической информации, которая будет использоваться в процессе проектирования РЭА. Создание такой интегрированной инф ормационной структуры предполагает объединение существующих систем проектирования и включает несколько этапов [1].

На первом этапе проводится анализ всех автоматизированных систем, применяемых для поддержки и совершенствования процессов проектирования радиоэлектронной аппаратуры, и определяется, какие системы проектирования нужно сохранить, а какие заменить на более современные или разработать новые. При выборе систем проектирования предпочтение следует отдавать открытым системам, поскольку в них упрощены функции поддержки и обеспечен обмен данными в стандартном виде.

Вторым этапом является разработка системы хранения таких данных, как электрические схемы, печатные платы, блоки, конструкции приборов, а также всех радиоэлементов, используемых для проектирования радиоэлектронной аппаратуры. Создаваемая система хранения данных должна быть привязана к автоматизированным системам проектирования РЭА и независима от какой-либо из них.

Все эти задачи наилучшим образом решаются, если системы хранения данных изначально разрабатываются с ориентацией на формирование единого информационного ядра (информационной базы). В качестве такого ядра авторами было решено использовать реляционную базу данных (БД), отображающую концептуальную модель рассматриваемой предметной области. Затем были проанализированы основные системы автоматизированного проектирования РЭА, из которых были выделены САПР PCAD (проектирование печатных плат), ТриАНА (расчет тепловых моделей), AutoCAD (предварительное конструирование приборов), OrCAD (проектирование электронных схем), SolidWorks и САТIA (трехмерное проектирование конструкции приборов.

В результате анализа этапов проектирования РЭА (рис. 1) основой создаваемого информационного ядра и центром взаимосвязей внутри него стали базы данных конструкторской документации (КД), электронных радиоизделий (ЭРИ) и ТриАНА. Для хранения данных была выбрана база данных MySQL, разработанная корпорацией MySQL AB. Основные достоинства этой БД следующие: многопоточность; поддержка нескольких одновременных запросов; оптимизация связей с присоединением многих данных за один проход; записи фиксированной и переменной длины; ODBC-драйвер в комплекте с исходником; гибкая система привилегий и паролей; до 16 ключей в таблице, каждый из которых может иметь до 15 полей; поддержка ключевых полей и специальных полей в операторе Create; поддержка чисел длиной от 1 до 4, строк переменной длины и меток времени; интерфейс с языками C и Рerl; основанная на потоках быстрая система памяти; утилита проверки и ремонта таблицы; хранение всех данных в формате ISO8859_1; использование Insert на любом подмножестве полей; легкость управления таблицей, включая добавление и удаление ключей и

Рис. 1. Этапы проектирования РЭА и используемые для них САПР

полей; выполнение команд SQL непосредственно из командной строки системы Unix или из интерактивного режима MySQL. Кроме того, СУБД MySQL имеет библиотеку C API, которую можно использовать для запросов в базе данных, вставки данных, создания таблиц и т. п. [2].

Таким образом, решение задачи внутренней интеграции прикладных подсистем в единой информационной базе подготовило интеграцию «внешних» по отношению к ней САПР PCAD и ТриАНА (рис. 2). При помощи разработанного программного обеспечения в базу данных ЭРИ из САПР PCAD были конвертированы характеристики электронных элементов и графическая информация о них. При помощи этого же программного обеспечения в базу ТриАНА из САПР ТриАНА были внесены данные теплового расчета. База КД была сформирована на основе данных обеих САПР.

Рис. 2. Информационная система проектирования РЭА КА

В ходе проектирования баз ЭРИ и КД после изучения данных, находящихся в системах автоматизированного проектирования ТриАНА и PCAD, было решено разбить все радиоэлементы по следующим типам: конденсаторы, микросхемы, полупроводники и др.

На основе ЭРИ, используемых в САПР ТриАНА и PCAD для проектирования РЭА, была разработана база данных ЭРИ (табл. 1). Описания элементов ЭРИ были взяты из технических условий на эти элементы.

Радиоэлементы и их тепловые характеристики были помещены в базу ЭРИ по типам, соответствующим каждой таблице. После проведения анализа элементов была составлена структурная схема хранения данных в таблицах ЭРИ (табл. 2).

Передача данных из САПР PCAD в базу данных КД происходит при помощи программного обеспечения, разработанного в рамках решения задач автоматизации проектирования печатной платы и формирования КД на спроектированную плату. Программное обеспечение создано на основе языка программирования Visual Basic и осуществляет обмен данными при помощи DBX-интерфейса, используемого в САПР PCAD для обмена данными с другими САПР. Для передачи необходимой информации требуется ввести следующие параметры: наименование изделия, номер прибора, название прибора,

Таблица 1

Структура база данных ЭРИ

Название таблицы	Описание	Кол-во элементов
blok	Блоки	10
detal	Спецдетали	10
detali	Детали	3
eri_imp_bort	Импортные ЭРИ	8
kondensator	Конденсаторы	270
matrica	Матрицы	36
micro	Микросхемы	401
pattern	Графическая информация	431
poluprovodnik	Полупроводники	117
prochee	Прочее	29
radiator	Радиаторы	13
razem	Разъемы	130
rele	Реле	33
rezistor	Резисторы	70
rezonator	Резонаторы	12
transformator	Трансформаторы	106
tranzistor	Транзисторы	79
Итого 758		1 758

Таблица 2

Структура таблиц ЭРИ и описание полей

Название поля Описание поля Naimenovanie Полное наименование элемента TU Техусловие Ustanovka Тип установки Detal Доп. деталь Massa Масса элемента Kreplenie Тип крепления к плате ComponentHeightTop Высота элемента над платой ComponentHeightBottom Высота элемента под платой Paika Тип пайки Montag Тип монтажа CmpPCAD Связь с САПР PCAD sdetal Спецдеталь номер блока, название блока, стадию разработки блока, тип платы (рис. 3).

Рис. 3. Передача данных из САПР PCAD в базу данных КД

Выбрав в базе КД название прибора, конструктор может просмотреть сформированную системой конструкторскую документацию на этот прибор со следующими характеристиками: используемые в нем радиоэлементы, требуемые для его изготовления материалы, общая масса радиоэлементов и т. д. (рис. 4).

При проведении теплового анализа печатных плат разработанное программное обеспечение выполняет выгрузку данных из базы КД и формирует файл с данными о выбранном приборе для теплового расчета в системе ТриАНА. Используя это программное обеспечение, конструктор также может передавать данные из системы PCAD в систему ТриАНА (рис. 5), не перечерчивая печатные платы, что сокращает время проектирования и теплового расчета всего прибора, а также критичные ошибки на стадии проектирования его печатных плат.

В результате теплового расчета будут определены значения температур конструктивных элементов, конструктивных узлов и ЭРИ радиоэлектронных средств (РЭС), значения температур воздушных потоков, охлаждающих РЭС. Эти значения могут быть получены как для стационарного, так и для нестационарного теплового режима [3].

Взаимодействие проектировщика с разработанной информационной структурой осуществляется через обращение к веб-интерфейсу спроектированного авторами сайта. Форма представления информации при помо-

Рис. 4. Формирование отчета о приборе БУ БКУ на основе данных базы КД

щи сайта позволяет работать с ней в базе данных, не ограничивая пользователя в выборе операционной системы и браузера. Сайт разработан при помощи языка программирования PHP, который работает с несколькими базами данных, нересурсоемок и, что немаловажно, является бесплатным.

В процессе проектирования радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата конструктор, войдя в этот сайт, может получить данные о характеристиках радиоэлементов, изменить их или добавить новые радиоэлементы. Такая методика работы позволяет проектировщику, не обращаясь к техническим условиям на электронные радиоизделия, просматривать их характеристики на сайте (рис. 6), что ускоряет процесс проектирования РЭА.

Разработанная информационная система проектирования РЭА КА предоставляет конструктору полную информацию об используемых ЭРИ, позволяет автоматизировать часть этапов проектирования платы, процесс пере- дачи данных о спроектированной печатной плате в систему ТриАНА, а также формирование конструкторской документации на прибор в целом. Однако еще не решены задачи сквозного проектирования на этапах получения технического задания на разработку радиоэлектронной аппаратуры и взаимосвязь САПР для проектирования электрической схемы РЭА с САПР проектирования печатных плат, поскольку обмен данными между этими САПР пока не реализован. Также не автоматизирован обмен графическими данными и технической информацией между САПР проектирования конструкции приборов.

Для решения поставленных задач в дальнейшем планируется внедрить систему документооборота SmartTeam, в которой будут храниться технические задания на РЭА, электронная конструкторская документация на РЭА для всех этапов проектирования, созданная в различных САПР. Эта система позволит внедрить безбумажную технологию, а также обеспечит обмен конструкторской документацией между заказчиками и конструкторами только в электронном виде .

Рис. 5. Передача данных из САПР PCAD в САПР ТриАНА для расчета теплового анализа печатной платы

Рис. 6. Просмотр информации в базе данных ЭРИ