Спосіб моделювання процесу виробництва електронного апарата

Спосіб моделювання процесу виробництва електронного апарата, який полягає в тому, що надійність і якість типового змінного елемента або електронного апарата забезпечують на етапі виробництва виробу, який відрізняється тим, що здійснюють оцінку ухвалюваних проектних, конструктивних і виробничих рішень за наслідками мо 3 25789 економічні параметри виробничого процесу, як час виробництва виробу, витрати на виробництво виробу, необхідність застосування унікальних схем віброізоляції і їх складових. На Фіг.1 зображено структурн у схему моделювання процесу виробництва блоку електронного апарату. Фіг.2 та Фіг.3 відповідно ілюструють таблицю результатів моделювання та форму амплітудно-частотних характеристик і власні частоти електронного апарату. Реалізація запропонованого способу може бути проілюстрована структурною схемою моделювання процесу виробництва блоку електронного апарату, де зображено наступне: блок 1 - об'єкт моделювання (об'єкт моделювання - технологічний процес виробництва ЕА); вхід блоку 1 - реалізує обмін інформацією між особою, що ухвалює рішення (ЛПР) і процесом виробництва виробу, коли на підставі опису поточного стану виробу ухвалюються деякі рішення, направлені на його модифікацію, і зміни, що вносяться, передаються на технологічний процес його виробництва; ви хід блоку 2 - безпосередньо команди для технологічного устатк ування, що виконуються в ході природного перебігу те хнологічного процесу, проте після постпроцесування дій, що управляють, для технологічного устаткування, в них інтегрована функція забезпечення необхідної надійності ЭА; блок 2 критерію якості ТП виробництва блоку ЕА; входи 2 і 3 блоки 2 - забезпечують зв'язок і реалізують аналіз впливу ухвалених конструктивних рішень на процес виробництва ЕА; вихід 1 блоку 2 визначає механізм підтримки ухвалення рішення для ЛПР, коли ухвалювані рішення обумовлені аналізом і порівнянням допустимих величин, одержаних за допомогою критерію якості технологічного процесу; блок 3 - критерій компоновки типового змінного елементу (ТЗЕ) ЕА; вхід 1 блоку 3 - реалізує взаємозв'язок ухвалюваних компонувальних рішень по ТЗЕ з параметрами процесу його виробництва; вхід 2 блоки 3 - містить механізм аналізу параметрів і характеристик електрорадіоелементів (ЕРЕ), друкованої плати (ДП) і ТЗЕ, порівняння з допустимими значеннями і методику поліпшення цих параметрів і характеристик; блок 4 - критерій компоновки блоку ЕА; вхід 1 блоку 4 - реалізує взаємозв'язок ухвалюваних компонувальних рішень по блоку ЕА з параметрами процесу його виробництва; вхід 2 блоки 4 - містить механізм аналізу параметрів і характеристик блоку ЕА, порівняння з допустимими значеннями і методику поліпшення цих параметрів і характеристик; блок 5 - виконує моделювання ЕРЕ, ДП і ТЗЕ за допомогою відповідних програмно-технічних комплексів; вхід 1 блоку 5 - реалізує функцію переходу до аналізу результатів моделювання; вхід 2 блоки 5 - приймає потік початкового опису об'єкта моделювання, що поступає від ЛПР, і передає на твердження ЛПР можливі варіанти зміни конструкції, виконання або вживаних матеріалів; вхід 3 блоки 5 - виконує функції обліку впливу оформлення конструкції ТЗЕ на блок ЕА і навпаки впливи реалізації конструкції блоку ЕА на компонувальні характеристики ТЗЕ; блок 6 - виконує моделювання блоку ЕА; вхід 1 блоку 6 - реалізує функцію переходу до аналізу 4 результатів моделювання; вхід 2 блоки 6 - приймає потік початкового опису об'єкта моделювання, що поступає від ЛПР, і передає на твердження ЛПР можливі варіанти зміни конструкції, виконання або вживаних матеріалів; призначення входу 3 блоки 6 аналогічно призначенню входу 3 блоки 5; блок 7 - ЛПР; вхід 1 блоку 7 - забезпечує точку включення, вибирану ЛПР, пропонованої надбудови в те хнологічний процес виробництва виробу; вхід 2 блоки 7 - реалізує взаємозв'язок (за допомогою механізму ухвалення рішення) ЛПР з критерієм якості технологічного процесу, коли значення критерію якості впливає на ухвалюване рішення і це рішення оцінюється через послідовність операцій критерієм якості ТП; входи 3 і 4 блоки 7 - реалізують ви хід ЛПР на інструментарій, який дає можливість визначати всі параметри і властивості ЕА і складових; блоки 8, 9 і 10 - представляють з себе: свердлувальний верстат, фрезерний верстат і фотокоордінатограф - приклади зразків технологічного устаткування, програми функціонування яких безпосередньо залежатимуть від ухвалених ЛПР рішень по компоновці ЕА. Спосіб моделювання процесу виробництва електронного апарату здійснюється таким чином. Для вироблюваного електронного апарату блоком 7 - ЛПР на одній із стадій технологічного процесу виробництва (блок 1) включають механізм моделювання і подальшого аналізу властивостей виробу, що виготовляється, і параметрів технологічного процесу його виробництва на підставі експертних оцінок параметрів і ступенів їх важливості для різних за призначенням ЕА. Після того, як ЛПР видало рекомендацію, з урахуванням прийнятих змін, повернутися до існуючого технологічного процесу виробництва, відбувається етап технологічної підготовки виробництва (вихід блоку 1), коли вхідні формати даних для технологічного устаткування (блоки 8 - 10) у форматах *.gbr, *.drl і *.hp, знов створюються або корегуються за наслідками змін, внесених в конструкцію виробу. Передавані з блоку 1 уставки для технологічного устаткування відрізнятимуться для випадків включення-виключення контуру "аналізу" в даному процесі виробництва. Блок 5 представляє собою програмнотехнічний комплекс моделювання механічних навантажень ТЗЕ ЕА, що визначає ряд параметрів, що характеризують ТЗЕ. Одержувані за допомогою блоку 5 результати моделювання представляються у вигляді рисунків, гра фіків і таблиць, що дозволяє реалізувати взаємозв'язок, як з ЛПР (блок 7) для корегування і аналізу одержаних закономірностей і внесення необхідних модифікацій, так і з інструментами подальшого аналізу (блок 3) і моделювання елементів вищого рівня конструкційної ієрархії (блок 6). У блоці 6, що представляє собою програмнотехнічний комплексі моделювання механічних навантажень блоку ЕА, визначають ряд параметрів, що характеризують електронний апарат. Одержувані за допомогою блоку 6 результати моделювання представляють у вигляді схем, графіків і таблиць, що дозволяє реалізувати взаємозв'язок, як з ЛПР (блок 7) для корегування і аналізу одер 5 25789 жаних закономірностей і внесення необхідних модифікацій, так і з інструментами подальшого аналізу (блок 4) і моделювання елементів нижчого рівня конструкційної ієрархії (блок 5). У блоках 3 і 4 реалізують оптимізацію параметрів виробу за допомогою критерію компоновки ТЗЕ ЕА і блоку ЕА відповідно. Тут здійснюють розрахунок вірогідності прояву порушень надійного функціонування виробу, існуючого взаємозв'язку між значеннями параметрів моделювання і спрацьовуванням механізму відмови і вартістю забезпечення надійного функціонування шляхом виключення ситуацій можливого перевищення параметрів допустимих значень або взагалі появи небажаних і небезпечних явищ в конструкції виробу. За наслідками роботи блоків 3 і 4 формують деяку послідовність дій, яку повинен зробити ЛПР для поліпшення якісних характеристик того, що виготовляється ЕА. Причому дії, які необхідно виконати ЛПР, для підвищення якості виробу, одночасно негативно позначаються на параметрах технологічного процесу, оскільки приводять до збільшення часу, що витрачається на виробництво виробу, збільшенню матеріальних витрат на випуск виробу, і борючись з суб'єктивним чинником в ухвалених раніше рішеннях, вносить ефект дії нового суб'єктивного чинника. Об'єднуючи і аналізуючи роботу блоків 3 і 4, в блоці 2 оптимізують параметри виробництва виробу. Критерій якості технологічного процесу виробництва ЕА (блок 2) формує і аналізує ряд параметрів технологічного процесу. У свою чергу 6 блок 2 повертає блокам 3 і 4 інформацію і вимоги по поліпшенню параметрів виробу. Одержувані за допомогою блоку 2, результати пов'язані з ЛПР (блок 7) для орієнтації його на внесення змін в техпроцес виробництва, і, навпаки, ЛПР формує коефіцієнти критерію якості для оцінки ефективності включення пропонованої надбудови в процес виробництва. Алгоритм роботи блоку 2 наступний. Для технологічного процесу виробництва ЕА будують модель, яка пов'язує параметри і компоновку виробу з вектором управління ТП виробництва, в яку входять технічні, економічні і показники надійності всього процесу виробництва блоку ЕА. Тут відстежують наступні показники технологічного процесу: надійність виробу, що випускається; час плину процесу виробництва; вплив суб'єктивного чинника на параметри і властивості виробу, що виготовляється (виключення суб'єктивного чинника); економічна доцільність внесення модифікацій в існуючий технологічний процес виробництва блоку ЕА і його складових. Критерій якості технологічного процесу виробництва ЕА представляють у вигляді Р(x1,x2,x3,x4):=0,717x1-0,1x2-0,33 x3-0,2x4, (1) де x1, х2, х3, х4 - нормовані значення покажчиків якості ТП. Обмеження, що накладаються на функціонал якості, мають наступний вигляд: 0,086*x1+0,016*х2+0,04*x3+0,858*х4£0,286. (2) Ваги складових критерію якості ТП виробництва блоку ЕА, одержані методом експертних оцінок, приведені в табл.1. Таблиця 1 Ваги складових критерію якості ТП виробництва блоку ЕА Тип об'єкту Побутовий ЕА Стаціонарний ЕА ... Складові критерію якості технологічного процесу 1 2 3 4 0,75 0,7 0,33 0,8 0,9 0,1 0,33 0,2 ... ... ... ... Оптимізацію параметрів виробництва виробу проводять за допомогою виділення і аналізу найбільш діючих складових, що вносять внесок в поліпшення якісних характеристик готового виробу і покажчиків технологічного процесу виробництва. Алгоритм роботи блоку 3 наступний. Якості аналізовані чинники при формуванні критерію компоновки ТЗЕ ЕА застосовують: амплітудночастотні характеристики (АЧХ) і форми коливань ЕРЕ, друковані плати (ДГТ) і ТЗЕ, наявність і параметри ефекту резонансної взаємодії ЕРЕ з ДП; АЧХ і форми коливань ТЗЕ для різних варіантів закріплення ДП в ТЗЕ, коефіцієнт активної площі елементу, коефіцієнт відповідності фізичних і настановних параметрів один одному; коефіцієнт автономності активного параметра; коефіцієнт використання площі плати, коефіцієнт конструктивної досконалості виробу. Всі параметри, що одержують після моделювання, систематизують і групують. В результаті критерій компоновки ТЗЕ має вигляд Величина функціонала якості 2,5 3 ... f1(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8):= (3) =0,35(x1+x2)+0,4(x3+x4+x5)+ +0,2(x6+x7)+0,05x8, де x1, x2, х3, х4, х5, х6, х7, х8 - нормовані значення показників компоновки ТЗЕ. Вид обмежень, що накладаються на функціонал компоновки ТЗЕ наступний: 10x1+10x2+13x3+19х4+25х5+9х6+ (4) +9х7+6х8£16. Зі всіх можливих варіантів компоновки ТЗЕ ЕА за допомогою пропонованого критерію, методом Паретто вибирають оптимальні по частоті компонентів для мінімізації вартості їх виявлення і усунення. Алгоритм роботи блоку 4 наступний. Якості аналізовані чинники при формуванні критерію компоновки блоку ΕА застосовують: власні частоти блоку ЕА, параметри і АЧХ для різних видів систем віброізоляції блоку, фазочастотні характеристики (ФЧХ) для різних систем віброізоляції, ступінь поширеності вживаної системи віброізоля 7 25789 ції (СВІ), необхідність застосування віброізоляторів з унікальними характеристиками або унікальних схем віброізоляції, коефіцієнт заповнення об'єму блоку деталями, коефіцієнт активного об'єму і ваги блоку, коефіцієнт відповідності фізичних і настановних параметрів один одному, коефіцієнт автономності активного параметра, коефіцієнт заповнення блоку, коефіцієнт конструктивної досконалості виробу. Всі параметри, що одержуються після моделювання, систематизують і групують. В результаті критерій компоновки ЭА має вигляд f2(x1,х2,х3,х4,х5):=0,25(х1+х3)+0,1 x2+ (5) +0,2x4+0,15x5. де х1, х2, х3, х4, х5 - нормовані значення показників компоновки ЕА. Вид обмежень, що накладаються на функціонал управління наступний: (6) 25х1+15х2+43х3+30х4+17х5£35. Зі всіх можливих варіантів компоновки блоку ЕА за допомогою пропонованого критерію, методом Паретто вибирають оптимальні по частоті компонентів для мінімізації вартості їх виявлення і усунення. Алгоритм роботи блоку 5 наступний. Для того, що виготовляється ТЗЕ, у віконну форму вносять його початкові параметри, як такі: матеріал ДП, геометричні розміри, точки прикріплення елементів, моделі елементів, параметри виводів елементів, умови закріплення ДП в ТЗЕ т.ін. Для побудови математичної моделі вимушених коливань ДП використовують теорію малих коливань тонких ортотропних пластин. При побудові математичної моделі враховують внутрішнє тертя в ДП по гіпотезі Кельвіна-Фойхта. Прогин ДП задовольняє рівнянню: Ñ14 w + a4rh ¶ 2w ¶t 2 ¶4 4 де Ñ1 = D1 4 (7) = a4 × Q + 2 D3 ¶4 ¶4 E1h3 12(1- m1m2) D2 = 2 + D2 ¶x ¶x ¶h ¶h2 x=x/a; η=y/b - безрозмірні координати; D1 = 4 E2h3 12(1- m1m2) 8 D3 = E1m2 + 2 G(1 - m1m2 ) 12(1 - m1m2 ) де Q( x, n, t ) - інтенсивність зовнішнього навантаження; E1 , E2 - комплексні модулі пружності по головних напрямах х і у, відповідно; G - комплексний модуль зрушення; m1, m2 - коефіцієнти Пуассона; ρ, h, ψ - щільність, товщина і коефіцієнт механічних втрат ДП. Розглядаючи функції прогинання і інтенсивність зовнішнього навантаження в комплексній формі, одержують: Ñ 4v 2 -k w 2 v = a4 q D (8) де q - інтенсивність зовнішнього навантаження. Рішення рівняння (8) отримують за допомогою ) ) функцій впливу G( x, h, x, h) : 1y ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ w(x, h ) = a2 ò ò q( x, h)G( x, h, x, h )dxdh (9) 00 де y=b/а. Функцію впливу визначають за допомогою виразу: ¥ 3 ˆ ˆ ˆ ˆ G(x, h, x, h) = å [ å C jn Y jn ( h) + F n (h, x, h)] s inpn x, n= 1j= 0 (10) де Cjn - довільні постійні, визначувані з граниˆ ˆ чних умов по η; F n (h, x, h) - часне рішення рівняння (9). В результаті одержують всі необхідні початкові дані для формування елементів критерію компоновки ТЗЕ. Алгоритм роботи блоку 6 наступний. Для блоку ЕА, що виготовляється, у віконну форму вносять його початкові параметри, як те: варіант конструкції, схему віброізоляції, геометричні і механічні параметри і ін. Як узагальнені координати вибирають наступні:q1=X; q2=Y; q3=Z центру мас О1 об'єкта віброзахисту і кути: q4=j; q5=y, q6=q. Розв'язуючи завдання про малі коливання в комплексній постановці, одержують, що диференціальні рівняння малих коливань конструкції ЕА має вигляд: a11&& + C11 × X + C15 × y + C16 × q = Fx ( t ); X && a Y + C × Y + C × y + C × q = F ( t ); 22 22 24 26 y && a 33Z + C33 × Z + C34 × y + C35 × q = Fz ( t ); .. .. .. .. .. .. .. .. .. a 44 j+ a45 y + a 46 q + C24 × Y + C34 × Z + C44 × j + C45 × y + C46 × q = Mx ( t ); a 45 j+ a55 y + a56 q+ C15 × X + C34 × Z + C44 × j + C45 × y + C46 × q = My ( t ); a 46 j+ a56 y + a66 q+ C16 × X + C26 × Y + C46 × j + C56 × y + C66 × q = Mz ( t ); (11) 9 25789 10 де Clk - комплексні узагальнені коефіцієнти Xабс = X + U1; Yабс = Y + U2 ; жорсткості; Fx, Fy, F - проекції головного вектора z сил, що вимушують, на осі Χ, Υ, Ζ. Далі, визначивши комплексні амплітуди, знаходять амплітуди вимушених коливань узагальнених координат і фазові кути. Положення конструкції визначають за допомогою узагальнених координат: jабс = j + U4 ; y абс = y + U5 ; (C (C (C )A + C k )A + C k )A + C 11 - a11k 22 33 2 - a22 2 - a33 2 x 15 Zабс = Z + U3; qабс = q + U6 . де U1, U2 , U3 - зсуви точки О у напрямах осей ξ, η, ζ, відповідно; U4, U5, U6 - кути повороту основи навколо осей ξ1, η1, ζ1, відповідно. Для визначення власних частот конструкції, встановленої на віброізоляторах, розглядають завдання про вільні коливання конструкції, встановленої на віброізоляторах. В результаті одержують систему однорідних алгебраїчних рівнянь: × A y + C16 × A q = 0; y 24 × A j z 34 + C26 × A q = 0; × A j + C35 × A y = 0; ( + (C + (C ) ( k )A + (C k )A + (C 2 ) ( k )A + (C k )A + (C 2 ) k )A k )A 2 C 24 × A y + C34 × A z + C44 - a44k A j + C45 - a45k A y + C46 - a46k A q = 0; C15 × A x + C35 × A z C16 × A x + C26 × A y (12) 45 - a 45 2 46 - a46 2 j 55 - a55 2 j 56 - a56 2 Прирівнюючи нулю визначник системи (13), одержують часне рівняння і вирішують систему. В результаті одержують всі необхідні початкові дані для формування елементів критерію компоновки блоку ЕА. Приклад реалізації пропонованого способу розглянемо на основі протоколу дослідження блоків 6, 4, 2, 7 і 1 для моделювання блоку ЕА. При дослідженні змінні мали наступні значення: маса блоку m=2,722кг, осьові моменти інерції Іх=0,0156кг*м 2, Іу=0,0237кг*м 2, Iz=0,0247кг*м 2, відцентрові моменти інерції Іху=0,916-Е11кг*м 2, Ixz= =-0,728-У11кг*м 2, Iyz=0кг*м 2, координати точок кріплення віброізоляторів (відносні безрозмірні координати) X1=0,09, Y1=0,06, Z1=-0,09, Х2=0,09, Y2= =-0,06, Z2=-0,09, Х3=-0,09, Y3=-0,06, Z3=-0,09, Х4=-0,09, Y4=0,06, Z4=-0,09, осьові коефіцієнти жорсткості віброізоляторів Сх=2Н/м, Су=4Н/м, Cz=2Н/м, осьові коефіцієнти опору віброізоляторів μх=1Н*с/м, μy=2Н*с/м, μz=2Н*с/м. Аналіз одержаних результатів (див. графік дослідження впливу компоновочних, геометричних і механічних параметрів на вібромеханічні параметри блоку ЕА) показує, що власні частоти досліджуваного ЕА потрапляють в діапазон робочих частот y 56 - a56 2 y 66 - a66 2 q = 0; q (13) = 0. і резонансна амплітуда коливань перевищує допустиму величину, що викликає спрацьовування ланцюжка блоків 4, 2, 7 і 1. В результаті усунення подібного роду дефектів в конструкції ЕА одержуємо зменшення часу протікання техпроцесу виробництва виробу на 2%, збільшення вартості виробу на 5%, при вірогідності безвідмовної роботи виробу, що ви готовляється, в процесі експлуатації, відповідній бортовому ЕА. Для даного способу моделювання процесу виробництва електронного апарату основне завдання полягає в забезпеченні необхідних властивостей надійного функціонування ЕА при оптимізації техніко-економічних показників технологічного процесу. Таким чином, пропонований спосіб забезпечує зменшення часу протікання процесу виробництва, скорочення вартості виробу, що випускається, на підставі виключення доведень і виключення прихованого браку при стендових випробуваннях ЕА і формує інструментарій для ЛПР, на базі якого ухвалюються рішення по забезпеченню необхідних властивостей надійності виробу, що виготовляється, і забезпечення його адекватної поведінки в процесі експлуатації. 11 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 25789 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601