CADmaster

Работу электронной компонентной базы (ЭКБ) и электронной аппаратуры (ЭА) в целом значительно ухудшает воздействие вибраций, ударов, тепла, электромагнитных полей, радиации и т.д. Поэтому важным этапом создания ЭКБ и ЭА являются их испытания на все эти воздействия.

В России существуют испытательные центры, позволяющие проводить подобные натурные испытания ЭКБ и ЭА. Оптимальное сочетание натурных испытаний с виртуальными позволит повысить эффективность проектирования ЭКБ и ЭА:

• обеспечить успешность прохождения натурных испытаний опытных образцов ЭКБ и ЭА;
• сократить количество итераций при доработке ЭКБ и ЭА по результатам натурных испытаний;
• обеспечить значительную экономию денежных средств и сокращение сроков создания ЭКБ и ЭА за счет уменьшения количества испытаний при одновременном повышении качества и надежности.

Назначение виртуальных испытаний:

• определить тепловые, механические и другие характеристики ЭКБ и ЭА при внешних воздействующих факторах (ВВФ) на ранних этапах проектирования ЭКБ и ЭА, когда еще не создан опытный образец ЭКБ и ЭА, и обеспечить стойкость ЭКБ и ЭА к ВВФ;
• добившись адекватности виртуальных и натурных испытаний путем идентификации параметров моделей ЭКБ и ЭА, проверить работоспособность ЭКБ и ЭА в критических режимах в условиях ВВФ.

Назначение натурных испытаний:

• провести анализ стойкости опытных образцов ЭКБ и ЭА к ВВФ;
• получить для ЭКБ допустимые значения ускорений, температур и других характеристик;
• провести идентификацию параметров моделей ЭКБ и ЭА, используемых при виртуальных испытаниях.

В 2018 году впервые в России создан Центр виртуальных испытаний МЭС «АСОНИКА» (г. Владимир), который базируется на российской Автоматизированной системе обеспечения надежности и качества аппаратуры (АСОНИКА), разработанной научным коллективом ООО «НИИ «АСОНИКА» [1−3]. Система АСОНИКА уже более 30 лет применяется на многих российских предприятиях, прежде всего оборонной, космической и авиационной отраслей. Система аттестована Министерством обороны РФ, выпущены Руководящие документы военные (РДВ). В рамках системы АСОНИКА создана связанная с моделирующими подсистемами база данных ЭКБ и материалов по геометрическим, физико-механическим, усталостным, теплофизическим, электрическим, электромагнитным и надежностным параметрам.

Вышла в свет новая книга по системе АСОНИКА: «Опыт применения автоматизированной системы АСОНИКА в промышленности Российской Федерации» [4]. В монографии рассмотрено множество примеров, полученных в результате многолетнего (27 лет) применения системы АСОНИКА. Книгу можно скачать с сайта www.asonika-online.ru в разделе «Книги» по ссылке http://asonika-online.ru/books.

Технология на основе системы АСОНИКА — единственная в России, позволяющая осуществить сквозное проектирование (от технического задания и до изготовления опытного образца) высоконадежных ЭКБ и ЭА космических, авиационных и других подвижных объектов с учетом внешних тепловых, механических, электромагнитных воздействий.

Созданная электронная модель впервые позволит реализовать CALS-технологии в электронике на всех 11 этапах жизненного цикла — от маркетинговых исследований до утилизации. Автоматизированная система АСОНИКА не имеет аналогов или сопоставимых прототипов в области моделирования высоконадежной электроники как в России, так и за рубежом.

Преимущества системы АСОНИКА

1. Моделирование тепловых, механических, в том числе усталостных, и других физических процессов в ЭКБ, включая интегральные микросхемы, в том числе на наноуровне.

   Конечно-элементная сетка для интегральных микросхем

   Температурные зависимости для интегральных микросхем

   Механические напряжения в интегральных микросхемах

   Усталостные разрушения в интегральных микросхемах

   Моделирование интегральных микросхем на наноуровне (25 нм)

2. В системе АСОНИКА созданы простые и интуитивно понятные интеллектуальные графические интерфейсы, состыкованные с базой данных материалов и электронных компонентов, содержащей геометрические, физико-механические, теплофизические и другие параметры, а также допустимые значения характеристик, необходимые для принятия решения. При этом печатные узлы автоматически конвертируются из известных САПР (Mentor Graphics, Altium Designer, OrCAD и др.) в формате IDF. Исключаются ошибки человеческого фактора при задании исходных данных. В отличие от систем ANSYS, NASTRAN, COSMOS, COMSOL и др., которые ничего этого не имеют, система АСОНИКА специализирована в области электроники и является инструментом разработчика электроники.

   Конвертация печатных узлов из известных САПР: Mentor Graphics, Altium Designer, OrCAD и других — в формате IDF (АСОНИКА-ТМ) База данных материалов и электронных компонентов (АСОНИКА-БД) Автоматическая конвертация 3D-моделей произвольных конструкций электроники из известных САПР: ProEngineer, SOLIDWORKS, Inventor и других — в форматах IGES, STEP и SAT, в том числе автоматические разбиение и построение сетки, а также склеивание моделей в местах стыковки деталей с разными шагами сетки (АСОНИКА-М-3D)

   Графический интерфейс для ввода типовых конструкций шкафов и блоков электроники, в том числе на виброизоляторах, включающий автоматические разбиение и построение сетки, а также склеивание моделей в местах стыковки деталей с разными шагами сетки (АСОНИКА-М-ШКАФ, АСОНИКА-М, АСОНИКА-В)

3. Учтены особенности свойств материалов, применяемых в электронике, — например, их нелинейные свойства, не характерные для других изделий, например машиностроительных, для моделирования которых используются широко известные системы ANSYS, NASTRAN, COSMOS, COMSOL и др., не учитывающие специфику электроники. Данная специфика выражается, например, в нелинейности демпфирующих свойств современных материалов. В системе АСОНИКА заложена зависимость демпфирования от механических напряжений, чего нет в известных системах. В связи с этим в упомянутых системах нет возможности точно определить ускорения электронных компонентов, особенно на резонансах. А для электронных компонентов это особенно важно, так как для них задаются допустимые ускорения при всех механических воздействиях, которые ни в коем случае нельзя превышать.

   Параметры материалов для учета зависимости демпфирования от механических напряжений (АСОНИКА-ТМ) Ускорения электронных компонентов, в том числе на резонансах, рассчитанные с учетом нелинейности демпфирующих свойств современных материалов (АСОНИКА-ТМ)

4. В системе АСОНИКА созданы простые и интуитивно понятные постпроцессоры, позволяющие, в отличие от системы ANSYS и др., сразу определять все необходимые выходные тепловые, механические и другие характеристики, необходимые для принятия решения разработчиком электроники.

   Ускорения электронных компонентов в сравнении с допустимыми значениями, автоматически взятыми из базы данных (АСОНИКА-ТМ)

   Температуры электронных компонентов в сравнении с допустимыми значениями, автоматически взятыми из базы данных (АСОНИКА-ТМ)

   Ускорения и механические напряжения в блоках (АСОНИКА-М-3D)
   Ускорения и механические напряжения в шкафах (АСОНИКА-М-ШКАФ)

5. Система АСОНИКА, в отличие от системы ANSYS и др., предоставляет возможность идентификации физико-механических, теплофизических и других параметров, что крайне необходимо для обеспечения точности моделирования, так как многие параметры отсутствуют в справочниках.

   Идентификация физико-механических параметров в подсистеме АСОНИКА-ИД

6. В отличие от системы ANSYS и др., реализована возможность параметрической и структурной оптимизации конструкций на виброизоляторах (в подсистеме АСОНИКА-В), что крайне необходимо для обеспечения стойкости аппаратуры к механическим воздействиям.

   Параметрическая и структурная оптимизация конструкций на виброизоляторах в подсистеме АСОНИКА-В

7. Система АСОНИКА, в отличие от системы ANSYS и др., предоставляет возможность создания карт рабочих режимов (КРР) электронных компонентов с учетом тепловых и механических характеристик, полученных в результате моделирования и автоматически передаваемых в подсистему АСОНИКА-Р.

   Создание карт рабочих режимов электронных компонентов в подсистеме АСОНИКА-Р

8. Система АСОНИКА, в отличие от системы ANSYS и др., обеспечивает возможность анализа показателей надежности электронных компонентов и аппаратуры в целом с учетом тепловых и механических характеристик, полученных в результате моделирования и автоматически передаваемых в подсистему АСОНИКА-Б.

   Анализ показателей надежности электронных компонентов и аппаратуры в подсистеме АСОНИКА-Б

9. В отличие от системы ANSYS и др., создается электронная модель изделия (в подсистеме АСОНИКА-УМ), необходимая для реализации CALS-технологий в электронике.

   Создание электронной модели изделия в подсистеме АСОНИКА-УМ

Система АСОНИКА имеет собственное расчетное ядро для всех видов расчетов.

Схемы, приводимые в этой статье, отображают результаты сравнения расчетного ядра системы ANSYS с расчетным конечно-элементным ядром прочностного анализа системы АСОНИКА — как по техническим, так и по экономическим характеристикам, а также по информационной безопасности. Относительно других зарубежных систем ситуация аналогична.

Сравнение АСОНИКА и ANSYS по техническим характеристикам

Сравнение АСОНИКА и ANSYS по экономическим характеристикам и информационной безопасности

Литература

1. Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий. Том 1 / Под ред. Кофанова Ю.Н., Малютина Н.В., Шалумова А.С. — М.: Энергоатомиздат, 2007, 368 с.
2. Автоматизированная система АСОНИКА для моделирования физических процессов в радиоэлектронных средствах с учетом внешних воздействий / Под ред. Шалумова А.С. — М.: Радиотехника, 2013, 424 с.
3. Шалумов М.А., Шалумов А.С. Виртуальная среда проектирования РЭС на основе комплексного моделирования физических процессов. — Владимир: Владимирский филиал РАНХиГС, 2016, 87 с.
4. Шалумов А.С., Шалумов М.А. Опыт применения автоматизированной системы АСОНИКА в промышленности Российской Федерации: монография. — Владимир: Владимирский филиал РАНХиГС, 2017, 422 с.

Скачать статью в формате PDF — 4.04 Мбайт