Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №10 (57) октябрь 2013 г.

Дата публикации: 06.09.2013

Статья просмотрена: 2014 раз

Библиографическое описание:

Горячев, Н. В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2013. — № 10 (57). — С. 128-130. — URL: https://moluch.ru/archive/57/7764/ (дата обращения: 16.12.2024).

Проведён анализ существующих средств теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры. Выявлены их основные недостатки, составлена сравнительная таблица свойств исследованных программных продуктов.

An analysis of existing tools thermophysical design of electronic equipment. Identified their main drawbacks, made up a comparative table of the properties of these funds.

Введение

В настоящее время существует несколько десятков программных комплексов и систем, предназначенных для проведения теплофизического проектирования печатных плат (ПП) электронной аппаратуры (ЭА). Как правило, их работа основана на применение одного из численных методов решения прикладных задач тепломассообмена [1]. Из существующих сейчас программных продуктов теплофизического проектирования и анализа ЭА, следует отметить следующие, наиболее развитые системы: Ansys Icepak, FloTherm, Qfin. Из российских программ заслуживает внимание программный комплекс ТРиАНА (АСОНИКА-Т).

Анализ программных средств

ANSYS Icepak предназначен для проведения тепловых расчётов при решении задач электронной промышленности, обеспечивающий надёжные и быстрые расчёты не только теплообмена в электронных устройствах но и гидро- газо- динамики [2].

ANSYS Icepak включает в себя возможности построения расчётной модели, включая улучшенный прямой импорт геометрических моделей из специализированных систем автоматизированного проектирования (САПР). Пакет ANSYS Icepak имеет расширенные возможности моделирования дорожек и сквозных отверстий печатных плат (рисунок 1), применение которых позволяет сократить время моделирования электронных компонентов и систем.

Рис. 1. Проектирование элементов ЭА в среде ANSYS Icepak

В ANSYS Icepak реализована возможность задания граничных условий периодичности для расчётных областей. Дополнительно ANSYS Icepak содержит библиотеки, включающие термодинамические модули охлаждения и расширенные макросы.

Продукт компании Mentor Graphics — FloTHERM основан на анализе с помощью метода конечных элементов (МКЭ).

FloTerm позволяет инженерам создать виртуальные (математические) модели электронного оборудования, выполнить тепловой анализ [3]. Позволяет проводить тестирование проекта прежде, чем он будет воплощён в виде физического прототипа. FloTHERM имеет средства интеграции с существующими САПР электроники — так называемыми ECAD системами. Так же в состав программного пакета FloTerm входят подсистемы для анализа работы теплоотводов, вентиляторов, электронных компонентов и печатных плат. FloTHERM позволяет исследовать работу термоэлектрических преобразователей — элементов Пельтье.

Наличие мощных средств визуализации вычислений гидроаэродинамики, позволяет применять FloTHERM для анализа работы сложной ЭА.

В настоящее время FloTHERM является самой распространенной, в европейских странах, системой теплофизического проектирования ЭА основанной на применение метода конечных элементов.

Разработчиком среды теплофизического проектирования ЭА Qfin является канадская компания Qfinsoft Technology Inc. Компания занимается разработкой компьютерных средств для моделирования термодинамических и гидродинамических процессов, а также процессов горения [4].

Программный продукт Qfin ориентирован, прежде всего, на моделирование работы теплоотводов ЭА. Дополнительно, программа позволяет проводить исследования сложных систем охлаждения ЭА включающих в себя вентиляторы, термоэлектрические элементы и т. п. Также в среде Qfin существует возможность проведения теплового анализа модулей первого и второго уровней.

Преимуществом программной среды Qfin является возможность проведения теплового анализа с учётом внешних воздействий.

К недостаткам Qfin следует отнести неполную интеграцию с существующими CAD и ECAD системами. Однако, самым серьёзным недостатком Qfin является отказ разработчиков этого программного продукта распространять его на территории России.

АСОНИКА-Т разработана специалистами Красноярского Государственного Технического Университета (КГТУ) и Московского Государственного Института Электроники и Математики (МИЭМ).

Программный комплекс ТРиАНА предназначен для моделирования стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в стойках, блоках, крейтах, печатных узлах, функциональных ячейках и микросборках радиоэлектронной аппаратуры [5]. ТРиАНА позволяет реализовать следующие проектные задачи:

-          определение тепловых режимов работы всех электрорадио изделий (ЭРИ) и материалов несущих конструкций и внесение изменений в конструкцию с целью достижения заданных коэффициентов нагрузки;

-          выбор лучшего варианта конструкции из нескольких имеющихся вариантов с точки зрения тепловых режимов работы;

-          обоснование необходимости и оценка эффективности дополнительной защиты радиоэлектронных средств (РЭС) от тепловых воздействий;

-          создание эффективной программы испытаний аппаратуры на тепловые воздействия (выбор испытательных воздействий, выбор наиболее удачных мест установки датчиков).

Программный комплекс ТРиАНА позволяет анализировать следующие типы конструкций: микросборки, радиаторы и теплоотводящие основания, гибридно-интегральные модули, блоки этажерочной и кассетной конструкции, шкафы, стойки, а также нетиповые (произвольные) конструкции.

Подсистема дает возможность провести анализ стационарного и нестационарного тепловых режимов аппаратуры, работающей при естественной и вынужденной конвекциях в воздушной среде, как при нормальном, так и при пониженном давлении. При анализе нетиповых конструкций определяются температуры выделенных изотермических объёмов; при анализе типовых узлов — температуры ЭРИ, а также дискретное температурное поле типовых узлов и их интегральные температуры.

Полученные в результате расчёта температуры используются в качестве граничных условий для моделирования теплового режима печатного узла с помощью средств комплекса ТРиАНА, в результате которого могут быть получены температуры всех ЭРИ.

Дополнительно следует отметить, что программный комплекс ТРиАНА имеет качественное методическое обеспечение [6], [7].

Заключение

Проведя анализ основных систем теплофизического проектирования, необходимо отметить, что хотя они и являются мощными инженерными средствами проектирования, но каждая из них содержит в себе ограничения и недостатки. В частности, отсутствуют открытые базы данных унифицированных конструкций теплоотводов, крайне мал уровень автоматизации при выборе способа охлаждения. Недостаточно внимания разработчики систем теплофизического проектирования ЭА уделяют организации информационного обмена с используемыми на территории России CAD и ECAD системами, такими как Mentor PADS, Mentor-ExpeditionPCB, Cadence, Altium и т. д. Отсутствуют аппаратные средства оценки эффективности систем охлаждения — лабораторные и исследовательские стенды. Хотя, именно комплексное исследование математической модели и прототипа разрабатываемой системы охлаждения ЭА, способно обеспечить максимальную надёжность и качество серийного изделия.

В результате проведенного исследования, выявлены недостатки существующих средств теплофизического проектирования. С учётом требований изложенных в работе [8], составлена сравнительная таблица.

Таблица 1

Сравнительная таблица средств теплофизического проектирования ЭА

Параметр

Ansys Icepak

FloTHERM

Qfin

ТРиАНА

Возможность проведения натуральных экспериментов

нет

нет

нет

нет

Наличие базовых конструкций радиаторов и систем охлаждения

нет

нет

В закрытом формате

нет

Моделирование режимов работы радиатора

да

да

да

нет

Возможность инженерного расчёта радиатора

нет

нет

нет

нет

Интеграция с существующими САПР EDA

Не полная

Не полная

Не полная

Не полная

Метод моделирования (условно)

МКЭ

МКЭ

МКЭ

МКР

Учитывая современное развитие информационных технологий, необходимо создание новых, комплексных средств теплофизического проектирования узлов и модулей ЭА. Подобные программно-методические комплексы должны работать в едином информационном поле уже существующих CAM/CAD и ECAD систем. Также, крайне важно иметь в составе подобных комплексов, инструмент проведения натурального эксперимента. Подобные комплексы, объединяющие как известные программные так и новые аппаратные средства уже разрабатываются в ВУЗах России [9,10].

Применение таких программно-методических комплексов, в сочетании с ECAD системами, позволит сократить сроки, повысить качество разрабатываемой радиоаппаратуры и в соответствии с CALS — технологиями организовать весь жизненный цикл устройства.

Литература:

1.        Дульнев, Г. Н. Методы расчёта теплового режима приборов/ Г. Н. Дульнев, В. Г. Парфёнов, А. В. Сигалов. — М.: Радио и связь, 1990. — 240 c.

2.        Ansys Icepak 12.0. Powerful Fluid Dynamics Software for Thermal Management of Electronic Systems: [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.ansys.com/assets/brochures/ansys-icepack-12.0.pdf

3.        FloTHERM Electronics Cooling CFD Software — Mentor Graphics: [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mentor.com/products/mechanical/products/flotherm

4.        Qfin 4.0: [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.qfin.net/drupal/qfin4

5.        Латышев, П. Н. Каталог САПР. Программы и производители/ П. Н. Латышев. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006. — 608 c.

6.        Жаднов, В. В. Управление качеством при проектировании теплонагруженных радиоэлектронных средств/В. В. Жадное, А. В. Сарафанов. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 464 с.

7.        Исследование тепловых характеристик РЭС методами математического моделирования: Монография/В. И. Коваленок, О. В. Межевов, С. В. Работин, А. В. Сарафанов, М. В. Тюкачев, Ю. Н. Кофанов, В. В. Гольдин, В. Г. Журавский.; Под ред. А. В. Сарафанова. М.: Радио и связь, 2003. 456 с.

8.        Горячев Н. В. Концепция создания автоматизированной системы выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2010. № 11. С. 171–176.

9.        Горячев Н. В. Cтенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, П. Г. Андреев, В. А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 162–166.

10.    Горячев Н. В. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплекса / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433–436.

Основные термины (генерируются автоматически): ANSYS, ECAD, теплофизическое проектирование, CAD, нет, программный комплекс, система, анализ, возможность проведения, программный продукт.


Похожие статьи

Анализ комплексных программных решений, реализующих планирование ресурсов предприятия

В статье рассматривается современное состояние рынка информационных систем планирования ресурсов предприятия. Приводится обзор наиболее распространенных программных решений в области автоматизации управления предприятием с выявлением общих характерны...

Особенности материалов для голографических носителей

В статье приведены основные проблемы голографических носителей, рассмотрены современные материалы, использующиеся при разработке, и их особенности. В работе получены показатели минимальных требований, которым должны удовлетворять голографические носи...

Разработка программы для процесса контроля качества целлюлозно-бумажной продукции

В данной статье рассмотрен анализ процесса контроля качества изготовленной продукции на примере целлюлозно-бумажного предприятия, в результате рассматриваются функциональные модели. Выявлены проблемы и определяются пути решения процесса контроля каче...

Исследование диалектических аспектов эволюции технологий стандартных интерфейсов автоматизированных измерительных комплексов: историко-системный анализ

Проведен историко-системный анализ развития основных стандартов автоматизированных измерительных комплексов систем связи в сочетании с рассмотрением особенностей функционирования законов диалектики в ходе развития такой частной области теории телеком...

Изучение сварных соединений в швейном производстве

В статье изучен технологический процесс изготовления швейных изделий из термопластичных материалов сварными соединениями. Выявлены преимущества и недостатки этой технологии. Изучена практическая целесообразность применения данной технологии в массово...

Технологии производства волокнистых материалов из полипропилена и перспективы их применения в качестве нефтесорбентов

Рассмотрены технологии производства волокнистых материалов на основе полипропилена. Охарактеризованы их основные преимущества в качестве сорбционных материалов для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов. Описаны перспективные российские технологи...

Результаты исследований качественных показателей средств индивидуальной защиты

В данной статье приведены результаты исследований физико-механических свойств пакетов существующих многоразовых средств индивидуальной защиты и проведен их сравнительный анализ с пакетами новых моделей, изготовленных из местного сырья.

Сравнительный анализ отечественных и зарубежных систем навигации подвижных наземных объектов

В статье дан сравнительный анализ систем навигации подвижных наземных объектов. Системы иностранного производства имеют более высокие характеристики точности за счет использования дифференциального режима работы спутниковых радионавигационных систем ...

Принципы компьютерной технологии построения системы интеллектуальной поддержки системных исследований

Рассмотрены принципы компьютерной технологии построения системы интеллектуальной поддержки системных исследований (СИПСИ). Предъявлены основные требования к СИПСИ, как объекту автоматизации. Декомпозиция проблемы сводится к решению набора однотипных ...

Оптимизация конструкции измерительного устройства, реализующего неразрушающий контроль полимерных материалов

В работе представлены результаты математического моделирования теплопереноса в полуограниченном теле с целью определения конструктивных и режимных характеристик измерительного устройства (измерительного зонда — ИЗ), предназначенного для реализации ме...

Похожие статьи

Анализ комплексных программных решений, реализующих планирование ресурсов предприятия

В статье рассматривается современное состояние рынка информационных систем планирования ресурсов предприятия. Приводится обзор наиболее распространенных программных решений в области автоматизации управления предприятием с выявлением общих характерны...

Особенности материалов для голографических носителей

В статье приведены основные проблемы голографических носителей, рассмотрены современные материалы, использующиеся при разработке, и их особенности. В работе получены показатели минимальных требований, которым должны удовлетворять голографические носи...

Разработка программы для процесса контроля качества целлюлозно-бумажной продукции

В данной статье рассмотрен анализ процесса контроля качества изготовленной продукции на примере целлюлозно-бумажного предприятия, в результате рассматриваются функциональные модели. Выявлены проблемы и определяются пути решения процесса контроля каче...

Исследование диалектических аспектов эволюции технологий стандартных интерфейсов автоматизированных измерительных комплексов: историко-системный анализ

Проведен историко-системный анализ развития основных стандартов автоматизированных измерительных комплексов систем связи в сочетании с рассмотрением особенностей функционирования законов диалектики в ходе развития такой частной области теории телеком...

Изучение сварных соединений в швейном производстве

В статье изучен технологический процесс изготовления швейных изделий из термопластичных материалов сварными соединениями. Выявлены преимущества и недостатки этой технологии. Изучена практическая целесообразность применения данной технологии в массово...

Технологии производства волокнистых материалов из полипропилена и перспективы их применения в качестве нефтесорбентов

Рассмотрены технологии производства волокнистых материалов на основе полипропилена. Охарактеризованы их основные преимущества в качестве сорбционных материалов для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов. Описаны перспективные российские технологи...

Результаты исследований качественных показателей средств индивидуальной защиты

В данной статье приведены результаты исследований физико-механических свойств пакетов существующих многоразовых средств индивидуальной защиты и проведен их сравнительный анализ с пакетами новых моделей, изготовленных из местного сырья.

Сравнительный анализ отечественных и зарубежных систем навигации подвижных наземных объектов

В статье дан сравнительный анализ систем навигации подвижных наземных объектов. Системы иностранного производства имеют более высокие характеристики точности за счет использования дифференциального режима работы спутниковых радионавигационных систем ...

Принципы компьютерной технологии построения системы интеллектуальной поддержки системных исследований

Рассмотрены принципы компьютерной технологии построения системы интеллектуальной поддержки системных исследований (СИПСИ). Предъявлены основные требования к СИПСИ, как объекту автоматизации. Декомпозиция проблемы сводится к решению набора однотипных ...

Оптимизация конструкции измерительного устройства, реализующего неразрушающий контроль полимерных материалов

В работе представлены результаты математического моделирования теплопереноса в полуограниченном теле с целью определения конструктивных и режимных характеристик измерительного устройства (измерительного зонда — ИЗ), предназначенного для реализации ме...

Задать вопрос