Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 143

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Условие (5.5.1) можно содержательно интерпретировать одним из следующих требований: .

—минимум суммарной длины соединительных проводников;

—минимум числа проводников, длина которых больше неко­ торой заданной;

—минимум суммарной длины проводников, соединяющих источ­ ник сигнала с его наиболее удаленной нагрузкой;

—минимум суммарной длины проводников, соединяющих мон­ тажные точки, относящиеся к одному сигналу;

—максимально близкое размещение элементов, имеющих наи­

большее число проводников;

—минимум числа пересечений проводников;

—минимум числа проводников, подходящих к одной монтажной

точке.

Эти требования минимизируют стоимость, вес и объем монтажа,

но не учитывают электрических свойств проводников. Их можно применять в том случае, если практически исключено влияние одних проводников на другие. Если же это влияние значительно, необ­ ходимо ввести соответствующее ограничение и тем самым сокра­

тить область, на которой отыскивается минимум выражения (5.5.1).

Поиску оптимальной конструктивной топологии предшествует

этап разбиения общей принципиальной электрической схемы устрой­

ства на части, соответствующие конструктивным уровням. Рассмо­ трим вопрос решения задачи поиска оптимальной конструктивной топологии на уровне ячейки и прибора.

Исходными данными для решения этой задачи являются:

—принципиальная электрическая схема;

—габариты монтажной платы;

—геометрические размеры применяемых элементов;

—конструктивно-технологические требования к монтажу. Основным источником информации при компоновке является

принципиально-монтажная схема, которая включает в себя описа­

ние модулей (ячеек), разъемов и соединений.

Компоновка элементов (модуля, ячейки и т. д.) принципиально­ монтажной схемы в монтажном пространстве должна осуществляться

сучетом:

—особенностей конструкции унифицированных элементов;

—методов изготовления монтажных плат (панелей, приборов,

стоек);

—возможности максимальной механизации и автоматизации

процесса изготовления и сборки;

— взаимных расстояний между центрами соседних элементов,

которое определяется как Г + /от и I" + hn (мм), где Г и Г — раз­ меры унифицированных элементов в соответствующих измерениях; h — шаг координатной сетки монтажной платы; X = 0, 1, 2, . . .

(рис. 5.11).

Принципиально-монтажную схему устройства любого уровня

можно рассматривать

как мультиграф G = (/?У), определяемый

множеством вершин R

= \R(\, i = 1, п и множеством связей между

13

195

ними V = \ Vj\,

j

— 1, т . Вершинами этого графа являются КФУ,

а ребрами — связи между

контактами.

 

 

 

 

 

 

 

Для описания

мультиграфа G =

{RV)

используется

 

матрица

связности С =

\сц\, представляющая

собой

квадратную

 

матрицу

 

 

 

 

\С]пхп, элементы

которой

с1У-

 

 

 

 

(t,

j 6 h)

равны

ос,

если

вер­

 

 

 

 

шины Rt и Rj графа G = (R , V)

 

 

 

 

связаны

дугами

Vtj,

 

и нулю

 

 

 

 

в

противном

случае.

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример представления прин­

 

 

 

 

ципиально-монтажной схемы ус­

 

 

 

 

тройства (рис. 5.12)

 

в ,

виде

 

 

 

 

мультиграфа

и матрицы связно­

 

 

 

 

сти

показан

на рис.

5.13.

 

 

 

 

 

 

Если

необходимо

 

исследо­

 

 

 

 

вать

только связность

мульти­

 

 

 

 

графа, то он заменяется графом

 

 

 

 

G'

=

(R,

Г), а матрица связно­

 

 

 

 

сти

[С ]

заменяется

 

матрицей

собой квадратную

матрицу

 

смежности [Л], представляющей

[А ]„х„ с элементами

 

 

 

 

 

 

 

ги =

1,

если

Rj^YRi,

 

 

 

 

 

 

 

О,

если

RjGTR^

 

 

 

 

 

Монтажное

пространство

характеризуется

конечным

числом

мест N для размещения КФУ и числом слоев М,

в которых распо-

Рис. 5.12.

лагаются трассы коммутационных соединений. Номера мест, на

которых могут размещаться КФУ, образуют множество

р = { р {\,

=

Л е д

Каждому месту соответствуют координаты х, у, z в монтажном пространстве, имеющем заданную геометрическую форму и раз­

196

меры. Эти координаты характеризуют положение геометрического

центра места. Размер места определяется физическими размерами

КФУ или переходного устройства, количеством контактов переход­

ного устройства и их координатами. Для регулярного монтажного

пространства координаты установочных мест заранее известны, для

/ 1

3.4 5

 

О 4 13 4 24

1

4 0

19 5 2

г

73 19

0 13 4

3

4 813 ОЛ

4

24 2 4/7 О

,1

нерегулярного их требуется определить. На рис. 5.14 показана

схема регулярного монтажного пространства, у которого коорди­

ната 2 = 0.

Расстояние или длина связи между элементами зависит от спо­

соба монтажа. Для жесткого навесного монтажа это расстояние

определяется

выражением

 

у

 

 

 

d-ц + I x i +

X j \ - \ - \ y { — i j j |.

 

 

У

<Хк,Ук)

 

 

• 1х',к

Для печатного монтажа можно толь­

 

 

 

о{

X

ко приближенно определить длину про­

 

водов,

используя выражение

 

 

 

 

 

d ii

V {Xi +

X/)* - 'г

(у I — Уif

■

 

 

 

 

Взаимное влияние

элементов

друг

о

 

х

на друга (тепловое, электромагнитное,

 

рис. 5.14.

функциональное) можно учесть введе­

 

 

 

нием весовых

коэффициентов

Q; .

Матрица

весов

имеет

вид:

 

 

 

 

 

 

Qi

 

 

 

 

 

 

 

Q =

Q2

 

 

 

L Qn J

С учетом матрицы весов элементы матрицы связности опреде­ ляются из выражения

Cij =

С{ j Q i .

Координаты контактов модуля

или разъема могут быть заданы

в монтажном пространстве относительно координат центра монтаж­

ного места. На рис. 5.14 точкой обозначен контакт модуля, показаны координаты центра монтажного места (хм, ум) и координаты кон­

197

такта относительно начала отсчета (хк, ук) для данного монтажного пространства и относительно центра монтажного места (х'к, у'ку

Суммарная длина соединений между КФУ определяется выра­ жением

Wk = 0 , b i i L ih

(= 1 /= 1

 

где k — номер варианта размещения; Ь ц =

h i — длина всех про­

водников 1 ц, соединяющих КФУ с номерами

i и /.

На этапе компоновки КФУ невозможно определить истинную

длину будущих проводных соединений, поэтому целесообразно харак­ теризовать целевую функцию приближенной величиной, отражаю­

щей качество размещения в виде

 

 

 

W = 0,5 £

i c udu,

(5.5.2)

i=

1 / = 1

 

 

где Сц— элемент матрицы связности

[С]; dtj— расстояние между

вершинами Rt и Rj.

 

 

 

Обозначим множество возможных

размещений

5 = {5А}, k =

=■, где N — число монтажных мест, п — число КФУ-

Величина W является нормой взвешенных длин проводных свя­ зей. Так как при любом размещении S,- величина ctj = const, то W зависит только от расстояния между вершинами мультиграфа G.

Задача оптимального размещения КФУ в монтажном простран­

стве может быть сформулирована как задача о размещении множества

R = {Л*;} (при i =

1, N) вершин мультиграфа G = (R,

V) на

мно­

жестве мест Р = \Pt\ (при i = 1, М,

М > N).

На множестве

воз­

можных размещений 5 =

{S (-j (при i =

1, k) требуется найти такое

размещение

S * £ S,

для

которого функционал

(5.5.2)

принимает

минимальное

значение.

 

 

 

 

 

Выбор величины (5.5.2) в качестве целевой функции объясняется тем, что уменьшение взвешенных длин связей между КФУ улучшает помехоустойчивость и надежность устройства и уменьшает трудоем­

кость его изготовления.

Задача может быть решена методами дискретного программиро­ вания, однако известные вычислительные методы являются весьма

сложными и громоздкими. В связи с этим рассмотрим один из мето­ дов, позволяющих сократить перебор и тем самым уменьшить время

решения задачи на ЭВМ и требуемый объем памяти машины. Этот

метод основан на последовательном размещении КФУ в порядке

очередности по степени связности.

Исходной информацией для использования метода являются: матрица связности [С], координаты КФУ (вершин мультиграфа)

в монтажном пространстве, размеры КФУ и монтажного простран­ ства, количество закрепленных КФУ и их координаты,

198

Решение задачи разбивается на два этапа:

—определение последовательности закрепления КФУ (вершин мультиграфа);

—назначение вершины на свободное место в регулярном мон­ тажном пространстве.

Перейдем к описанию алгоритма размещения вершин мульти­

графа в монтажном пространстве. Вначале установим закрепленные

вершины, соответствующие разъемам, контактным группам или

КФУ, для которых определены места разработчиком. Среди неза­ крепленных вершин выбирается вершина, наиболее сильно связан­

ная с закрепленными,

т. е. удовлетворяющая

условию с1к =

т

 

 

-- шах ^ ckj (k — номер

выбранной вершины, т

— число закреп-

у=1

ленных вершин), и запоминается; если таких вершин оказывается

несколько, то из их

числа выбирается

наименее сильно связанная

с

незакрепленными

вершинами, т. е.

удовлетворяющая

условию

 

П

 

 

 

с*к

= min ^ Ck*j (п — число незакрепленных вершин, k*

— номер

/=1

выбранной для упорядочения вершины), и тоже запоминается в по­ следовательности, соответствующей ее весу. Так продолжается до

тех пор, пока все вершины не будут упорядочены. Результат упоря­

дочения вершин выдается на печать. Затем из числа упорядоченных

вершин, предназначенных для закрепления в монтажном простран­

стве, выбирается первая вершина и устанавливается в первое сво­ бодное место монтажного пространства, которое соответствует ли­

нейным размерам КФУ. Если условие вместимости / >

Lk, I > L 0

где I — размер последовательно расположенных свободных монтаж­

ных мест, Lk — линейный размер КФУ, L 0 — размер

монтажной

плоскости по оси X, не выполняется, то ищется другое свободное

место. При выполнении этого условия выбранная вершина распо­ лагается на свободном месте в монтажном пространстве, соответ­ ствующем минимуму суммы расстояний этой вершины от всех за­ крепленных вершин, с которыми она связана, т. е.

га

 

D* = m in 2 > *A /-

(5-5-3)

i=l

 

Если это условие все же не выполняется, машина останавливается и требуется коррекция со стороны оператора.

При наличии нескольких свободных мест, удовлетворяющих ус­

ловию (5.5.3), методом случайного назначения вершины устанавли­

ваются на свободные места и закрепляются. При этом все возможные

места размещения и сами вершины выводятся на печать. Установ­ ленная таким образом вершина считается закрепленной. Следующая вершина, подлежащая закреплению, выбирается аналогично и про­

цесс продолжается до тех пор, пока все вершины мультиграфа (т. е. все КФУ) не будут закреплены в монтажном пространстве.

199

Смотрите также файлы