CC BY
58
своей компактности и низким требованиям к вычислительным ресурсам системы. Инструменты программы дают возможность влиять на параметры, являющиеся наиболее значимыми для потенциального пользователя сервиса подобного рода, позволяют производить геометрические преобразования, регулировку цветового
баланса, осуществлять фильтрацию изображения. Как бесплатный, удобный и простой в использовании, программный продукт может конкурировать с рядом настольных приложений аналогичной функциональности, тем самым удачно вписываясь в общую идеологию современного этапа развития интернет-технологий.
Литература
1. У. Прэтт. Цифровая обработка изображений. Изд. Мир, доп. 1982. 781 с.
2. В. А. Сойфер. Компьютерная обработка изображений. Соросовский образовательный журнал, № 3, 1996 г.
3. Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005. 1070 с.
УДК 621.396.69.001.66:53.2
МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ
АППАРАТУРЫ ЗАДАННОЙ
НАДЕЖНОСТИ
В. И. Азарен ков
старший преподаватель кафедры Инженерной и компьютерной графики Харьковского национального университета
радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, Украина, 61166 Контактный тел.: +38-050-524-84-84 E-mail: azarnikov@ukr.net
-□ □-
На основе решения уравнения теплопроводности для прямоугольного параллелепипеда с аналогичными источниками тепла предлагается инженерная методика проектирования конструкции радиоэлектронной аппаратуры, исходя из заданной надежности изделия. В основу проектирования технических устройств положен поиск оптимального решения, т. е. таких значений параметров конструкции, обеспечение которых позволило бы создавать без принципиальных доработок изделия, отвечающие заданным требованиям по надежности или тепловому режиму -□ □-
1. Введение
2. Постановка проблемы
Одним из основных факторов, влияющих на надежность электронной аппаратуры, является температурный режим конструкции. Тепловой режим РЭА (радиоэлектронной аппаратуры) в свою очередь определяется, прежде всего, тепловыми характеристиками элементов, конструктивным выполнением аппаратуры и характеристиками системы охлаждения [1-2]. Разработчики аппаратуры используют известные по техническим условиям тепловые характеристики элементов и вынуждены обеспечивать допустимый тепловой режим РЭА, чтобы обеспечить заданные характеристики конструкции (в том числе и надежность), либо, увеличивая габариты аппаратуры (увеличивая зазоры между элементами, узлами и платами), либо применяя различные дополнительные системы охлаждения, что также приводит к увеличению габаритов.
Исследования влияния различных параметров разрабатываемого изделия на надежность конструкции могут значительно сократить время проектирования аппаратуры за счет разработки специальных методов расчетов конструктивных параметров РЭА исходя из надежности.
Поскольку радиоэлектронный аппарат проектируется из элементов с различной мощностью рассеивания и зависимостью надежности от температуры, должна существовать конструкция аппарата, имеющая максимальную надежность для данного инженерного исполнения.
Данная работа и посвящена разработке инженерной методики расчетов параметров оптимальной по надежности конструкции РЭА на ранних этапах проектирования и выработке обоснованных рекомендаций разработчикам для сокращения сроков разработки изделия.
3. Методика исследований
Теоретические исследования влияния различных конструктивных и теплофизических параметров разрабатываемого изделия на температурный режим и надежность конструкции РЭА и разработка различных методик инженерного расчета базируются на разработке математической модели исследуемого явления [1-5] и экспериментальной проверке полученных результатов [6-7].
Подход к решению рассматриваемой задачи базируется на общем решении уравнения теплопроводности, полученном методом разделения переменных для тел и источников тепла формы параллелепипеда [3] (рис. 1).
4. Анализируется принципиальная электрическая схема и вычисляются коэффициенты нагрузки элементов. Определяются поправочные коэффициенты, учитывающие влияние электрической нагрузки элементов и воздействие температуры окружающей среды.
5. Вычисляются суммарная интенсивность отказов элементов с учетом всех воздействующих факторов
(1)
]=1
Г=1
где Л2Э — суммарная интенсивность отказов элементов, 1/час; Л^ — интенсивность отказов ]-го элемента при стандартных условиях, 1/час; ¥ — поправочный коэффициент для учета воздействий различных внешних факторов, например: влаги, вибраций, радиации; п — количество элементов, шт; т — количество воздействующих факторов, шт.
6. Вычисляется среднее значение коэффициента ф, исходя из типов используемых элементов (см. [1-4, 7])
£ф Л
Ф = ^
(2)
Рисунок 1. Тепловая модель изделия 1 — кожух; 2 — нагретая зона; 3 — источник тепла
4. Методика проектирования аппаратуры
1. Настоящая методика распространяется на радиоэлектронную аппаратуру, работающую в стационарном тепловом режиме с естественным воздушным охлаждением при изменении температуры окружающей среды от минус 60 до плюс 70° С и атмосферного давления от 5 до 1520 мм рт. ст. (от 665 до 202160 Н/м2).
Предлагаемое решение устанавливает методику расчета теплофизических параметров конструкций разрабатываемых стоек, блоков, субблоков, микромодулей, плат с элементами, микросхем и т. д., обеспечивающих заданную надежность проектируемого изделия формы параллелепипеда с симметричным теплообменом на противоположных гранях и температуронезависимыми источниками тепла. Нагретая зона изделий анизотропна с постоянными теплофизическими коэффициентами вдоль набранных направлений координат.
Методика может применяться при разработке новых конструкций РЭА заданной надежности или заданного теплового режима.
2. Выбирается и обосновывается элементная база изделия, определяются интенсивности отказав элементов при стандартных (лабораторных) условиях и коэффициенте нагрузки равном единице.
3. Анализируются условия работы изделия и определяются поправочные коэффициенты, учитывающие воздействие вибраций, ударов, влаги, давления, радиации и т. п.
где ф — экспериментальный коэффициент, определяющий характер воздействия температуры на каждый тип элемента, 1/град; п — количество элементов одного ]-го типа, шт.
7. Вычисляется максимальный допустимый перегрев элементов
Л заданное
V = -
Л-
ЕЭ
ф
(3)
где V — максимально допустимый перегрев элементов, град.
8. Производится компоновка изделия с минимальным зазором между элементами, выбирается начало и направления координат (см. [1-4, 7]).
9. Вычисляются перегревы по координатам
V=т,
(4)
где 1 = х, у, z.
10. Вычисляются удельные мощности по координатам для рядов
Wxj =
•\/2Рх2р7
Wzj =
= , 72Рх2Ру'
(5.1)
(5.2)
(5.3)
где р — мощность источников в j-м ряду, Вт;Wj — удельная мощность вдоль соответствующей координаты в j-м ряду, Вт1/3/м; 2рх, 2ру, 2рг — размеры источников тепла вдоль соответствующих координат, м.
Для каждой координаты набирается ряд с наибольшей удельной рассеиваемой мощностью. Все остальные расчеты будут вестись для выбранных рядов ( - х).
11. Вычисляются площади поверхности кожуха
13.1.4. Вычисляется коэффициент теплопередачи
^ = X 2Т1 '2Тч
(6)
1=х,у^ Я = x,y,z
(7)
и нагретой зоны
Sнз =Х 21± ■ 21ч>
i=x,y,z q=x,y,z
где Sk ,SнЗ — соответственно площадь кожуха и нагретой зоны, м2; 2L — размер кожуха вдоль координат, м; 21 — размер нагретой зоны вдоль координат, м.
12. Вычисляются удельные поверхностные мощности кожуха
£ Р
= ^
и нагретой зоны
ЕР
Wsнз =
(8)
(9)
где , WsнЗ — удельные поверхностные мощности соответственно кожуха и нагретой зоны, Вт/м2.
13. Определяются коэффициенты теплопередачи К11 и К21 (1 = х, у, 7).
Далее возможны три варианта расчетов (см. 13.1, 13.2 и 13.3).
13.1. К1х = К2х = К1у = К2у = К17 = К* = К.
13.1.1. По графику (рис. 2), исходя из WsK, определяется VD'.
13.1.2. По графику (рис. 3), исходя из WsНЗ, определяется VD".
13.1.3. Вычисляется общий перепад температур
VD = VD' + Vг
(10)
к=
Wsнз VD '
(11)
где К — коэффициент теплопередачи от граней нагретой зоны к окружающей среде, Вт/м2, град.
13.2. К1х = К2х * К1у = К2у * К17 = К*.
13.2.1. Определяется суммарный (лучистый и конвективный) коэффициент теплообмена граней кожуха с окружающей средой, а.
13.2.2. Вычисляются площади граней нагретой зоны и кожуха изделия
^нз = 21у ■;
^НЗ = 21х ■ 2lz ; SzНЗ = 21х ■ 21у.
Аналогично
Sx,y,zK
= 2Т ' 2Т
(12)
(13)
13.2.3. Определяются суммарные коэффициенты теплообмена между соответствующими поверхностями граней зоны и кожуха и окружающей среды
Ki = -
ШЗ
1 +
КйнЗ
(14)
а — суммарный (лучистый и конвективный) коэффициент теплообмена граней кожуха с окружающей средой, Вт/м2 ' град; К' — суммарный коэффициент теплообмена нагретой зоны и кожуха, Вт/м2 - град; 1 = х, у, 7.
13.3. При повторных циклах расчетов, а также для сложных элементов (блоков, модулей, плат т. д.), находящихся внутри нагретой зоны
К =
= ^НЗ]
V
(15)
V,
60
50
40
30
20
10
°с
5 6] I ¿300
300 61 ¿1520
Вт м-
100 200
300
400 500
Щк
Рисунок 2. Зависимость перегрева кожуха изделия VD' над окружающей средой от удельной мощности рассеивания WSK Н — давление воздуха, мм рт. ст
50
40
30
20
10
°С г в
г___
в
5 ¿Н^ЗО 3 /
300 _н ¿1520
Вт м-
100 200
300
400 500
Рисунок 3. Зависимость перегрева нагретой зоны VD" над кожухом от удельной мощности рассеивания WSнз г — горизонтальное размещение плат с элементами; в — вертикальное размещение плат с элементами; Н — давление воздуха, мм рт. ст
14. Задаются обоснованными нужными коэффициентами эффективной теплопроводности V (Вт/м ■ град).
15. Вычисляются критерии Био
В11 =
К1 ■ 211 X' .
(16)
16. Вычисляются собственные числа характеристического уравнения ц:
Ц1
^ ц = в-.
(17)
17. Вычисляется коэффициент эффективной теплопроводности вдоль оси х в выбранном ряду
N
з 55 р
V I „^
Ух1 21х х
(Цх + S1n Цх )
(18)
где N — количество источников в выбранном ряду, шт.
18. Сравнивается полученное значение Хх с заданным значением Хх' (см. п. 14):
Iхх ^ £.
(19)
19. При несовпадении значений Хх и Хх' с достаточной степенью точности £ полученная эффективная теплопроводность считается истинной и пункты расчетов 15-17 повторяются до тех пор, пока полученное и принятое значения эффективной теплопроводности не совпадут.
20. Анализируется полученное необходимое значение Хх. Если его необходимо (с точки зрения конструктора или по иной причине) сделать меньше, то разработчик, изменяя параметры 21х и Кх, повторяет цикл расчетов п. п. 11-19 до тех пор, пока не получит искомое и удовлетворяющее его значение интересующих параметров.
21. Повторяются расчеты согласованно п. п. 11-16 относительно координаты у.
22. Вычисляется коэффициент эффективной теплопроводности вдоль оси у:
ХУ = 2"
N
3 5 ^ 2
Цх I хх
X х
21хI х
VУ [2у](Цу + ^пЦу)
(20)
23. Повторяются расчеты согласно п. п. 18-20 для координаты у.
24. Повторяются расчеты согласно п. п. 11-16 относительно координаты z.
25. Вычисляется коэффициент эффективной теплопроводности вдоль оси z:
р
Й Хх +[^ I ХУ
V2 (](ц*+slnцz)
Цх)2 х х
21,
121У
(21)
26. Повторяются расчеты согласно п. п. 18-20 для координаты 2.
27. Производится выбор конструкционных материалов и проектируется изделие т. о., чтобы вдоль выбранных направлений координат значения реальной эффективной теплопроводности было бы не меньше расчетного.
28. При необходимости производится поверочный расчет теплового режима спроектированного аппарата.
5. Заключение
В результате использования данной методики мы получаем расчетные значения конструктивных параметров разрабатываемой аппаратуры, обеспечив которые в результате проектирования изделия, мы можем быть уверены, что исходные данные технического задания (надежность, тепловой режим) будут обеспечены. Связь между тепловым режимом РЭА и надежностью известна, и в нашем случае последняя обеспечивается за счет обеспечения теплового режима изделия.
Отметим, что в начале проектирования осуществляется предварительная компоновка изделия. Такая компоновка производится для начального определения минимально возможного объема. Расчеты с такими габаритами производятся в том случае, если стоит задача синтеза оптимального по габаритам аппарата. Если ограничений по объему нет, то элементы размещают с требуемой или произвольной плотностью монтажа.
Компоновка производится т. о., чтобы перепад температур в нагретой зоне был минимальным. Для этого, взяв источник тепла с максимальной удельной мощностью рассеивания (или тот, тепловой режим которого необходимо обязательно облегчить), мы помещаем его на краю нагретой зоны; следующий, с меньшей рассеиваемой мощностью — с другого края нагретой зоны. Остальные источники размещаются рядом с первым и вторым вглубь нагретой зоны т. о., что чем дальше источник от граней нагретой зоны, тем рассеиваемая удельная мощность его должна быть меньше. При этом источник с минимальной мощностью оказывается в середине зоны. Если источники одинаковы по мощности — размещение ведется с целью облегчения теплового режима наиболее важных элементов. Если ограничений никаких нет — размещение осуществляется произвольным образом. При этом выделяются характерные ряды (упорядоченное размещение источников) вдоль выбранных направлений координат.
Предварительная компоновка конструкции может быть осуществлена и по другим критериям. В этом случае тепловой режим будет обеспечиваться в пределах полученного в результате этой компоновки объема.
Данная методика воплощена в жизнь в виде стандарта предприятия [8] и экспериментально проверена при разработке систем управления газовых станций «КВАРЦ», успешно эксплуатируемых и по сей день в тяжелейших температурных условиях средней Азии в поселке Газли под Бухарой [7, 8].
Данная методика также внедрена в производство и используется на Курском ПО «ПРИБОР» министерства авиапромышленности.
Литература
1. Роткоп Л. Л., Спокойный Ю. Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. — М.: Сов. радио, 1976. — 232 с.
хх = 2
х
Х2 = 2
у
2
I
2. Дульнев Г. Н., Семяшкин Э. М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. — Л.: Энергия, 1968. — 360 с.
3. Азаренков В. И. К вопросу разработки общего подхода к расчету нестационарных температурных полей электронных аппаратов различной геометрической формы // Восточно-европейский журнал передовых технологий. Вып. 5/2 (17) 2005. — с. 64-68.
4. Азаренков В. И. Обеспечение теплового режима ЭВС на ранних этапах проектирования // Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. 1997. — Вып. 103. — с. 65-71.
5. Азаренков В. И. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры заданной надежности // Восточно-европейский журнал передовых технологий. Вып. 4/2 (16) 2005. — с. 17-21.
6. Майко И. М., Азаренков В. И. Исследование температурного поля радиоэлектронных устройств в стоечном исполнении. — В кн.: Локальные автоматизированные системы автоматики. Сб. науч. тр. — Киев, 1979. — с. 148-151.
7. Азаренков В. И., Синотин А. М., Хомицкий О. В. и др. Исследование температурных полей и разработка теплофизических методов конструирования многоблочной электронно-релейной аппаратуры систем управления газовой промышленности. Конструкционная надежность: Отчет по науч.-исслед. работе. ГР № 75041325. Харьков: ХИРЭ, 1978. — 137 л.
8. Азаренков В. И., Майко И. М. и др. СТП 8830-2-79. Аппаратура радиоэлектронная. Методика синтеза аппаратуры заданной надежности: Стандарт предприятия ВНИПИАСУГазПром. — Харьков, 1979. — 18 с.
9. Майко И. М., Оксман А. Л., Синотин А. М., Азаренков В. И. Анализ теплового режима стойки «Кварц». — Автоматизация, телемеханизация и связь в газовой промышленности. Реферативный сборник ВНИПИАСУГазПром, вып. 5, 1979. — с. 5-7.
У cmammi наведено нове визна-чення часових видношень на o^oei метамоментног структури часу. Проведено класифжацю часових видношень за наявтстю часових атрибутiв та за кшьтстю wто-ричних кортежiв
УДК 004.413
ЧАСОВ1 БАЗИ ДАНИХ З МЕТАМОМЕНТНОЮ СТРУКТУРОЮ ЧАСУ
П . I. Ж е ж н и ч
кандидат техычних наук, доцент доцент кафедри «1нформацты системи i мережЬ», заступник декана повноТ освЬи шституту комп'ютерних наук та шформацтних технолопй Нацюнального ушверситету «Львiвська полЬехшка» вул. С. Бандери, 12, м. Львiв, УкраТна, 79013 Контактний тел: (032) 2582-391, (032) 2582-538
Вступ
Час — це об'ективна властивкть навколишнього свь ту, оскшьки будь-як об'екти, поняття чи процеси мають ввдношення до часу. Питання «Що таке час?» вже понад двi тисячi роюв щкавить фiлософiв. Було запропоновано pi3Hi фшософсью концепцп часу, як змшювали одна одну. Але вже понад столигя категорiя часу найбшьше щкавить не фшософш, а науку. Розвиток шформацшних технологш в черговий раз зосередив увагу дослщниюв на факторi часу, зокрема, при дослщженш систем баз даних [1].
Час у традицшних системах баз даних фактично пщ-тримуеться на рiвнi визначеного користувачем часу (тоб-то, значення атрибута вибираються з часового домену). Наприклад, в стандарт SQL, тип Date мае деталiзацiю до дня; Time мае деталiзацiю до секунди з дiапазоном до 100 годин; Timestamp поеднуе два попередш типи з деталiзацiею до секунди (кнують варiанти деталiзащi до доль секунди).
Таким чином, на тепершнш момент традицшт системи баз даних не розрiзняють контексти часу (навиь
дшсний час та час транзакцп, без яких практично не може належним чином кнувати жодна шформацшна система), i в найближчш перспективi це не передбача-еться. Звщси випливае, що уся «часова» обробка даних у сучасних шформацшних системах проводиться на рiв-т функцш шформацшно! системи, що вимагае певних «домовленостей» штерпретацп часу мiж розробниками й користувачами.
Додавання часово! семантики до реляцшно! моделi виявилося нетривiальною задачею [2, 3, 4, 5, 6]. За остант 15 роюв запропоновано деюлька десятюв розширених моделей даних. Бшьшкть з цих моделей тдтримують дшсний час [7]. Деяю також тдтримують час транзакцп — таю моделi називають бiчасовими [8]. О^м бь часових моделей розглядають також узагальнеш моделi даних з юлькома часами транзакцп [9] та довшьними часовими параметрами [10].
Ми розглянемо часовi вiдношення з довiльним числом часових параметрiв без специфжацп дiйсного часу чи часу транзакцп, яю будемо називати узагальненими часовими вщношеннями. Цi вiдношення будуть Грунтуватися на метамоментнiй структурi часу.
