Научная статья на тему 'Разработка методов и алгоритмов автоматизированного проектирования разъемных соединении аппаратуры и систем космического аппарата'

Разработка методов и алгоритмов автоматизированного проектирования разъемных соединении аппаратуры и систем космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
216
57
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Кочев Ю. В.

Электрическое проектирование разъемных соединении аппаратуры и систем КА является слоэюным и ответ-ственным проектно-конструкторским этапом разработки КА. Для эффективного решения этой задачи необходимо применять специализированное программное обеспечение, гарантирующее сквозное проектирование, начиная с разработки электрических схем систем КА и заканчивая разработкой Км на изготовление кабелей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Кочев Ю. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPING METHODS AND ALGORITHMS OF COMPUTER-AIDED DESIGNING ELECTRICAL CABLES OF SPACECRAFT SUBSYSTEMS AND EQUIPMENT

Electrical designing of the spacecraft subsystems and equipment cables is a complex and important engineering stage of the spacecraft development. To solve this problem efficiently it is necessary to use specific software providing end-to-end designing from the development of the spacecraft subsystems electric circuits to the development of the cable manufacturing design documentation.

Текст научной работы на тему «Разработка методов и алгоритмов автоматизированного проектирования разъемных соединении аппаратуры и систем космического аппарата»

Таблица 4

Основные классы объектов

Класс Назначение

TPrib Объект - блок прибора, соответствующая таблица блоков приборов - РгіЬ. В состав блока прибора входит массив объектов TSoed - соединителей

TSoed Объект - соединитель, соответствующая таблица промежуточных соединителей - PromSoed. В состав соединителя входит массив контактов - объектов класса ТСо^ай. Кроме того, соединитель ссышается на обозначение соединителя из таблицы OboznSoed класса TOboznSoed и на блок прибора (если соединитель не является промежуточным) из таблицы РгіЬ класса ТРгіЬ

TOboznSoed Объект - обозначение соединителя, соответствующая таблица обозначений соединителей - OboznSoed

TContact Объект-контакт

TCabel Объект-кабель, соответствующая таблица кабелей - СаЬеІ. В состав кабеля входит массив соединений -объектов класса TSoedin

TSoedin Объект - соединение кабеля. Соединение кабеля ссылается на 2 соединителя (объекты класса TSoed). В состав соединения входит массив проводов - объектов класса Т^ге

TWire Объект - провод. Провод ссылается на 2 объекта класса ТСс^ай

Y. V. Kochev, V. A. Raevskiy

DESIGNING AND SERVICE SUBSYSTEMS OF SPACECRAFT SUBSYSTEMS AND EQUIPMENT CABLES ELECTRIC CIRCUITS CAD

Specific software which provides end-to-end designing from the development of the spacecraft systems electric circuits to the development of the cable manufacturing design documentation was designed in the joint-stock company «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems» to solve the problem ofspacecraft cable network designing efficiently. Functional partitioning of CAD software tools into designing and service subsystems has allowed to systematize the problems of the designing and provided the complex method for the creation of suitable user interface.

УЦК 629.78.064.5:621.315.2

Ю. В. Кочев

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АППАРАТУРЫ И СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Электрическое проектирование разъемных соединений аппаратуры и систем КА является сложным и ответственным проектно-конструкторским этапом разработки КА. Для эффективного решения этой задачи необходимо применять специализированное программное обеспечение, гарантирующее сквозное проектирование, начиная с разработки электрических схем систем КА и заканчивая разработкой КД на изготовление кабелей.

Учитывая большое число межблочных и межсистем-ных электрических связей КА, разработка сети электрических разъемных соединений КА требует значительного количества времени. Ошибки, допущенные в процессе проектирования, зачастую обнаруживаются уже после изготовления разъемных соединений, во время электрических испытаний систем КА. Обнаружение ошибок и их устранение связано со значительными временными и материальными затратами.

Несмотря на то, что в настоящее время в ОАО «ИСС» осуществляется переход на мультиплексный канал обмена, что влечет уменьшение числа соединительных линий, проблема минимизации количества ошибок, внесенных разработчиком при создании сети электрических разъемных соединений КА, остается актуальной. Очевидно, что применение вычислительной техники и специализированного программного обеспечения по-

зволит эффективно решать перечисленные задачи проектирования.

Идеальным с точки зрения оптимизации проектирования, минимизации используемых форматов данных и эффективного обучения специалистов-разработчиков разъемных соединений является применение некой единой системы сквозного проектирования, в полной мере охватывающей всю имеющую место в ОАО «ИСС» последовательность этапов разработки кабельной документации [1]. Однако проведенный ОАО «ИСС» анализ средств проектирования кабельной сети КА показал, что на современном рынке такие программные средства отсутствуют.

Мы предлагаем методы автоматизированного проектирования разъемных соединений и алгоритмы взаимодействия программного обеспечения, позволяющие при минимальном составе используемых программных средств решать задачи сквозного проектирования кабель-

ной сети КА применительно к последовательности проектирования, используемой в ОАО «ИСС».

Этапы разработки кабельной документации. Рассмотрим последовательность этапов разработки кабельной документации (рис. 1).

На начальном этапе проектирования системы КА отдел-разработчик системы определяет необходимый приборный состав. Приборный состав формируется в зависимости от назначения КА, его орбиты, энергетики, точностных характеристик ориентации, режимов работы и пр. [2]. В отдел-разработчик системы от разработчиков приборов поступают исходные данные (ИД) в виде схем подключения. В этих исходных данных содержится информация о назначении контактов соединителей приборов и представлены схемы межблочных кабелей (в случае, если прибор состоит из нескольких блоков). Кроме схем подключения приборов на начальном этапе проектирования также определяются интерфейсы с другими системами КА. В ходе данной работы согласуются распайки промежуточных интерфейсных соединителей.

Исходя из выбранного приборного состава системы КА и исходных данных, включающих схемы подключения приборов и интерфейсы с другими системами, разрабатывается электрическая схема разъемных соединений системы КА [2].

В процессе электрического проектирования отделом-разработчиком системы выпускаются следующие документы:

- схема электрическая общая системы КА (Э6);

- перечень элементов общей схемы (ПЭ6);

- схема электрическая принципиальная системы КА (Э3);

- перечень элементов принципиальной схемы (ПЭ3).

Указанная документация необходима для работы при испытаниях, отладке и штатном использовании КА и его систем. Кроме того, принципиальные схемы Э3 систем КА являются исходными данными для создания штатной кабельной документации отделом-разработчиком кабелей.

В настоящее время в ОАО «ИСС» проводится работа по внедрению в процесс проектирования кабельной сети КА трехмерного моделирования раскладки сети разъемных соединений с целью оптимизации их массовых характеристик и геометрического расположения на борту КА. Кроме того, трехмерное моделирование позволяет рассчитывать оптимальную геометрию вспомогательных устройств (кронштейны), а также прослеживать технологический процесс и физическую реализуемость стыковки разъемных соединений КА.

Сквозное проектирование кабелей. Решение задачи разработки и создания кабельной сети КА с помощью традиционного графического программного обеспечения, такого как AutoCAD, Visio, Corel Draw и пр., представляется малоэффективным, поскольку такой путь неизбежно ведет к многократной обработке ИД, что значительно повышает вероятность занесения неверных схемных данных, в результате чего, выпущенные документы будут противоречить друг другу.

Приведем пример. В системах КА многие приборы зарезервированы, поэтому, если разработчик пользуется традиционным графическим ПО, он вынужден даже в рамках создания одного документа несколько раз обрабатывать одни и те же исходные данные - схему подключения прибора. Сначала разработчик создает общую схему системы КА и перечень элементов общей схемы, затем разрабатывается принципиальная схема с соответ-

Рис. 1. Последовательность этапов разработки кабельной документации в ОАО «ИСС»

ствующим перечнем элементов. Завершается проектирование выпуском штатной кабельной документации. Все эти этапы вновь повторяют обработку исходных данных.

Внедрение программного обеспечения для сквозного проектирования кабелей позволит исключить повторный ввод исходных данных, что сведет к минимуму вероятности появления ошибок на стыках этапов разработки разъемных соединений аппаратуры и систем КА. Кроме того, использование специализированных программных пакетов для проектирования кабелей позволит значительно ускорить процесс разработки кабельной документации.

Проведенный ОАО «ИСС» анализ средств проектирования кабельной сети КА показал, что существующее на современном рынке программное обеспечение, реализующее процесс электрического проектирования, не может в полной мере охватить всю имеющую место в ОАО «ИСС» последовательность этапов разработки кабельной документации.

С подобной проблемой сталкиваются и другие предприятия. По имеющейся информации, для решения задач электрического проектирования используется уникальное, разработанное конкретными фирмами (или по их заказу) ПО, которое поддерживает последовательность и стандарты проектирования, принятые на этих фирмах.

В качестве базовой системы сквозного проектирования в ОАО «ИСС» используется САПР CATIA V5. Однако функциональность электрических модулей в CATIA V5 позволяет реализовывать лишь ту часть электротехнического проекта, которая связана с трехмерным проектированием кабельной сети КА (раскладка жгутов и кабелей). При этом достаточно остро ощущается отсутствие программных средств графического ввода исходных схемных данных, в соответствии с которыми должна происходить 3D-реализация проекта.

Интерфейс с CATIA V5 реализуется на основе XML-таблиц, содержащих кабельную информацию (соединители, контакты, провода, и т. д.) [3]. Зная формат XML-таблицы, можно заносить исходные схемные данные «вручную».

Компания «Thales Alenia Space» (TAS) в качестве системы сквозного проектирования также использует САПР CATIA. При этом исходные схемные данные вводятся в виде таблиц, а для решения задач оптимизации кабельной сети (расчет падений напряжений, определение оптимальных длин и площадей сечений проводов и т. д.) используется программа «Эверест», которая осуществляет взаимодействие с САПР CATIA. Фактически программа «Эверест» представляет собой набор макросов, которые преобразуют исходные схемные данные, вводимые разработчиком с помощью Microsoft Excel, в формат, распознаваемый системой CATIA V5. При этом форма заполнения таблиц Microsoft Excel является жестко определенной. Программа «Эверест» уникальна, ее разрабатывали исключительно по требованиям компании TAS.

Примером сквозного проектирования кабелей Thales Alenia Space может служить рис. 2.

Очевидно, что графический способ ввода исходных схемных данных является более наглядным и надежным, чем ввод схемных данных с помощью таблиц Microsoft Excel. В ОАО «ИСС» для решения задачи ввода исходных схемных данных

и реализации процесса сквозного проектирования сети разъемных соединений аппаратуры и систем КА было разработано программное обеспечение, позволяющее создавать кабельную документацию в соответствии с установленными на предприятии перечнем и последовательностью проектирования разъемных соединений.

табличное представление схемных данных (Формат Excel)

СПИСОК длин и сечения проводов

► калькуляция массы

расчет падения напряжений

Catia

трехмерная модель прокладки кабельной сети

1..........

КД на изготовление

кабельной сети КА

Рис. 2. Цепочка сквозного проектирования кабелей TAS

Перечислим требования, которые были предъявлены к разрабатываемому программному обеспечению автоматизированного создания электрических схем разъемных соединений:

- решение задачи сквозного электрического проектирования систем КА в соответствии с установленным на предприятии перечнем выпускаемых документов (электрические общие и принципиальные схемы систем КА и соответствующие перечни элементов, принципиальные схемы разъемных соединений);

- соответствие графического отображения элементов созданных электрических схем отечественным стандартам и стандартам предприятия;

- простой, интуитивно понятный пользовательский интерфейс;

- возможность экспорта созданных графических файлов в форматы традиционного графического ПО (например AutoCAD);

- возможность преобразования исходных схемных данных для дальнейшей реализации трехмерного моделирования раскладки кабельной сети КА средствами САПР CATIA V5.

Учитывая, что большинство приборов входят в состав систем различных КА, еще одним требованием к разрабатываемому ПО стало создание базы моделей приборов, которые могли бы быть использованы в процессе создания схемной документации.

В настоящее время реализована функция программы, которая позволяет автоматически генерировать таблицы Microsoft Excel исходных схемных данных в форме, принятой в компании TAS. Указанные таблицы Microsoft Excel, представляющие собой список электрических связей каждого соединителя, содержат необходимую кабельную информацию для дальнейшей реализации трехмерного моделирования раскладки разъемных соединений средствами САПР CATIA V5.

Указанная возможность разработанного программного обеспечения позволяет усовершенствовать цепочку сквозного проектирования, применяемую в компании TAS. Ниже приведены алгоритмы взаимодействия программного обеспечения, реализующие сквозной процесс проектирования разъемных соединений аппаратуры и систем КА (рис. 3). В рамках предлагаемых вариантов цепочек сквозного проектирования будут автоматизированно создаваться кабельная документация, перечень и последовательность разработки которой соответствуют установленным на предприятии стандартам, трехмерное моделирование раскладки сети разъемных соединений и оптимизация их параметров.

Под программным обеспечением, оптимизирующим параметры кабельной сети, подразумевается программа «Эверест» либо любая другая программа, осуществляющая взаимодействие с САПР САТ1А.

Разработанное программное обеспечение, реализующее графический ввод исходных схемных данных, позволяет решать задачи сквозного проектирования электрических разъемных соединений аппаратуры и систем КА благодаря следующему обеспечению:

- выбранной архитектуре построения (ПО состоит из программных блоков, разделенных функционально и оформленных в виде отдельных дочерних окон);

- пользовательскому интерфейсу, который обеспечивает строгое следование этапам электрического проектирования системы КА;

- структуре используемых программой данных.

Интерфейс разработанного ПО. Созданное программное обеспечение представляет собой несколько разделенных функционально программных блоков, оформленных в виде отдельных дочерних окон, которые вызываются из общего основного окна программы (рис. 4). В число этих программных блоков входят:

- программные средства заполнения и редактирования базы блоков приборов;

- программные средства редактирования базы разъемных соединений;

-графический редактор общих схем систем КА;

- графический редактор принципиальных схем систем КА.

Разработанное программное обеспечение автоматизированного создания электрических схем разъемных соединений содержит следующие элементы интерфейса:

- строка меню - строка, открывающая доступ к пунктам меню. Строка меню расположена в основном окне программы [4];

- панели инструментов - панели с кнопками, обеспечивающими быстрое исполнение часто используемых команд. Панелями инструментов снабжены все дочерние окна (база приборов, база кабелей, графический редактор общих схем, графический редактор принципиальных схем) и основное окно программы [4];

- контекстные меню - меню, вызываемые нажатием правой кнопки мышки. В контекстном меню отображаются действия, доступные для выделенного объекта [4];

- таблицы данных - расположены в базе блоков приборов и базе кабелей [4];

- окна редактирования - рабочие поля графических редакторов [4];

- полосы прокрутки - инструменты перемещения листа схемы [4];

- строка состояния - расположена в нижней части основного окна программы. Строка состояния является элементом отображения текущей информации [4];

- диалоговые и информационные окна - используются для занесения и редактирования исходных схемных данных, настройки параметров программы, сохранения, открытия и экспорта файлов, а также для сообщения

Рис. 3. Предлагаемые алгоритмы взаимодействия ПО, для реализации сквозного проектирования разъемных соединений

пользователю разъяснительной информации и подтверждения каких-либо действий [4].

Этапы проектирования разъемных соединений аппаратуры и систем КА. Согласно предлагаемому методу проектирования (рис. 3) разработка разъемных соединений осуществляется в три этапа:

1. Ввод исходных схемных данных и разработка кабельной документации согласно перечню и последовательности выпускаемых документов. Данный этап реализуется средствами разработанного программного обеспечения автоматизированного создания электрических схем разъемных соединений.

2. Создание трехмерной модели раскладки кабельной сети КА средствами САПР САТ1А V5.

3. Оптимизация параметров разъемных соединений средствами программного обеспечения, осуществляющего взаимодействие с САПР САТ1А V5 (например, «Эверест»).

Рассмотрим подробнее последовательность работ, выполняемых разработчиком при создании кабельной документации средствами разработанного ПО автоматизированного создания электрических схем разъемных соединений.

Пользовательский интерфейс разработанного ПО обеспечивает строгое следование этапам электрического проектирования разъемных соединений системы КА. Процесс создания электрических общих и принципиальных схем разъемных соединений осуществляется в несколько этапов:

0. Создание моделей приборов (текстовые файлы расширением *.ЬЬр).

1. Создание исходных данных проекта:

а) с помощью процедуры «Присоединить базу блоков приборов» в рабочий проект добавляется набор приборов из созданных на этапе 0 файлов;

б) если прибор в системе КА зарезервирован со степенью резервирования п, то соответствующий файл добавляется п раз. Домаркировка резервированных приборов осуществляется автоматически в соответствии с настройками программы. Допускается редактирование названий блоков, соединителей и цепей как резервированных, так и нерезервированных приборов;

в) заносится информация об интерфейсных промежуточных соединителях, с заполнением цепей контактов.

2. Создание общей схемы:

а) добавляется новый лист электрической схемы (с помощью соответствующей кнопки или пункта меню во вкладке файл). При необходимости добавляется несколько листов;

б) производится компоновка блоков приборов и интерфейсных промежуточных соединителей на листе схемы;

в) на блоках приборов размещаются электрические соединители;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

г) добавляются простые и сложные кабели;

д) добавляются промежуточные соединители для деления сложных кабелей (как правило, сложные кабели с числом соединителей более 15 принято разделять промежуточными соединителями);

Рис. 4. Пользовательский интерфейс разработанного ПО создания электрических схем разъемных соединений

е) создается гермоконтейнер в случае, если это предусмотрено архитектурой КА. Данный объект может быть также использован при создании схем испытаний КА в термобарокамерах;

ж) производится нумерация кабелей и блоков приборов.

3. Автоматическое создание перечня элементов общей схемы.

4. Создание принципиальной схемы:

а) принципиальная схема создается путем программного преобразования общей схемы;

б) производится компоновка элементов принципиальной схемы. Программное обеспечение позволяет располагать контакты соединителя на разных листах принципиальной схемы;

в) осуществляется редактирование структуры соединений кабелей в случае, если данный этап не был выполнен на этапе создания общей схемы;

г) добавляются повивы проводов и осуществляется их экранирование;

д) производится нумерация блоков приборов.

5. Автоматическое создание перечня элементов принципиальной схемы.

6. Создание принципиальных схем разъемных соединений:

а) принципиальные схемы кабелей создаются путем программного преобразования принципиальной схемы системы КА;

б) производится компоновка элементов схемы;

в) на листе схемы скрываются блоки приборов, таким образом, остается только необходимая кабельная информация;

г) добавляются незадействованные контакты;

д) скрываются наименования цепей и добавляются сечения проводов.

7. Экспорт созданных графических файлов в формат *.dxf, либо *.emf

8. Печать схем средствами разработанного ПО.

9. Печать перечней элементов из Microsoft Word.

10. Автоматическая генерация таблиц электрических соединителей в Microsoft Excel для дальнейшей 3D-реа-лизации проекта средствами САПР CATIA V5.

Необходимо отметить, что на этапах 0-6 электрического проектирования программное обеспечение позволяет корректировать исходные схемные данные.

Мы предложили методы автоматизированного проектирования разъемных соединений и перспективные алгоритмы взаимодействия программного обеспечения, реализующие при минимальном составе используемых программных средств сквозной процесс проектирования кабельной сети КА. Впервые предложена и апробирована цепочка сквозного проектирования, охватывающая всю имеющую место в ОАО «ИСС» последовательность этапов разработки кабельной документации. Разработано и отлажено программное обеспечение автоматизированного создания электрических схем разъемных соединений, которое структурно вошло в предлагаемую цепочку сквозного проектирования кабельной сети КА. В настоящее время в ОАО «ИСС» осуществляется внедрение разработанного программного обеспечения. Специалисты отделов-разработчиков систем КА отмечают, что существенно сократилось время разработки кабельной документации и исчезла необходимость рутинных процедур проверки корректности схемных данных на стыках этапов разработки электрических схем систем КА.

Библиографический список

1. Автономов, В. Н. Создание современной техники. Основы теории и практики / В. Н. Автономов. М. : Машиностроение, 1991.

2. Максимов, Г. Ю. Теоретические основы разработки космических аппаратов / Г. Ю. Максимов. М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1980.

3. Басов, К. А. CATIA V5. Геометрическое моделирование / К. А. Басов. М. : ДМК «Пресс», 2008.

4. Аверкин, В. П. Программирование на C++: основные приемы программирования; объектно-ориентированное программирование; разработка приложений в Borland C++ Builder и др. / В. П. Аверкин, А. И. Бобровский, В. В. Веснич. СПб. : Корона-Принт, 2003.

Y. V. Kochev

DEVELOPING METHODS AND ALGORITHMS OF COMPUTER-AIDED DESIGNING ELECTRICAL CABLES OF SPACECRAFT SUBSYSTEMS AND EQUIPMENT

Electrical designing of the spacecraft subsystems and equipment cables is a complex and important engineering stage of the spacecraft development. To solve this problem efficiently it is necessary to use specific software providing end-to-end designing from the development of the spacecraft subsystems electric circuits to the development of the cable manufacturing design documentation.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.