CC BY
144
Взаимодействие программных комплексов NI Multisim и NI Labview как возможность расчета параметров надежности схем электрических принципиальных электронных средств
Королев П.С., НИУ Высшая школа экономики, МИЭМ им. А.Н. Тихонова
pskorolev_1@edu.hse.ru
Аннотация
В настоящей работе проведен обзор существующих отечественных и зарубежных автоматизированных программных комплексов расчета показателей надежности схем электрических принципиальных электронных средств. Выявлены их недостатки, связанные с отсутствием возможности взаимодействия с программными комплексами схемотехнического моделирования. В связи с этим, даются рекомендации применения программных комплексов NI Multisim и NI Labview для расчета показателей надежности схем электрических принципиальных электронных средств с целью снижения времени их расчета за счет автоматического переноса рабочих электрических параметров в модели оценки показателей надежности.
1 Введение
Стремительное развитие электронной компонентной базы (ЭКБ) дает возможность разработки сложных электронных средств (ЭС) компактных размеров. Имитация работы схем электрических принципиальных (СЭП) ЭС осуществляется с помощью программ схемотехнического моделирования NI Multisim, LTspice, Micro-Cap, Proteus и другие [2].
Важной стадией разработки ЭС на этапах моделирования является расчет показателей надежности. Он необходим для подтверждения принципиальной
возможности обеспечения требуемого уровня этих показателей и является одним из обязательных мероприятий,
предусмотренных в ГОСТ РВ 20.39.302 [1].
Для расчета показателей надежности электронных средств применяются автоматизированные программные
комплексы (ПК) отечественной и зарубежной разработки. Наиболее распространенные среди зарубежных являются: RELEX - США, A.L.D.Group - Израиль, Risk Spectrum -Швеция, ISOGRAPH - Великобритания. А среди отечественных: ПК АСОНИКА-К, ПК
АСМ, ПК Универсал, ИМК КОК и др. Перечисленные ПК используют для расчета показателей надежности справочно-информационную систему ФГУП «22 ЦНИИИ МО РФ», Справочник надежности электрорадиоизделий (ЭРИ) 2006, Справочник надежности ЭРИ иностранного производства 2006, MIL-HDBK-217F и другие [4].
Исследование перечисленных выше автоматизированных программных
комплексов позволяет указать на то, что они не взаимодействуют ни с одним ПК схемотехнического моделирования. Т.е. электрические параметры СЭП (рабочее напряжение, ток, мощность), наименование, позиционное обозначение, класс из ПК их схемотехнического моделирования вручную переносятся человеком оператором в автоматизированный ПК расчета показателей надежности. Это является существенным недостатком, влияющим на сроки проведения математического моделирования показателей надежности таких как: минимальная наработка Тм.н, эксплуатационная
интенсивность отказов Яэ, гамма-процентный ресурс Тр.у и т.д.
Трудоемкость расчета надежности электронных средств напрямую зависит от числа входящих в их состав электрорадиоизделий (ЭРИ).
Для примера, среднее время расчета показателей надежности ЭС занимает от 5 до 10 дней (см. рисунок 1) в зависимости от сложности СЭП [6].
Рис. 1. Трудоемкость оценки показателей надежности ЭС
Из рисунка 1 видно, что на проведение расчета с учетом всех входящих элементов уходит намного больше времени, чем при ориентировочном расчете или с использованием макромоделей. Отметим, что при оценке показателей надежности новой модификации, например, материнской платы для которой ранее проводилась оценка, учет всех элементов будет нерациональной тратой времени. На это затрачивается много времени и в пользу такой оценки может быть хорошим аргументом только точность расчетов. При ориентировочной оценке точность полученных значений рассчитываемых показателей надежности будет ниже, но времени будет затрачено намного меньше.
Этот недостаток нуждается в автоматизации, т. к. любое изменение электрического режима СЭП требует повторного занесения электрических параметров в автоматизированный ПК расчета надежности ЭС.
Поэтому актуальным становится разработка автоматизированного
программного комплекса расчета показателей надежности ЭС, который интегрируется с ПК схемотехнического моделирования схем электрических принципиальных.
2 Обзор ПК N1 МиШзпп
В источнике [5] сказано, что ПК N1 Multisim является популярным
программным пакетом, который позволяет моделировать схемы электрические принципиальные электронных средств, а также осуществлять трассировку печатных плат с помощью встроенного модуля ШЬоаМ и отображать 3D-вид печатного узла (см. рисунок 2).
Рис. 2. Разработка ЭС в ПК N1 Ми^т
Главная особенность N1 Multisim - простой наглядный интерфейс, совмещающий мощные средства графического анализа результатов моделирования, наличие виртуальных измерительных приборов,
копирующих реальные аналоги. Библиотека элементов содержит более 5000 SPICE-моделей электронных компонентов National Semiconductor, Analog Devices, Phillips, NXP и других производителей. Присутствуют электромеханические модели, импульсные источники питания, преобразователи мощности. Инструмент Convergence Assistant автоматически исправляет параметры SPICE, корректируя ошибки моделирования.
Благодаря этому разработка и создание проектов схем электрических
принципиальных выполняется гораздо точнее и быстрее. NI Multisim может взаимодействовать с графической средой разработки систем измерения NI LabVIEW. Это позволяет сопоставлять теоретические данные с реальными, прямо в ходе создания печатных плат. Такая возможность уменьшает количество проектных ошибок и ускоряет реализацию проектов.
3 Обзор ПК NI LabVIEW
Программный комплекс NI LabVIEW - это графическая среда разработки для создания гибких, масштабируемых приложений тестирования, измерения и управления с минимальными затратами времени и средств. Разработка приложений с помощью LabVIEW отличается быстротой и эффективностью для всех пользователей, вне зависимости от их опыта [5].
Отличительной особенностью от других сред программирования является то, что создание целых систем управления и контроля процессами происходит с помощью передних панелей (датчики, приборы) и блок-диаграмм, содержащими внутри себя программный код. Блок-диаграммы можно редактировать под свои задачи. В результате получается пользовательский интерфейс в виде готового виртуального прибора или системы. Пример реализации
пользовательского интерфейса разработанной системы контроля температуры показан на рисунке 3, а на рисунке 4 продемонстрирован графический код данного приложения.
Рис.3. Пример реализации пользовательского интерфейса разработанной системы контроля температуры в ПК N1 LabVIEW
Рис. 4. Графический код в ПК NI LabVIEW
4 Взаимодействие ПК NI Multisim и NI LabVIEW
Для взаимодействия двух программных комплексов NI Multisim и NI LabVIEW между собой разработаны специальные
программные инструменты, такие как: Co-simulation; контрольно-измерительные
приборы, реализованные с помощью NI LabVIEW и работающие в среде NI Multisim; Multisim Connectivity Toolkit [3].
Проведенный анализ источника [3] позволяет сказать, что из всех перечисленных программных инструментов для расчета показателей надежности СЭП электронных средств подходит Multisim Connectivity Toolkit.
Этот программный инструмент встроен в NI LabVIEW и взаимодействует с NI Multisim. В нем существует набор блоков (см. рисунок 5), которые позволяют вызывать и работать с NI Multisim как с ActiveX сервером.
й Ш Ж
tynihrarirjL. GriphKiiLS.- Rtpcrt Gen*i...
Рис. 5. Инструменты Multisim Connectivity Toolkit
Работа осуществляется следующим образом: отрывается соединение с ActiveX сервером NI Multisim, у которого нет графической оболочки, но есть методы и свойства, к которым можно программно обращаться. Далее производится загрузка модели (из файла .msxx), настройка
параметров моделирования и его запуск. Таким образом моделирование происходит в NI Multisim, а данные потом через вызов методов и свойств сервера возвращаются в NI LabVIEW. Кроме того, есть возможность менять параметры элементов схемы (значения резисторов, конденсаторов и др.) и получать изображение текущей схемы (в виде статической картинки png и т.п.). Результаты моделирования получаются в виде массива значений (waveform) - на каждый вызов функций опроса данных (см. рисунок 6). Также выбираются различные варианты анализа.
ЩЦЯр.
Рис. 6. Вывод значений ЭКБ и статической картинки СЭП ЭС в ПК NI LabVIEW посредством Multisim Connectivity Toolkit
Из рисунка 6 видно, что отображается позиционное обозначение и номиналы электронных компонентов СЭП. Также можно добавить вывод в отдельный столбец рабочего напряжения, мощности, тока в зависимости от класса ЭРИ.
Добавление виртуальных инструментов управления входным напряжением, изменением номиналов электронных компонентов, изменением температуры и др. позволит мгновенно отображать измененные параметры СЭП.
Применение стандартного
математического аппарата расчета показателей надежности СЭП ЭС позволит в автоматическом режиме их оценивать в зависимости от конфигурации и режима работы.
5 Заключение
Для первоначальной реализации приложения будут использоваться
математические модели оценки показателей надежности по справочнику MIL-HDBK-217F в силу того, что большая часть ЭКБ ПК NI Multisim является иностранной.
Применение программных комплексов NI Multisim и NI Labview для расчета показателей надежности схем электрических принципиальных электронных средств позволит снизить время их расчета за счет автоматического переноса рабочих электрических параметров в модели оценки показателей надежности. Особенно актуальным данное решение применять на этапах моделирования СЭП ЭС с большим количеством ЭРИ.
Список литературы
[1] ГОСТ РВ 20.39.302-98 КСОТТ. Требования к программам обеспечения надёжности и стойкости к воздействию ионизирующих и электромагнитных излучений.
[2] CAD-программы. [Электронный ресурс]. URL: http://cxem.net/software/soft CAD.php. (дата обращения: 01.02.2017).
[3] LabVIEW и Multisim. Дополнительные возможности. [Электронный ресурс]. URL: http://www. embest. ru/labview/labview-i-multisim-dopolnitelnye-vozmoznosti-patacka. (дата обращения: 27.01.2016).
[4] Строгонов А. Жаднов В., Полесский С. Обзор программных комплексов по расчету надежности сложных технических систем // Компоненты и технологии. - 2007. - № 5. - с. 183-190.
[5] Введение в Multisim. Трехчасовой курс. [Электронный ресурс]. URL: ftp://ftp.ni.com/pub/branches/russia/software/multi sim gettingstarted.pdf. (дата обращения: 20.01.2016).
[6] Иванов И.А., Королев П.С., Полесский С.Н. Разработка макромоделей прогнозирования надежности функциональных узлов с учетом влияния температуры окружающей среды // Системный администратор. - 2016. - № 11(168)/ - c. 80-85.
