Автоматизированное размещение элементов на печатной плате электронного средства на основе муравьиного алгоритма с учетом критерия тепловой совместимости

Авторы

Суздальцев И. В.

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия

e-mail: iliasuzd@mail.ru

Аннотация

Одна из актуальных проблем проектирования современных авиационных и космических бортовых электронных средств заключается в обеспечении их нормального теплового режима, при котором для всех элементов должно выполняться условие работоспособности в диапазоне допустимых температур. Актуальность данной проблемы обуславливается наличием большого количества элементов, обладающих высокой мощностью тепловыделения, при условии их высокой плотности размещения в корпусе бортового электронного средства. Одним из способов снижения температур элементов является их оптимальное размещение на монтажной области печатной платы электронного средства, обеспечивающее максимальное увеличение тепловых потоков между элементами. В связи с этим, возникает необходимость в решении задачи оптимального размещения элементов на печатной плате с учетом критериев тепловой совместимости.
В данной работе рассматривается решение задачи размещения элементов на печатной плате электронного средства. Обосновывается выбор ограничений и критериев для данной задачи оптимизации. Для обеспечения нормального теплового режима печатной платы, в данной работе предлагается учитывать критерий тепловой совместимости. Показателем качества решения задачи является максимальная температура элемента среди всех элементов, размещаемых на печатной плате. Приводится описание муравьиного алгоритма для решения задачи размещения элементов на печатной плате. Представлены результаты вычислительных экспериментов по исследованию эффективности муравьиного алгоритма для решения задачи размещения элементов на печатной плате электронного средства. Проведенные эксперименты показали, что рациональное размещение элементов на печатной плате электронного средства позволяет снизить максимальную температуру элементов.

Ключевые слова:

автоматизированное размещение элементов, печатная плата, электронное средство, муравьиный алгоритм, температура элементов, Парето множество

Список источников

1. Кокотов, В.З. Модифицированный алгоритм "теплового размещения" электрорадиоэлементов на платах с четырехсторонним кондуктивным теплоотводом / В.З. Кокотов // Информационные технологии. – 2006. – № 4. – С. 2-9.
2. Квинт И.Э. Алгоритмы размещения электрорадиоэлементов на платах с кондуктивным теплоотводом / И.Э. Квинт // Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы 2009: Материалы X международной молодежной научно-технической конференции. М., 2009. – С. 160-165.
3. Новиков И.С. Оптимизация конструкции электронных модулей трехмерной компоновки по тепловому критерию / И.С. Новиков, В.А. Шахнов // Проектирование и технология электронных средств. – 2007. – №3. – С. 31-37.
4. Макеев П.А. Апробация методики автоматизированного размещения элементов на гибко-жесткой печатной плате на практических примерах / Макеев П. А., Чермошенцев С. Ф. // Труды МАИ. – 2024. – № 134. – URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=178481.
5. Wang Lianlian. Thermal Optimization of Electronic Devices on PCB Based on the Ant Colony Algorithm / Lianlian Wang, Guanghua Lu, Kunkun Yang // Conference proceeding of 2018 International Conference on Electronics Technology, Chengdu, China, May 23-27, 2018. – Chengdu, 2018. – P. 55-59. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8401424 (дата обращения 19.11.2025).
6. Корячко В. П. Математическая модель представления мультиагентных систем и ее применение в задачах топологического проектирования модулей радиоэлектронных средств / В. П. Корячко, Д. А. Перепелкин, В. Ю. Ликучев // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. – 2023. – № 83. – С. 48-61. – DOI 10.21667/1995-4565-2023-83-48-61.
7. Автоматизация конструкторского проектирования электронной аппаратуры : учебное пособие / С. Ю. Лузин [и др.]. - Санкт-Петербург : ГУАП, 2005. - 204 с.
8. Зыков А.Г. Алгоритмы конструкторского проектирования ЭВМ / А.Г. Зыков, В.И. Поляков. – СПб: Университет ИТМО, 2014. – 133 с.
9. Дульнев Г.Н. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена / Г.Н. Дульнев, В.Г. Парфенов, А.В. Сигалов. – М.: Высшая школа, 1990. – 208 с.
10. Образцов Н.С. Конструирование радиоэлектронных устройств: лабораторный практикум / Н.С. Образцов, А.М. Ткачук, Н.А. Смирнова. – Минск: БГУИР, 2007. – 35 с.
11. Карпенко, А. П. Современные алгоритмы поисковой оптимизации. Алгоритмы, вдохновленные природой / А. П. Карпенко. – Москва : Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), 2014. – 448 с.
12. Лебедев Б.К. Механизмы адаптивного поведения муравьиной колонии в задаче размещения / Б.К. Лебедев, О.Б. Лебедев, Е.М. Лебедева // Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. – 2014. − № 4 (19). ‒ С. 9-17.
13.  Гладков Л.А. Интеллектуальные системы: модели и методы метаэвристической оптимизации : монография / Л. А. Гладков, Ю. А. Кравченко, В. В. Курейчик, С. И. Родзин. – Чебоксары: Среда, 2024. – 228 с.
14. Ванидовский В.А., Лебедев О.Б. Двумерная упаковка в полуограниченную полосу на основе моделирования адаптивного поведения муравьиной колонии // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. № 7 (156). – С. 34-42.
15. Suzdaltsev I.V. Modified Ant Colony Algorithm for Placement of Electronic Elements on the Printed Circuit Board / I.V. Suzdaltsev, V.A. Suzdaltsev, N.Y. Bogula // Proceedings 2021 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). ‒ Chelyabinsk, 2021. ‒ P. 1014-1017.
16.  Мухачева Э.А. Проектирование прямоугольных упаковок на базе развития технологии блочных структур / Э. А. Мухачева, Д. А. Назаров, А. С. Филиппова, А. В. Чиглинцев // Информационные технологии. – 2007. – № 1. – С. 20-29.

Скачать статью