Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 100326 10.12737/2219-0767-2025-18-2-53-62 Технические науки Технические науки System modeling and development of protocols for information interaction of blocks in the CAD software and hardware complex Системное моделирование и разработка протоколов информационного взаимодействия блоков в программно-аппаратном комплексе САПР Зольников Константин Владимирович Zolnikov Konstantin Vladimirovich Шеховцов Дмитрий Витальевич Shehovcov Dmitriy Vital'evich Махиборода М. А. Mahiboroda M. A. Оксюта Олеся Владимировна Oksyuta O. V. Мещерякова Анна Анатольевна Mescheryakova Anna Anatol'evna Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Russian Federation Национальный исследовательский университет «МИЭТ» National Research University of Electronic Technology Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov 16 07 2025 16 07 2025 18 2 53 62 23 06 2025 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/100326/view

В статье рассматривается этап системного моделирования, входящий в жизненный цикл проектирования радиоэлектронного оборудования. Основное внимание уделено организации и проведению моделирования на начальной стадии разработки радиоэлектронного оборудования, которое направлено на определение оптимальной архитектуры изделия и оценку основных показателей его работоспособности. Рассмотрены этапы подготовки данных для моделирования, порядок выполнения моделирования и инструменты, используемые для этого. Особое внимание уделяется применению специализированных программно-аппаратных комплексов (САПР), таких как MATLAB Simulink, позволяющих проводить численное моделирование и верификацию архитектурных решений. Выделены важные аспекты системного моделирования, влияющие на дальнейшую разработку, включая алгоритм работы изделия, распределение функциональных блоков, оценку выделяемого тепла, массы и габаритов изделия, диапазон рабочих частот и прочие характеристики. Результаты моделирования позволяют выявить несоответствия между заявленными требованиями и характеристиками будущей конструкции, обеспечивая возможность своевременной коррекции архитектуры и концепции изделия. Также представлены рекомендации по подготовке отчета по результатам моделирования, который служит основой для дальнейших этапов проектирования. Представлены разделы, входящие в итоговый документ по итогу разработки протоколов информационного взаимодействия.

The article examines the stage of system modeling, which is part of the life cycle of designing electronic equipment. The main attention is paid to the organization and conduct of modeling at the initial stage of the development of electronic equipment, which is aimed at determining the optimal architecture of the product and assessing the main indicators of its operability. The stages of data preparation for modeling, the procedure for performing modeling, and the tools used for this purpose are considered. Special attention is paid to the use of specialized software and hardware systems (CAD), such as MATLAB Simulink, which allow numerical modeling and verification of architectural solutions. Important aspects of system modeling that affect further development are highlighted, including the product's operating algorithm, the distribution of func-tional blocks, the assessment of heat generated, the mass and dimensions of the product, the operating frequency range, and other characteristics. The modeling results make it possible to identify discrepancies between the stated requirements and the characteristics of the future design, enabling timely correction of the architecture and concept of the product. Recommendations for the preparation of a report on the results of modeling, which serves as the basis for further stages of design, are also presented. The sections included in the final document on the outcome of the development of information interaction protocols are presented.

 системное моделирование проектирование радиоэлектронного оборудования архитектура изделия показатели работоспособности проведение моделирования программно-аппаратные комплексы численное моделирование верификация решений конструкция радиоэлектронных устройств system modeling design of electronic equipment product architecture performance indicators modeling software and hardware complexes numerical modeling verification of solutions design of electronic devices

I. ВведениеВходными данными для выполнения этапа системного моделирования являются следующие:Функциональная схема.Требования для моделирования.Выходные данные после выполнения этапа:Результаты моделирования.Отчет по моделированию.Исполнителем этого этапа является ведущий конструктор (системный инженер, расчетчик).В качестве САПР используется Matlab Simulink.II. Порядок выполнения этапаРазработка блоков, используя системные примитивы, или создание пользовательских блоков.Построение схемы (модели) согласно требованиям ТЗ и функциональной схемы.Установка на схему источников напряжения, источников тока, генераторов импульсов и пр.Настройка проекта и параметров расчета (шаг расчета, расчетные параметры, типы графиков).Проведение моделирования внешних сигналов, воздействующих на схему, с целью убедиться в правильности их работы.Проведение моделирования системы для разного уровня требований (рис. 1).Проведение анализа полученных результатов заданным требованиям на расчет.Если требуется провести анализ нескольких вариантов схем, то проведение не только моделирования, но и сравнение результатов моделирования между собой по заданным критериям, выбор наилучшего результата.Проведение анализа соответствия результатов моделирования требованиям на расчет.Оценка соответствия результатов моделирования и требований к РЭА, оценка необходимости доработки архитектуры (концепции) изделия.Разработка отчета, в котором должны отражаться результаты моделирования и рекомендации по доработке изделия.III. Рекомендации по выполнению этапаСистемное моделирование должно выполняться при помощи специализированной САПР. Как правило, такой системой является Matlab и его модуль Simulink. В зависимости от назначения изделия, могут применяться другие модули и библиотеки САПР.Целью проведения системного моделирования является выбор наилучшего варианта построения архитектуры изделия (системы). Проверка соответствия изделия основным требованиям к нему – алгоритмы работы, состав функциональных блоков, расчет основных параметров изделия. На данном этапе системный инженер должен определить набор главных функций изделия, которые определяют облик изделия и без проверки которых невозможно начать разработку. Такими расчетами могут быть:Расчет преобразовательного тракта;Выбор системы управления и обратных связей;Состав количества передающих устройств и их удаленность друг от друга;Оценка выделяемого тепла;Расчет блоков, определяющих массу и габариты изделия;Расчет диапазона рабочих частот;Выбор количества составных частей изделия и их назначение. Системное моделирование, в зависимости от проработки разного уровня требований, может иметь различный уровень абстракции и проверки (таблица 1). Таблица 1Уровни требований и моделирования№Уровень требованийУровень моделирования1Описание потребностейСценарии использования2Требования заинтересованных сторонФункциональное моделирование3Требования к системе в целомМоделирование характеристик системы4Требования к подсистемамМоделирование подсистем и взаимодействия между ними

Ахметшин, А. А. Разработка цифровых двойников элементной базы радиофотонных устройств Для интеграции в САПР / А. А. Ахметшин // Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы - 2022 : материалы IX Молодежной международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Казань, 28–30 апреля 2022 года. – Казань: ИП Сагиева А.Р., 2022. – С. 183-184. – EDN TXSFGG. Akhmetshin, A. A. Development of digital twins of the element base of radiophotonic devices for integration into CAD / A. A. Akhmetshin // Applied electrodynamics, photonics and living systems - 2022 : proceedings of the IX Youth International Scientific and Technical Conference of Young Scientists, graduate students and students, Kazan, April 28-30, 2022. – Kazan: IP Sagieva A.R., 2022. – pp. 183-184. – EDN TXSFGG. Колебакин, М. М. Исследование работы модулей конечно-элементного анализа современных САПР / М. М. Колебакин, Е. В. Смирнова, С. С. Цывкунова // Образование. Наука. Производство : Сборник докладов XVI Международного молодежного форума, Белгород, 30–31 октября 2024 года. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2024. – С. 47-51. – EDN XVOQNZ. Kolebakin, M. M. Investigation of the operation of modules of finite element analysis of modern CAD / M. M. Kolebakin, E. V. Smirnova, S. S. Tsyvkunova // Education. Science. Production: Collection of reports of the XVI International Youth Forum, Belgorod, October 30-31, 2024. Belgorod: Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 2024. pp. 47-51. EDN XVOQNZ. Компьютерное моделирование работоспособности электрической схемы в системах автоматизации проектирования / В. К. Зольников, С. В. Стоянов, Е. В. Шмаков, Н. Н. Литвинов // Моделирование систем и процессов. – 2024. – Т. 17, № 3. – С. 26-36. – DOI 10.12737/2219-0767-2024-24-34. – EDN EJJKJP. Computer simulation of the operability of an electrical circuit in design automation systems / V. K. Zolnikov, S. V. Stoyanov, E. V. Shmakov, N. N. Litvinov // Modeling of systems and processes. – 2024. – Vol. 17, No. 3. – pp. 26-36. – DOI 10.12737/2219-0767-2024-24-34. – EDN EJJKJP. Оборудование и программно-аппаратный комплекс для испытаний электронной компонентной базы / А. Я. Кулибаба, А. А. Сашов, А. А. Скрипников, А. Ю. Штукарев // Наноиндустрия. – 2020. – Т. 13, № S4(99). – С. 539-540. – DOI 10.22184/1993-8578.2020.13.4s.539.540. – EDN UFBFNN. Equipment and hardware and software complex for testing electronic component base / A. Ya. Kulibaba, A. A. Sashov, A. A. Skripnikov, A. Yu. Shtukarev // Nanoindustria. – 2020. – Vol. 13, no. S4(99). – pp. 539-540. – DOI 10.22184/1993-8578.2020.13.4s.539.540. – EDN UFBFNN. Федорова, М. В. Автоматизированная система учета элементной базы радиоэлектроники / М. В. Федорова, О. К. Югай // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2024) : Материалы XIII Международной научно-технической и научно-методической конференции, Санкт-Петербург, 27–28 февраля 2024 года. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2024. – С. 566-570. – EDN BHHYQF. Fedorova, M. V. Automated accounting system for the element base of radio electronics / M. V. Fedorova, O. K. Yugai // Actual problems of infotelec communications in science and education (APINO 2024) : Proceedings of the XIII International Scientific, Technical and Scientific-methodological Conference, St. Petersburg, February 27-28, 2024. – St. Petersburg: St. Petersburg State University of Telecommunications named after prof. M.A. Bonch-Bruevich, 2024. – pp. 566-570. – EDN BHHYQF. C. -Y. Huang, Y. -H. Lin and P. -F. Tsai, "Developing a Rework Process for Underfilled Electronics Components via Integration of TRIZ and Cluster Analysis," in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 5, no. 3, pp. 422-438, March 2015, doi: 10.1109/TCPMT.2015.2394388. C. -Y. Huang, Y. -H. Lin and P. -F. Tsai, "Developing a Rework Process for Underfilled Electronics Components via Integration of TRIZ and Cluster Analysis," in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 5, no. 3, pp. 422-438, March 2015, doi: 10.1109/TCPMT.2015.2394388. Nesterenko Yu.P., Petrovskaya L.I. «The use of computer-aided design systems in the creation of high-frequency radio-electronic modules.» // Bulletin of Tomsk Polytechnic University. Series: Electrical Engineering and Information Technology. Vol. 332, No. 4 (2021). P. 65–74. Nesterenko Yu.P., Petrovskaya L.I. «The use of computer-aided design systems in the creation of high-frequency radio-electronic modules.» // Bulletin of Tomsk Polytechnic University. Series: Electrical Engineering and Information Technology. Vol. 332, No. 4 (2021). P. 65–74. Popova E.N., Savchenko V.Yu. «Methodology for increasing reliability at the stage of designing digital radio-electronic equipment.» // Problems of Radioelectronics. Vol. 18, No. 3 (2020). P. 123–134. Popova E.N., Savchenko V.Yu. «Methodology for increasing reliability at the stage of designing digital radio-electronic equipment.» // Problems of Radioelectronics. Vol. 18, No. 3 (2020). P. 123–134. Sokolovsky A.D., Semenov D.B. «Modeling methods for ensuring electromagnetic compatibility when designing radio-electronic equipment.» // Scientific Notes of Ural Federal University. Vol. 16, No. 2 (2022). P. 21–30. Sokolovsky A.D., Semenov D.B. «Modeling methods for ensuring electromagnetic compatibility when designing radio-electronic equipment.» // Scientific Notes of Ural Federal University. Vol. 16, No. 2 (2022). P. 21–30. Shulga A.K., Ivanov V.L. «Problems and solutions in the design of multilayer printed circuit boards for modern radio-electronic equipment.» // Technical Physics Letters. Vol. 47, No. 1 (2021). P. 34–41. Shulga A.K., Ivanov V.L. «Problems and solutions in the design of multilayer printed circuit boards for modern radio-electronic equipment.» // Technical Physics Letters. Vol. 47, No. 1 (2021). P. 34–41. Alekseeva O.S., Ryabushkin S.O. «Evaluation criteria for effectiveness in the design of modular radio-electronic systems.» // Izvestiya SFedU. Engineering Sciences. Vol. 23, No. 2 (2022). P. 112–121. Alekseeva O.S., Ryabushkin S.O. «Evaluation criteria for effectiveness in the design of modular radio-electronic systems.» // Izvestiya SFedU. Engineering Sciences. Vol. 23, No. 2 (2022). P. 112–121. Belousov V.V., Kuznetsov F.M. «Mathematical modeling techniques for noise suppression in the design of analogue radio-electronic circuits.» // Vestnik MEPhI. Vol. 19, No. 3 (2020). P. 101–110. Belousov V.V., Kuznetsov F.M. «Mathematical modeling techniques for noise suppression in the design of analogue radio-electronic circuits.» // Vestnik MEPhI. Vol. 19, No. 3 (2020). P. 101–110. T. Mager, C. Jürgenhake and R. Dumitrescu, "Approach for a modular design methodology for an efficient development of 3D MID components," 2021 14th International Congress Molded Interconnect Devices (MID), Amberg, Germany, 2021, pp. 1-9, doi: 10.1109/MID50463.2021.9361622. T. Mager, C. Jürgenhake and R. Dumitrescu, "Approach for a modular design methodology for an efficient development of 3D MID components," 2021 14th International Congress Molded Interconnect Devices (MID), Amberg, Germany, 2021, pp. 1-9, doi: 10.1109/MID50463.2021.9361622. Verification methods for complex-functional blocks in CAD for chips deep submicron design standards / V. K. Zolnikov, K. V. Zolnikov, N. V. Iljina, K. P. Grabovyi // E3S Web of Conferences : International Scientific and Practical Conference “Environmental Risks and Safety in Mechanical Engineering” (ERSME-2023), Rostov-on-Don, Russia, 01–03 марта 2023 года. Vol. 376. – Rostov-on-Don: EDP Sciences, 2023. – P. 01090. – DOI 10.1051/e3sconf/202337601090. – EDN XNXOCF. Verification methods for complex-functional blocks in CAD for chips deep submicron design standards / V. K. Zolnikov, K. V. Zolnikov, N. V. Iljina, K. P. Grabovyi // E3S Web of Conferences : International Scientific and Practical Conference “Environmental Risks and Safety in Mechanical Engineering” (ERSME-2023), Rostov-on-Don, Russia, 01–03.03.2023. Vol. 376. – Rostov-on-Don: EDP Sciences, 2023. – P. 01090. – DOI 10.1051/e3sconf/202337601090. – EDN XNXOCF. Y. N. Kofanov, S. I. Frolov and S. Y. Sotnikova, "Development of Topological Models of Electronic Component Base for Joint Research on Simultaneous Electro-Thermal Processes in Radioelectronic Equipment," 2024 International Seminar on Electron Devices Design and Production (SED), Sochi, Russian Federation, 2024, pp. 1-6, doi: 10.1109/SED63331.2024.10741059. Y. N. Kofanov, S. I. Frolov and S. Y. Sotnikova, "Development of Topological Models of Electronic Component Base for Joint Research on Simultaneous Electro-Thermal Processes in Radioelectronic Equipment," 2024 International Seminar on Electron Devices Design and Production (SED), Sochi, Russian Federation, 2024, pp. 1-6, doi: 10.1109/SED63331.2024.10741059.