Основы конструирования и технологии производства РЭС

Елена Кротова, 2013

Пособие содержит материалы, сочетающие традиционные для данной учебной дисциплины основные определения, подходы и методы, изложенные в системах государственных стандартов и необходимые для грамотного составления конструкторской и технологической документации и производства серийной продукции, с методиками, основанными на информационных технологиях.

Глава 2. Этапы системного подхода при проектировании конструкций и технологий РЭС

2.1. Основные принципы системного подхода к проектированию РЭС

Несмотря на то что РЭС — технический объект, в общефилософском плане ее рассмотрение невозможно в отрыве от человека — разработчика, оператора. При применении системного подхода в проектировании происходит взаимное влияние разработчика и объекта разработки друг на друга, правильнее сказать, своеобразный «диалог».

В основу системного подхода положены следующие главные принципы [3], [10], [11].

1. Учет всех этапов «жизненного цикла» разрабатываемой РЭС: проектирования, производства, эксплуатации, утилизации. При несоблюдении этого принципа проекты многих РЭС, в основу которых были заложены прогрессивные принципы их действия, остались нереализованными либо потому, что оказались недостаточно технологичными в производстве, слишком трудоемкими и, следовательно, дорогими и непригодными с точки зрения их производства, либо потому, что эксплуатация таких систем неоправданно сложна и выпуск такой продукции нецелесообразен.

2. Учет истории и перспектив развития РЭС данного и близкого классов.

Историю нужно знать потому, что некоторые РЭС, в прошлом признанные либо негодными, либо устаревшими, в новых условиях развития науки и техники могут стать хорошими и перспективными.

Учет при проектировании прогноза развития РЭС необходим потому, что в противном случае разрабатываемая система может оказаться морально устаревшей вскоре после разработки или до ее завершения.

3. Учет всестороннего взаимодействия РЭС с внешней средой. Оно включает в себя следующее [11]:

— взаимодействие с природой и обществом в целом (учет экологических, экономических, социальных, политических, военных и других факторов);

— обмен полезной информацией (получение и выдача полезной информации);

— обмен энергией и веществом (распределение ресурсов);

— обмен радиопомехами (т. е. помехами от радиоизлучения);

— внешние воздействия на РЭС температуры, влажности, давления, механических нагрузок, радиации и т. п.;

— взаимодействие с другими РЭС, входящими в систему более высокого иерархического уровня, в процессе решения общей задачи.

4. Учет основных видов взаимодействия внутри РЭС (между ее частями): функционального, информационного, энергетического и др.

5. Учет взаимодействия между элементарной базой и системотехникой. Создание новой элементной базы вызывает развитие системотехники.

Развитие элементной базы приводит к улучшению показателей качества и надежности РЭС. Применение гибридных электронных схем (ГИС), функциональных микросхем, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и др. способствует значительному снижению энергозатрат, массы и габаритов.

Развитие нанотехнологий требует от разработчика углубленных знаний физики, математики, информационных технологий. Инженер не может отказаться от математического моделирования, а программист, работающий в радиотехнической промышленности, обязан знать физические основы работы электронных устройств.

6. Учет возможности изменения исходных данных и решаемой задаче в процессе проектирования, производства и эксплуатации РЭС. Этот учет выражается в создании более «гибкой» и универсальной РЭС. При этом следует необходимость:

— вариации исходных данных, включая критерии качества, в процессе проектирования РЭС для оценки степени их критичности на работу системы и получения более надежных результатов проектирования;

— обеспечения большей универсальности применения проектируемой РЭС, чтобы при изъятии или добавлении некоторых блоков система была пригодной для решения новых задач [3].

7. Выделение главных показателей качества, которые необходимо улучшать в первую очередь.

Показатели качества должны постоянно проверяться. Для оптимизации этого процесса необходимо взять показатели и, по возможности, стремитьcя к поддержанию их значений в заданных пределах. Для радиотехнических систем основные показатели качества — помехоустойчивость, конфиденциальность, электромагнитная совместимость, энергопотребление, надежность, масса, объем, стоимость. 8. Сочетание принципов композиции, декомпозиции и иерархичности. Современные РЭС могут содержать сотни, тысячи и миллионы элементов. Оптимизировать все элементы даже с помощью ПЭВМ невозможно. Поэтому их объединяют в сборочные единицы: ячейки, блоки, стойки (шкафы). Далее каждая сборочная единица рассматривается как единое целое, в котором производится композиция элементов. Сложную РЭС разбивают на отдельные ячейки, т. е. проводят декомпозицию.

В результате композиции и декомпозиции РЭС разбивают на ряд иерархических уровней, каждый из которых может содержать ряд частей (сборочных единиц).

Такое сочетание композиции, декомпозиции и иерархичности позволяет упростить проектирование, производство, эксплуатацию и утилизацию РЭС.

При декомпозиции РЭС на подсистемы (сборочные единицы) необходимо уделять особое внимание обоснованию критериев качества каждой подсистемы.

9. Вскрытие основных технических противоречий, препятствующих улучшению качества РЭС и ускорению процесса ее разработки, а также отыскание приемов их преодоления.

10. Правильное сочетание различных методов проектирования. В первую очередь математических, эвристических и экспериментальных. Современные математические методы основаны не только на разработке алгоритмов расчета отдельных параметров, но и на создании имитационных моделей, позволяющих приближенно проверить работу устройства в различных ситуациях [3], [4].

11. Обеспечение должного взаимодействия в процессе проектирования специалистов различных уровней и профилей.

2.2. Порядок и этапы разработки радиоэлектронной аппаратуры

Конструирование РЭС как один из видов инженерной деятельности есть процесс определения, разработки и отражения в конструкторской, технологической и программной документации:

● формы, размеров и состава изделия,

● входящих в него деталей и узлов,

● используемых материалов и комплектующих изделий,

● взаимного расположения частей и связей между ними,

● указаний на технологию изготовления,

● указаний на метрологию поверки и методику эксплуатации изделий [11].

Появление нового технического изделия — сложный и противоречивый процесс. Особенно это касается радиоэлектронных изделий, функционирование которых основано на широком спектре физических, химических и иных явлений. Новая техника, воплощая результаты последних научно-технических достижений, способствует развитию производительных сил общества и удовлетворению его потребностей в продукции более высокого качества. Важнейшим вопросом в сфере производства новой техники является прогнозирование. Определение главных направлений исследований и разработок проводится в ходе научноисследовательских работ (НИР) и опытно-конструкторских работ (ОКР).

Разработка и организация производства нового изделия требует затрат времени и крупных финансовых вложений. Величина этих расходов зависит от уровня новизны продукции и частоты смены моделей. Затраты на изготовление изделия в первый год его выпуска могут в несколько раз превышать затраты последующих лет. Главными направлениями исследований и разработок занимаются специалисты, участвующие в научно-исследовательских работах (НИР) и опытно-конструкторских работах (ОКР).

Жизненный цикл изделий. Быстрые темпы технического прогресса требуют такого периода смены моделей продукции (жизненного цикла продукции), при котором суммарные затраты на разработку и внедрение новых моделей, а также потери от морального износа были бы минимальны, а уровень экономической эффективности был бы максимальным.

В жизненном цикле изделия можно выделить два периода. Первый — в течение которого осуществляется разработка новой продукции. Второй — в течение которого новая продукция осваивается, производится и реализуется до прекращения выпуска и утилизации. В первый период жизненного цикла изделия входит полный комплекс работ по созданию новой техники [11]:

1. Научно-исследовательская разработка (НИР). На этой стадии проходят проверку новые идеи и изобретения. Теоретические предпосылки решения научных проблем проверяются в ходе опытно-экспериментальных работ.

2. Опытно-конструкторская разработка (ОКР). На этой стадии идеи и решения, возникающие в процессе НИР, реализуются в технической документации и опытных образцах.

3. Конструкторская подготовка производства (КПП). Осуществляется проектирование нового изделия, разрабатываются рабочие чертежи и техническая документация.

4. Технологическая подготовка производства (ТПП). Разрабатываются и проверяются новые технологические процессы, проектируется и изготавливается технологическая оснастка для производства изделия.

5. Организационная подготовка производства (ОПП). На этой стадии выбираются методы перехода на выпуск новой продукции, проводятся расчеты потребности в материалах и комплектующих изделиях, определяются продолжительность производственного цикла изготовления изделия, размеры партий и пр.

6. Отработка изделия в опытном производстве (ООП). Осваивается выпуск опытного образца (опытной партии), проводится отладка новых технологических процессов.

Во второй период жизненного цикла включается освоение изделия в серийном производстве (ОСП). На этой стадии возникают и конструкторские изменения, и изменения в технологических процессах, и изменения уровня оснащенности производства специальными видами оснастки и оборудования.

Точное соблюдение технологического процесса — одно из важнейших организационных условий повышения эффективности выпуска нового изделия, включая высокое качество продукции и высокие показатели производства.

Завершающим этапом жизненного цикла является эксплуатация новой продукции, когда продукция используется в соответствии с ее назначением и приносит экономический эффект. Предприятию было бы выгодно продлить второй период жизненного цикла изделия на максимальный срок, однако этот период имеет свой предел. Новая продукция с момента ее появления обеспечивает социально-экономический эффект до определенного времени, после которого она морально стареет, [4].

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные принципы системного подхода.

2. В чем заключается принцип композиции?

3. В чем заключается принцип декомпозиции?

4. Приведите порядок разработки радиоэлектронной аппаратуры.

5. Перечислите основные этапы системного подхода при разработке РЭС.

6. Что такое жизненный цикл изделий?