Методология системотехнического проектирования электронных и радиоэлектронных средств (в двух частях)

–при проектировании ТО некоторые требования были занижены (например, оказалась недостаточной выходная мощность передатчика) или завышены (чрезмерный запас надежности отдельных элементов);

–в список требований не включены какие-либо существенные требования (например, защита блока питания от короткого замыкания);

–список имел лишние требования (введена дополнительная возможность энергозапитки системы от нестандартного источника вторичного электропитания);

–значения некоторых параметров, и в первую очередь критериев развития, имели показатели ниже мирового уровня, т.е. изделие оказалось неконкурентоспособным.

В итоге для каждого используемого ТО формируется список недостатков, который служит основой для составления списка требований при разработке и проектировании нового поколения ТО.

2.4.5 Классификация общих технических требований

к электронным и радиоэлектронным средствам

Одной из главных задач в решении проблемы обеспечения комплексного качества радиоэлектронных средств является правильноеформированиеполной системы требований к процессу конструирования и их реализация на всех стадиях создания и эксплуатации техники [14].

При конструировании ЭРЭС особенно важно найти место тех или иных требований (подчас противоречащих друг другу) в системе общих технических требований к ЭРЭС и правильно расставить приоритеты в их достижении. Сложность решения этой задачи заключается в противоречивости взглядов на комплекс требований

ксложным радиоэлектронным средствам. Так, широко распространено мнение, что, например, требования технической эстетики относятся только к внешнему виду ЭРЭС. Внешний вид ЭРЭС – композиционное и компоновочное решение формы (ее пропорции, пластика, силуэт и т.п.), ее отделка и т.п. – безусловно, играет важную роль в обеспечении их качества, ноэтодалеконеглавный показатель оптимальности конструкции ЭРЭС с точки зрения дизайна и им, конечно, не исчерпываются огромные возможности технологического дизайна и эргономики в совершенствовании конструкций изделий.

Основой технических требований является прежде всего сумма потребительских параметров изделий, которая разрабатывается посредством всестороннего анализа системы сложнейших связей комплекса «человек – изделие – производственная среда».

Условия эксплуатации ЭРЭС с каждым годом ужесточаются, что приводит

ксоответствующему ужесточению требований к ЭРЭС. В качестве примера в таблице 2.8 представлены данные по росту степени механических воздействий за пе-

риод с 1965 по 2000 г.

210

Таблица 2.8 – Эволюция требований к радиоэлектронным средствам по механическим воздействиям

Говоря о качественном совершенстве конструкций ЭРЭС, нельзя рассматривать их с чисто инженерных позиций. Необходим более обширный и глубокий, чем в инженерном конструировании, подход с привлечением эргономических и социальных аспектов, а также следует учитывать современную маркетинговую ситуацию на потребительском рынке. Отсюда возникает комплекс специфических требований, определяющих всесторонние потребительские свойства изделий: их компоновочное и структурное решение, современное функциональное решение, рациональную расчлененность на сборочные единицы, стиль, эргономические параметры и т.п. С другой стороны, безусловно, важнейшим требованием остается комплекс конструк- тивно-технологических параметров, тактико-технические характеристики изделия, требования к надежности и т.д.

Таким образом, наиболее правильно понимать под общими техническими требованиями комплекс функциональных, технических, технологических, экономических, эргономических и эстетических требований. Все эти требования выступают как различные стороны (признаки) комплексного качества изделия.

В сфере разработки ЭРЭС общие технические требования условно разделяют на общие эксплуатационные требования, общие конструктивные требования, требования технической эстетики и специальные требования. Частные требования к ЭРЭС можноразделить на четырегруппы: эксплуатационные; компоновочные; требования эстетики и эргономики; конструктивно-технологические.

Рассмотрим схему общих технических требований и покажем их существование и взаимосвязь в общей структуре качественных характеристик изделия (рису-

нок 2.16).

Эксплуатационные требования. Одним из важнейших эксплуатационных требований к ЭРЭС является обеспечение комплексной надежности. В понятие комплексной надежности в случае конструирования можно, с одной стороны, включить долговечность работы конструкции в условиях механических и климатических воздействий, а с другой – эргономическую оптимальность для оператора (эргономичность конструкции оборудования).

211

212

Рисунок 2.16 – Схема общих технических требований к радиоэлектронным средствам

Эксплуатационная надежность ЭРЭС прямо связана с совершенством всей системы «человек – ЭРЭС – среда». Так, при эксплуатации ЭРЭС специального назначения предъявляются исключительно высокие требования к работе оператора в системе «оператор – ЭРЭС». Он должен обеспечивать надежное и качественное исполнение всех операций на каждом из участков «большой системы ЭРЭС», часто содержащей десятки и сотни единиц изделий. Конструкции изделий по своим эргономическим параметрам должны быть спроектированы с учетом биомеханических особенностей и психофизиологических возможностей оператора и позволять оператору эффективно и надежно выполнять его функции.

Можно сказать, что взаимосвязь всех других общих технических требований с эксплуатационными требованиями наиболее жесткая и глубокая, так как все методы конструктивно-технологической отработки ЭРЭС, направленные на обеспечение высоких потребительских качеств изделия, находят отражение прежде всего во всестороннем улучшении эксплуатационных параметров (показателей).

Эксплуатационные требования к ЭРЭС проявляются, как показано на рисунке 2.16, в климатических, механических и эргономических характеристиках.

Климатические и механические характеристики определяют:

–механическую прочность, жесткость и добротность конструкции, надежность функционирования деталей, сборочных единиц ЭРЭС при воздействии внешних механических факторов; устойчивость изделия при воздействии на него вибрации и ударов, линейных и угловых ускорений;

–устойчивость конструкции к воздействию климатических факторов (тепла, влаги, соляного тумана, радиации, биологических факторов и т.п.);

–длительность срока службы в условиях эксплуатации.

Эргономические характеристики (в аспекте их влияния на эксплуатационные показатели) определяют оперативность обслуживания – минимальные затраты времени на подготовку ЭРЭС к работе, быстрое выполнение рабочих манипуляций и т.п.; удобство обслуживания – легкий доступ к основным сборочным единицам и блокам в условиях эксплуатации, возможность быстрогоосмотра, комплексный биомеханический и психофизиологический комфорт на рабочем месте, рациональную компоновку и конструктивное исполнение устройств управления (штурвалов, ручек, рычагов, тумблеров, кнопок, переключателей и т.п.) и устройств отображения информации (шкал, экранов, табло, мнемосхем и т.п.), рациональные режимы труда и отдыха и т.д.; безопасность обслуживания, наличие устройств заземления, экранировки, блокировки, аварийной сигнализации и т.п.

Компоновочные требования. Компоновочные требования являются едва ли не самыми важными в процессе формообразования и общего структурного построения изделия, так как их выполнение позволяет создать стройную компоновочную структуру изделия – основу рациональной, гармоничной композиции его формы, и повозможности применить функционально-блочную (модульную) систему его построения. Эти требования также комплексны по своему содержанию.

Очевидно, часть компоновочных требований может быть обеспечена в процессе инженерного конструирования. К этим требованиям можно отнести:

213

–обеспечение рациональных массогабаритных характеристик;

–максимальное сокращение кинематических связей в изделии;

–рациональную расчлененность на сборочные единицы;

–снижение (или полное исключение) взаимных наводок между блоками и электрическими цепями междублочного и внутриблочного монтажа, между вводами и выводами; оптимальный тепловой режим и т.п.

Другие компоновочные требования не могут быть рационально применены во время монтажа и обеспечены в процессе чисто инженерного конструирования – они получают наиболее полное, глубокое и всестороннее выражение лишь в процессе технологического дизайна ЭРЭС. Их целесообразно отнести к дизайнерским компоновочным требованиям.

Такими требованиями являются рациональные габариты и вес, максимальный коэффициент использования объема, пропорциональное решение приборных корпусов ЭРЭС, удобный доступ к комплектующим сборочным единицам и блокам в процессе сборки и эксплуатации и т.п.

Требования технической эстетики в целом направлены на выявление и обеспечение потребительских (в частности, художественно-конструкторских и эргономических) качеств изделий, которые предопределяют совершенство конструкции в комплексе «человек – ЭРЭС – среда».

Требования технической эстетики представляют собой комплекс социальноэкономических, функционально-конструктивных, эргономических и эстетических требований, выполнение которых обеспечивает создание экономически и техноло-

гически целесообразного, технически совершенного, экономичного, красивого

иудобного в эксплуатации изделия.

Вметодическом плане можно выделить в отдельную группу и собственно требования технической эстетики к ЭРЭС, которые определяют научные и практические критерии его дизайнерского и эргономического решения.

Социально-экономические требования устанавливают оптимальную потреб-

ность в изделиях ЭРЭС, их оптимальную номенклатуру и т.п. и в целом направлены на создание таких социально-экономических условий, которые будут развивать эстетическое отношение к процессу и результатам труда способствовать росту его производительности при одновременном гармоничном развитии личности.

Некоторые авторы, говоря о социально-экономических требованиях, считают, что дизайнер может активно влиять на номенклатурный состав изделий, определять его и т.п. Однако такое утверждение слишком категорично.

Процесс влияния технологического дизайна на формирование социально-эконо- мического развития в сфере проектирования ЭРЭС чрезвычайно сложен и выражается в том, что под влиянием проектирования происходит постоянная, в том числе и эстетическая, модернизация ЭРЭС, отмирание в номенклатуре тех видов изделий, которые уже не удовлетворяют эстетическим и эргономическим запросам работающих, не способствуют формированию определенного эстетического отношения к процессу и результатам труда, а следовательно, не способствуют повышению его производительности. Именно так следует понимать социально-экономические

214

требования технической эстетики и оценивать степень влияния технологического дизайна на потребность в ЭРЭС.

Функционально-конструктивные требования представляют собой комплекс конструктивно-технологических и функциональных требований к конкретному решению ЭРЭС (включая формообразование приборных корпусов). Эти требования определяют связь формы корпусов ЭРЭС с конструкцией, соответствие формы приборных корпусов их функциональному назначению, технологичности и т.п.

Эргономические требования – это в соответствии с ГОСТ 20.39.108-85 «требования, определяемые свойствами человека, характеристиками производственной среды и предъявляемые к изделию для повышения эффективности взаимодействия человека сданнымизделием». Реализацияэргономическихтребований предполагает проектирование ЭРЭС с учетом психологических и физиологических особенностей, биомеханических возможностей и антропометрических данных человека-оператора.

Общие эргономические требования, характерные для групп (классов) изделий и классифицируемые по предметно-функциональному признаку, являются основой для разработки частных эргономических требований, обусловленных назначением и особенностями эксплуатации конкретных видов ЭРЭС.

Эстетические требования – требования, направленные на обеспечение композиционной целостности формы приборных корпусов ЭРЭС, ее гармоничности, соответствие общего формообразования ЭРЭС требованиям современного стиля. Общетеоретические требования технической эстетики позволяют сформулировать ряд частных требований, которые можно назвать прикладными требованиями технической эстетики. Форма изделий можетсчитатьсяэстетически совершенной, если обеспечена функциональность формы приборного корпуса, ее эргономичность, высокий уровень композиционного решения, стилевое единство, технологичность; высокое качество обработки и отделки формообразующих поверхностей.

Требованиятехнической эстетики посвоей сущности комплексныдлявсегопроцесса проектирования (непосредственно связаны с компоновочными, конструк- тивно-технологическими и другими требованиями).Важноотметить, чтотребования технической эстетики не существуют сами по себе, самостоятельно и не могут рассматриваться изолированно от общих технических требований. Они как бы синтезируют в себе наиболее прогрессивные взгляды на данное изделие, являются их логическим выражением. Требования технической эстетики тесно связаны с конструктивно-технологическими требованиями.

Конструктивно-технологические требования. Среди множества этих требова-

ний необходимо выделить взаимозаменяемость отдельных элементов конструкции; максимальную унификацию и стандартизацию изделия (в том числе и его формообразующих элементов); функционально-блочное (модульное) построение конструкции; технологичность деталей и сборочных единиц (в том числе формообразующих элементов); рациональный выбор конструкционных и отделочных материалов и т.п.

Конструктивно-технологические требования должны рассматриваться весьма подробно и иметь характерные особенности для каждого конкретного вида изделий.

215

определенная составнаячастьдругой системы и наоборот (симметричность), а также когда для каждого отношения между двумя соответствующими составными частями имеется такое же отношение в другой системе и наоборот.

Идентичность. Это отношение между объектами или процессами, характеризующимися одинаковыми свойствами (признаками). При абсолютной идентичности должны быть одинаковыми все свойства, при относительной – только некоторые (в этом случае имеет место подобие).

Эквивалентность. Объекты или процессы называются эквивалентными, если между ними имеется отношение эквивалентности, т.е. равноценности. Эквивалентность полнее идентичности, так как для последней характерна только рефлексивность. Применительно к технике оба понятия используются как синонимы, т.е. под эквивалентностью подразумевается абсолютная идентичность.

Математические функции. Важный класс отношений выражают математиче-

скиефункции как закономерныезависимости от переменной: y f x . Такогорода

математические функции выражают точно установленное отношение между переменными x и y, т.е. детерминированную связь.

Причинность. Между причиной и вызванным ею действием существует асимметричное отношение. Причина вызывает действие. Существует строгая (детерминированная типа «если…, то… ») или ослабленная форма причинного отношения. Причинная цепь имеет место, если действие выступает в качестве причины дальнейших действий.

Связь. Если определенные выходы элемента (системы) одновременно являются входами какого-либо элемента (системы), то такого рода отношения называются связью. Связь может быть прямой (последовательной либо параллельной), обратной или комбинированной (рисунок 2.17); она может быть материальной, энергетической или информационной.

Рисунок 2.17 – Виды связей между системами:

а – последовательная; б – параллельная; в – обратная и комбинированная

Отношениецель–средство. Этодвухместноеасимметричноеотношениемежду системой целей (назначением, задачей) и средством их реализации.

217

Пространственноеотношение. Отношениетакогорода характеризуетвзаимное положениеэлементов отношенияв пространстве. Пространственныеотношенияизучаются в топологии.

Логическое отношение. Логическим отношением (двухили многоместным предикатом) называется отношение между объектами типа «l1 меньше, чем l2» или «l3 находится около l4». Известными константами (функторами) являются: И; ИЛИ; И-ИЛИ; НЕ-ИЛИ; ТАК, ЧТО; ИЛИ, ИЛИ; ЕСЛИ-ТО; ТОЛЬКО ЕСЛИ-ТО; ТОЛЬКО ТОГДА-КОГДА; РАВНО. Из этого перечня ясно, что многие описанные выше отношения являются также логическими отношениями. В ЭВМ реализация отношений такого рода осуществляется логическими элементами.

Временное отношение. Отношение такого рода описывает упорядочение процессов и событий во времени.

Отношения между свойствами. Рисунок 2.18 иллюстрирует отношения между свойствами в наглядной форме. Свойства и их общие отношения изучаются в естествознании и технике, где они выражаются либо формулами, либо словами. Для осуществления требуемого действия конкретной ТС общие отношения часто недостаточны. В случае сложных процессов общие отношения на практике всякий раз конкретизируют применительнок имеющимся условиям.Так,например, для распространения тепла имеются формулы его переноса теплопроводностью, излучением

иконвекцией. Какие отношения имеют место, когда мы помещаем предмет в печь,

икаков их относительный вклад? Для ответа на эти вопросы разработчик должен обладать опытом в данной области, чтобы верно оценить конкретные условия в рассматриваемой ситуации. Особенности производства можно затем учесть поправочными коэффициентами в общих формулах. Очень сложные отношения между свойствами выражают посредством матриц и математических символов.

Рисунок 2.18 – Определение отношений между свойствами

218

Важно оценить также отношения между категориями свойств. Известно, что у готового изделия внутренние элементарные свойства (конструктивные и технологические) являются определяющими для внешних свойств, которые в свою очередь обусловливают экономические свойства.

Связи между категориями свойств представляют чрезвычайную сложность отношений, которая ещё больше возрастает с учётом отношений в ТС на более низких уровнях.

Установление свойств и их отношений. Чтобы сравнить свойства ТС с требо-

ваниями, предъявляемыми к ним, или сравнить между собой различные системы и охарактеризовать их, следует определить свойства. Методы определения свойств ТС меняются в зависимости от стадии её существования, будь это концепция, изготовление или эксплуатация ТС.

Для определения свойств используются в основном следующие методы

иприёмы:

1)измерения;

2)экспертные оценки;

3)моделирование;

4)вычисления или считывание;

5)сравнение;

6)определение оптимального уровня свойств.

2.5.2Прослеживание требований

Вконтексте инженерии требований прослеживание (tracing) означает понимание того, как требования высокого уровня – целевые установки, задачи, цели, намерения, замыслы, стремления, ожидания, предположения, потребности – преобразуются в требования более низкого уровня. Следовательно, главное внимание необходимо уделять взаимосвязям между уровнями информации [3].

С точки зрения бизнеса в центревнимания могут оказаться следующиевопросы:

– как интерпретируется деловое представление;

– как достигаются деловые цели;

– как организованы бизнес и процессы.

С инженерной точки зрения наиболее важными представляются следующие вопросы:

– как удовлетворяются требования заинтересованных сторон;

– как структурируются требования к системе;

– как реализуются подсистемы;

– какие компоненты будут использоваться.

Прослеживание требований может дать ряд выгод и преимуществ:

Рост уверенности в соответствии заданным целям. Установление и формали-

зация взаимосвязей дают возможность лучше осмыслить способы достижения установленных целей.

219