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

немыслим вне CALS-технологий. В связи с возникшими практическими потребностями рядом комиссий и комитетов в рамках международных организаций были начаты работы по созданию информационных технологий взаимодействия предприятий и выражающих их международных стандартов. Например, в Международной организации стандартизации (International Standard Organisation – ISO) этими вопросами занимается подкомитет SC4 комитета TC184. В SC4 имеется несколько рабочих групп, занимающихся конкретными сериями стандартов. В настоящее время в ведущих индустриальных странах мира созданы национальные органы, координирующие работу в области CALS-технологий. В России в рамках Госстандарта создан технический комитет № 431 «CALS-технологии».

Главная задача создания и внедрения CALS-технологий – обеспечение единообразных описаний и интерпретации данных независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Поэтому развитие CALS-технологий стимулирует образование виртуальных производств, при которых процесс создания документации с информацией для программно-управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими организационно автономными проектными организациями. Крометого, одна и та жеконструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация адаптирована к разным производственным условиям, чтопозволяет существенносократить и удешевить общий циклпроектирования и производства.

CALS-технологии не отвергают существующие автоматизированные системы проектирования и управления, а являются средством их эффективного взаимодействия. Поэтому интеграция автоматизированных систем на современных предприятиях должна быть основана на CALS-технологиях. Их внедрение требует модернизации существующих технологий под CALSстандарты, решения концептуальных проблем управления сложностью проектов и интеграции программного обеспечения, включая вопросы декомпозиции проектов, распараллеливания проектных работ, целостности данных, межпрограммных интерфейсов и т.д.

Жизненный цикл технической системы и креативные методы про-

ектировщика. Креативные методы – это эвристические творческие методы, облегчающие поиск оригинальных решений проектных задач.

Креативныеметоды предназначены дляактивизации творческого, инновационного мышления проектировщика и устранения психологических барьеров, возникающих у него в процессе разработки новых или модернизации существующих ТС.

Креативные методы условно можно разделить на две большие группы:

1)дивергентные и конвергентные;

2)индивидуальные и групповые.

40

Дивергентные методы помогают вырабатывать множество оригинальных решений, для которых характерны следующие свойства: беглость – генерирование множества ответов или идей; гибкость – изменение формы предоставления информации или изменение самой информации, смещение точек зрения; оригинальность – создание необычных или новых идей; проработка, нюансировка – детализация идей. Конвергентные творческие методы качественно отличаются от дивергентных методов тем, что с их помощью проектировщик пытается определить одно или несколько оптимальных решений из более широкого набора доступных для данной проблемы. Из второй группы некоторые творческие методы в первую очередь подходят для отдельных лиц, тогда как другие творческие методы в первую очередь подходят для проектных групп и команд. Также существуют дополнительные методы, которые традиционно не относятся к категории творческих, однако являются весьма важными инструментами мышления в арсенале проектировщика. Поэтому они вынесены в самостоятельную группу (таблица 1.4) [24].

Таблица 1.4 – Креативные методы мышления проектировщика

41

Окончание таблицы 1.4

Рекомендации по использованию креативных методов в анализе процессов жизненного цикла ТС приведены в таблице 1.5 [24].

В процессе разработки (приобретения) инновационной концепции или системы в качестве способа оценки степени её зрелости используют уровни готовности технологий (technology readiness levels (TRL)). Этот западноевропейский метод классификации базируется на оценочной шкале от 1 до 9: первый уровень означает зарождающуюся технологию, девятый уровень – самую зрелую.

TRL был впервые разработан в 1970-х годах Стэном Сэдиным из NASA. Сегодня метод TRL широко используется международным инженерным сообществом.

Главной целью использованияTRL является помощь в управлении принятием решений, касающихся разработки и передачи технологий. Метод следует рассматриватькак один из нескольких инструментов, необходимых для управления процессами исследования и разработки внутри проектной организации (приложение 1) [24].

Главные достоинства метода:

–обеспечение общего понимания технологического статуса разработки;

–управление рисками;

–помощь в принятии решений о финансировании разработки технологии;

–помощь в принятии решений о трансфере технологии.

Ограничения применимости метода:

–готовность не обязательно соответствует целесообразности или технологической зрелости;

–необходимо учитывать множество факторов, в том числе актуальность операционной среды продуктов для имеющейся системы, а также несоответствие архитектуры продукта и системы.

42

Основные этапы проектирования включают: выбор и обоснование цели проектирования ЭРЭС и исходных данных (техническое задание, техническое предложение); определениепринципов построения системы (эскизный проект); аппаратурный синтез – проектирование схем, конструкций, технологических процессов (технический проект, разработка КД опытных образцов, установочная партия, серийное производство).

Для упрощения процессов коммуникации между специалистами на разных этапахсозданияи использования технических систем используется единая система конструкторской документации (ЕСКД) – комплекс государственных стандартов, который определяет единый состав, правила разработки, оформления и обращения КД.

По характеру выполняемых работ проектирование ЭРЭС часто подразделяют на системотехническое (первые этапы), схемотехническое, конструкторское и технологическое. Эти этапы тесно взаимосвязаны и переплетены. При проектировании микро-, наноэлектронных приборов и приборов СВЧ их разделение почти невозможно.

По методам проектирования ЭРЭС различают проектирование алгоритмическое

иэвристическое, математическое и экспериментальное. Однако наиболее полное решение задач проектирования ЭРЭС возможно только на основании системного подхода.

Степень сложности современных ЭРЭС приближается к границе, за которой эффективность труда человека-проектировщика резко падает. В связи с этим при использовании традиционных методов проектирования время, необходимое для разработки КД и подготовки производства сложных ЭРЭС, становится соизмеримым со временем их морального старения. Поэтому для ускорения процесса проектирования применяется его автоматизация, достигаемая с помощью формализации работы проектировщика и использования возможностей современной компьютерной техники и САПР.

Системный подход – метод проектирования на основе всестороннего рассмотрения технической системы с учетом её развития и взаимодействия с эксплуатантом

иокружающей средой.

Согласно принципам системного подхода любая исследуемая система должна рассматриваться как совокупность взаимосвязанных элементов и подсистем, ноописаниееёэлементов недолжноносить самодовлеющегохарактера,а должновытекать из задач системы и задач её исследования. При этом она должна рассматриваться, с одной стороны, как подсистема в системе более высокого уровня (надсистема), а с другой стороны, как совокупность образующих её подсистем [26].

Системный подход заключается и в том, что сложный объект (система) определяется не только совокупностью его основных элементов, но и характером связей и отношений между ними, что отличает данный подход от более мелких – комплексного или функционального подхода.

В основе системного подхода к проектированию ЭРЭС лежат:

– учет всех этапов жизни системы (проектирования, производства, эксплуатации, утилизации);

48

–учет истории, особенно перспектив развития систем того же класса и ближайших классов;

–учет взаимодействия системы свнешней средой (сдругими системами данного иерархическогоуровня, учет обмена информацией,энергией, веществом, сигналами, помехами, влияния температуры, влажности, давления, механических нагрузок, радиации и т.д.);

–учет развития элементной базы;

–выделение главного показателя качества.

Стремление улучшить наибольшее число показателей качества может привести к потере оптимальногорешения. В большинствеприкладныхзадач кглавнымвопросам проектирования относятся: определение показателей помехоустойчивости, надежности, точности, пропускной способности, массогабаритных характеристик, стоимости; выяснениеосновных технических противоречий, препятствующих повышению качества системы, и нахождение способов их преодоления; объединение различных методов проектирования – алгоритмических и эвристических, математических и экспериментальных.

Аспектами (составляющими) системного подхода являются:

–целевой – анализ целей и задач, решаемых системой и её подсистемами;

–элементный – анализ компонентного состава системы, качественных и количественных характеристик компонентов;

–структурный – анализ архитектоники системы, т.е. способов связи, и организация взаимодействия элементов;

–функциональный – анализ процессов, происходящих в системе и определяющих её поведение;

–коммуникативный – анализ связей и взаимодействия системы со средой;

–управленческий (интегративный) – анализ управления как основного системообразующего фактора;

–информационный – анализ процессов информационного обмена в системе.

Основные задачи системного подхода:

–разработка содержательных и формализованных средств представления объекта как системы;

–всестороннее исследование элементов системы, взаимодействий и связей между ними по всем аспектам системного подхода;

–построение обобщённых моделей системы и её свойств, включая модели их динамики и целенаправленного поведения, развития и процессов управления ими.

Для реализации в ходе исследований требований системного подхода рекомендуется:

–связывать частные научные задачи с общей целью исследования;

–рассматривать явления или процессы в их структурной сложности (множестве составляющих элементов и их иерархичности), группируя элементы системы по назначению и относительной самостоятельности функций, образуя подсистемы;

–выделять наиболее важные и приоритетные элементы или процессы;

49