49

Глава 2 электронная аппаратура как система

2.1 Обеспечение качества электронной аппаратуры (эа)

Обеспечение качества ЭА выполняется по следующей схеме (рис. 2.1).

Структурная Параметрическая

оптимизация оптимизация

Рисунок 2.1.

Достижение качества изделия зависит от качества системо- и схемотехнической разработки, конструирования, технологической подготовки производства, изготовления и техники контроля.

Проектирование ЭА должно выполняться на основе системного подхода (см. 1.11). Это значит, что сложный инженерный объект рассматривается с позиции его окружения прежде всего как целостная система, и что прежде, чем проектировать систему, необходимо изучить техническое задание (ТЗ), в котором задаются требования к системе, а также условия ее производства, и условия ее эксплуатации, определяющие воздействия на систему.

При проектировании ЭА осуществляется синтез параметров и синтез структур.

Синтез параметров состоит в оптимизации значений параметров системы при заданной ее структуре и заданных ограничениях. Система характеризуется совокупностью показателей качества К₁, К₂, …, К_m, зависящих от параметров системы

К₁ = F₁(x₁, x₂, …, x_n),

^{- - - - - - - - - - - - - - - - - - -}

К_i = F_i (x₁, x₂, …, x_n),

^{- - - - - - - - - - - - - - - - - - -}

К_m = F_m (x₁, x₂, …, x_n),

где F_i – целевые функции. Варьированием параметров системы х_j стремятся обеспечить оптимальную совокупность значений показателей качества К_i.

Синтез структуры состоит в разработке оптимальной системы при произвольных (в пределах заданных ограничений) вариациях, как значений параметров системы, так и ее структуры.

2.2 Требования к эа

Как система ЭА имеет множество связей с внешней средой на различных этапах своего «жизненного цикла»:

на этапе проектирования,

на этапе производства,

на этапе эксплуатации (подробнее см. 3.1).

Назначение (цель) и внешние связи ЭА на этих этапах определяют множество требований к ней. Вектор требований

где n – количество требований.

Элементами h_j этого множества являются отдельные качественные и количественные требования, предъявляемые к ЭА: производительность, помехоустройчивость, точность, живучесть, надежность, осуществимость решения задачи, технологичность, технико-экономическая эффективность, удобство обслуживания, удобство управления и т.п.

Накопление этого множества требований можно представить в виде схемы процесса накопления требований на проектирование новых изделий (рис. 2.2) [19].

Ранее (1.8) были установлены параметры, характеризующие систему и воздействия на нее:

– внешние или выходные параметры

– параметры необходимых и возмущающих воздействий

– параметры управления

Рисунок 2.2.

Кроме внешних воздействий

на работу ЭА оказывают влияние внутренние воздействия , которые имеют место в процессе производства, хранения, эксплуатации и т.п. В совокупности внутренние и внешние воздействия образуют множество воздействий

где  – общее количество воздействий, q_в – элемент воздействия.

Эффективность ЭА определяется соответствием требований внешним параметрами воздействиям. Следовательно, элементыh_j множества требований определяются множеством параметрови множеством воздействий:

а так както

.

В частном случае, в зависимости от смысла выходного параметра, устанавливается соответствие между требованием и выходным параметром, требованием и воздействием (условия работоспособности):

1. y_i  h_j ; 2. y_i > h_j ; 3. y_i = h_j  ;

4. q_в  h_j ; 5. q_в > h_j и т.д.

Следует помнить, что на параметр y_i и воздействие q_в накладываются ограничения.

Целевая функция определяется элементами h_j:

Рассмотрим основные особенности множества Н с целью определения влияния различных требований к ЭА [20].

Множество Н по признакам влияния его отдельных элементов (требований) на обеспечение целевой функции может быть разделена на два непересекающихся подмножества:

– подмножество основных требований Н_о  Н и

– подмножество дополнительных требований Н_д  Н.

Причем: Н_о U Н_д =Н и Н_о ∩ Н_д = Ø.

Элементами h_jо подмножества основных требований Н_о являются отдельные технические качественные и количественные требования, определяющие основную целевую функцию разрабатываемой ЭА, например, быстродействие, параметры сигнала и т.п.

Подмножество Н_д может быть разделено на три непересекающихся подмножества:

• подмножество эксплуатационных требований Н_{д э};

• подмножество конструктивно-технологических требований Н_{д кт};

• подмножество экономических требований Н _{д с}.

Причем Н_{д э} U Н_{д кт} U Н_дс = Н_д ,

Н_{д э} ∩ Н_{д кт} = Н_{д э} ∩ Н_{д с} = Н_{д кт} ∩ Н_{д с} = Ø.

Элементами h_{д э} подмножества Н_{д э} являются отдельные эксплуатационные требования: надежность (в т.ч. ремонтопригодность, устойчивость к старению и т.д.), простота управления и обслуживания, защита от воздействий внешней среды, масса, габариты и т.п. Эти требования обусловлены средой, в которой аппаратура работает, в том числе объектом, на котором она устанавливается, а также человеком – оператором.

Элементами h_{д кт} подмножества Н_{д кт} являются такие требования: конструктивная преемственность на основе стандартизации, унификации и нормализации; технологичность и т.п. Эти требования обусловлены спецификой производства ЭА.

Под конструктивной преемственностью понимается целесообразность использования в новых конструкциях выпускающихся или выпускавшихся ранее изделий. Это понятие может относиться и к крупным частям аппаратуры и к ее более мелким частям.

Наибольший экономический эффект можно получить, если одинаковые или различные по своему назначению аппараты являются производными одной конструкции, выбранной за основу. Эффект получается за счет сокращения затрат при большой номенклатуре изделий. Только при замене устаревшей конструкции принципиально новой можно идти на полное обновление конструкции и всей материальной оснастки технологических процессов изготовления.

Унификация – есть процесс уменьшения многообразия конструкций, предназначенных для выполнения одних и тех же или близких по своему характеру функций. Она является первой ступенью преемственности.

Унификация дает возможность существенно уменьшить время и материальные и денежные затраты. Унификации могут подвергаться все структурные части конструкции аппаратуры (от детали до блока) и материалы. Однако унификация может охватывать конструкции только данного аппарата или небольшой группы одинаковых или близких по назначению.

Нормализация – это ограничения разнообразия конструкций, предписываемые конструктору данного предприятия или отрасли промышленности. Она является более высокой ступенью преемственности конструкции, чем унификация.

Требования нормализации при разработке аппаратуры состоит в применении уже разработанных (освоенных) деталей, узлов, блоков, а также ограниченной номенклатуры (для данного предприятия или отрасли) материалов, полуфабрикатов и типовых изделий. Как правило, нормализованы крепежные детали, провода, кабели, установочные детали, типовые изделия и т.п. Блоки труднее поддаются нормализации.

Стандартизация – есть метод ограничения разнообразия и регламентированное единство показателей продукции, классификации, терминологии, требований, методов испытаний, требований к упаковке, транспортировке и т.п. Выполнение требований стандартов и их использование в разработках является обязательным.

Только при переходе на принципиально новые методы конструирования и технологию производства аппаратуры могут не использоваться уже известные конструкции.

Технологичность конструкции характеризуется экономичным производством заданного количества изделий в установленное время при выполнении требований эксплуатации. Как правило наиболее технологичные конструкции являются и наиболее экономичными.

Количественная оценка технологичности определяется материальными и денежными затратами и временем, необходимым для освоения и выпуска изделия.

Технологичность конструкции связана с рациональным выбором ее конструктивной структуры. Она должна предусматривать возможность автономного изготовления ее частей (узлов, блоков и т.п.). При этом узлы должны быть взаимозаменяемыми по всем параметрам.

Конструкция должна разрабатываться под технологический процесс данного предприятия с учетом его возможностей в смысле точности изготовления.

Наиболее технологичными конструкциями считаются такие, в которых предусматривается минимальная номенклатура типовых изделий, полуфабрикатов и материалов и для которых нет необходимости в использовании специально отбираемых типовых изделий и в дополнительных операциях по переделке или обработке типовых и других изделий.

Элементами h_{д с} подмножества Н_{д с} являются отдельные требования, обусловленные экономикой: затраты труда, времени, материальных и денежных средств на проектирование, производство и эксплуатацию ЭА.

Экономически целесообразная аппаратура – это хорошо разработанная аппаратура, оптимальная для заданных условий ее производства и эксплуатации.

Связь между всеми требованиями можно представить следующей схемой (рис. 2.3).

Приведенные требования предъявляются, начиная с выбора материалов для конструкции и кончая самой конструкцией. Поэтому конструктору-технологу необходимо хорошо знать и понимать содержание всех трех групп требований, предъявляемых к разрабатываемой системе.

Н_{д кт}

Н_{д э} Н _о

Н_{д с}

Рисунок 2.3.

Выполнение всех требований обеспечивается по схеме, приведенной на рис. 2.4.