4

Чем шире и глубже знания, которыми

обладают конструктор и технолог,

тем выше качество их труда.

Х. Дитер

Конструирование есть искусство,

опирающееся на научные основы.

А. Сидоров

Введение

Конструкторское проектирование и технология производства электронной аппаратуры (ЭА) являются определяющими этапами ее создания, поскольку именно на этих стадиях осуществляется материализация системо- и схемотехнических идей, а также выполнение требований эффективности эксплуатации и производства. Именно на этих этапах обеспечивается возможность воплощения электронной схемы в «металл», рождения «жизнеспособного» изделия.

На долю конструктора приходится основная часть этих работ, что требует от него специальных знаний для того, чтобы учесть те объекты и факторы, с которыми связана деятельность конструктора и которые через него замыкаются на основной результат его трудов – конструкцию ЭА. На рис. В.1 представлено сложное кольцо взаимосвязей сферы деятельности конструктора.

Различные изделия ЭА характеризуются комплексами параметров: по основному назначению; эксплуатационной стойкости (механическая прочность, коррозиостойкость, температуростойкость, тропикоустойчивость и т.п.); экономичности; эргономичности и эстетичности; теплофизическим свойствам и другими параметрами, свойственными данной категории изделий.

Знания конструктора ЭА должны быть энциклопедическими, по многим областям науки. В некоторой степени к конструктору ЭА можно отнести изречение известного кибернетика У. Мак-Калока: «Для того, чтобы заниматься бионикой, необходимо самому достаточно хорошо ориентироваться и в технике и в биологии, так как эти знания принесут гораздо больше пользы, если они сосредоточены в одной голове, а не просто в одной комнате».

Эти специальные знания должны излагаться в теории конструирования ЭА. Цель теории конструирования – выработать систему взглядов и методик для создания оптимальных конструкций. К сожалению, теория конструирования все еще формируется, хотя начало этому было положено давно.

Рисунок В.1.

Еще в 1966 г. при составлении учебного плана специальности 0705 «Конструирование и производство радиоаппаратуры» в него была введена дисциплина вначале «Теоретические основы конструирования и надежности РЭА», а затем «Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронной аппаратуры» (ТОКТиН РЭА). Хотя такой теории не существовало, но это введение должно было способствовать ее созданию для того, чтобы и область конструирования имела свою теоретическую основу подобно другим областям науки (электротехники – ТОЭ, радиотехники – ТОР, механики – ТМ и др.).

В развитие теории и практики конструирования ЭА внесли свой вклад многие специалисты и ученые, среди которых Фролов А.Д., Харинский А.Л., Варламов Р.Г., Пестряков В.Б., Смирнов В.И. и др.

С появлением учебного плана специальности 0648 (сейчас 210202) «Конструирование и производство электронно-вычислительной аппаратуры (ЭВА)» в него была введена дисциплина «Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА».

Затем с введением Государственных образовательных стандартов (ГОС) в 1993 г. эта дисциплина была заменена на «Теоретические основы технологии ЭВА»(!), а затем в 2000 г. вообще удалена из ГОС. Тем самым подготовка конструкторов-технологов была лишена теоретической базы, поскольку в этой дисциплине давался математический аппарат, используемый при решении конструкторских и технологических задач. Поэтому дисциплина была введена как региональная под названием «Теоретические основы проектирования, производства и надежности ЭВА».

Высказываются мнения, что должно быть теоретическим фундаментом теории конструирования. В [40] предлагалось, что теория конструирования ЭА должна состоять из двух частей. В первой части рассматриваются общие вопросы конструирования: основные понятия и определения, классификация, описание и исследование множества структур и параметров, общая характеристика множества воздействий, методы конструирования, оптимизация структур и параметров, теория надежности и т.п. Вторая часть должна содержать специальные вопросы защиты ЭА от множества воздействий в процессе эксплуатации.

А.М. Карапетяном были предложены ряд постулатов в теории конструирования ЭА.

Первый постулат сформулирован исходя из «принципа ориентации на максимум»: лучшим конструктивным решением ЭА является такое, при котором в заданных условиях проведения операции и соблюдения заданных ограничений максимизируется целевая функция качества конструкции.

Второй постулат базируется на «принципе однозначности»: каждая операция при конструировании ЭА должна иметь единственную целевую функцию эффективности.

Третий постулат базируется на одном из определений теории исследования операций – на «гарантированном решении»: большинство задач конструкторского проектирования ЭА представляется моделями случайных процессов и поэтому целевые функции качества проводимых операций являются случайными величинами.

Четвертый постулат: задача оценки эффективности конструкции ЭА на основе обобщенного критерия с суммарной ошибкой, связанной с оптимизацией модулей, имеет решение, поскольку ошибки оптимизационных задач имеют местный (локальный) характер и быстро затухают при переходе к обобщенным задачам оптимизации конструкции ЭА в целом.

В [41] указывается, что теоретический фундамент конструирования составляют: системный подход, математическое моделирование, теория подобия, теория вероятностей и математическая статистика, исследование операций, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, планирование эксперимента, теория надежности, теория точности, теория оптимизации и другие научные направления.

Эти же научные направления и некоторые другие используются при организации технологического процесса производства ЭА.

В настоящем учебном пособии излагаются основы некоторой части перечисленных научных направлений. При этом предполагается, что теорию вероятностей и математическую статистику студенты изучили в курсе высшей математики. Вопросы теории подобия и моделирования и планирования эксперимента изложены в отдельных учебных пособиях автора. Вопросы надежности и точности излагаются во второй части учебного пособия по рассматриваемой дисциплине.

Для интересующихся некоторым подходам к методологии проектирования ЭА на основе математического моделирования совместно электрических, механических и тепловых процессов и определения функций чувствительности можно рекомендовать обратиться к источнику [41].

В пособии введены две главы: Электронная аппаратура как система (глава 2) и Конструирование, производство и эксплуатация ЭА как большая система (глава 3) с целью формирования у студентов общего представления об электронной аппаратуре и процессе ее создания.