--I семестр-- / Лекции / ktop_l

Лекции по КТОП

Лекция №1 5.09.2002г.

Общие рекомендации по повышению надежности электронновычислительного оборудования

1.Для выявления различных отказов необходимо использовать специальные методы отбраковки.

2.В наиболее критические точки схемы необходимо вводить ограничители напряжения и тока или иные защитные устройства.

3.При выявлении непредвиденных воздействий (реальные условия эксплуатации могут значительно отличаться от лабораторных) необходимо рабочие точки компонентов по току и напряжению и рассеянную мощность выбирать с учетом перегрузок.

4.Избыточность системы должна определяться компромиссом между запасом надежности и устройства и его стоимостью.

5.Помимо аппаратной надежности необходимо учитывать надежность программного обеспечения, которое должно своевременно фиксировать отказы оборудования, чтобы это не приводило к отказу всей системы.

6.Требуемый уровень надежности закладывается на уровне проекта, однако в дальнейшем необходимо применять дополнительные меры обеспечения надежности на этапах производства, транспортировки, складирования, эксплуатации и при интеграции данного оборудования с другими видами оборудования.

7.Проект должен быть по возможности простым, использовать широкодоступные стандартные компоненты с целью минимизации количества типов компонентов.

8.Необходимо применять многоуровневые методы контроля качества изделия и обеспечения его надежности.

51 / 99

В настоящее время общепринятыми считаются два направления увеличения надежности выпускаемых интегральных микросхем:

1.Совершенствование конструкции и технологии изготовления за счет обратной связи «производство – проектное подразделение».

2.Выявление и удаление изделий с отказами (действительными и потенциальными) из готовой партии до поставки потребителю.

Состав отбраковочных испытаний ИС в отечественной промышленности

Во всех отечественных регламентирующих документах по выпуску ИС имеется указание на 100%-ое отбраковочные испытания, причем их состав может включать 20 видов испытаний и не менее 10 видов испытаний, если есть приемка заказчиков, и не менее 10 видов испытаний для ИС широкого применения. Методика и условия испытаний описаны ОСТ (отраслевой стандарт).

1 Знаком * обозначены требования к отбраковочным испытаниям к ИС за рубежом

2

52 / 99

Все изделия классифицируются по трем уровням в качестве надежности:

класс А – включает схемы повышенной надежности, предназначенные для работы в жестких режимах внешних воздействий;

класс В – включает надежные для промышленного применения схемы, а также некоторые виды схем военной аппаратуры, когда главным требованием является стабильность схемы в течение длительного времени;

класс С – включает схемы, для которых воздействующие факторы не являются определяющими и на первое место ставится минимальная стоимость.

Характеристики отдельных видов отбраковочных испытаний

3

53 / 99

Лекции по КТОП

Лекция 2.

Действия над множествами.

Отображение множеств Г – если заданы два непустых множества Х,У, то закон, согласно которому х Х ставится в соответствии элемент Гх У называется

однозначным отображением Х в У или функцией, определенной на Х и

принимающей значение У.

Для многократного отображения множества Х:

Мощность: /x/ = n, x={x1,x2,…,xn}

Дополнением множества Х по отношению к множеству У, называется множество Х, состоящее из элементов множества У, не принадлежащих множеству Х.

Разность множеств – это новое множество R, которое образуется из элементов множества Х, за исключением элементов, принадлежащих одновременно множеству У.

Граф, у которого существует хотя бы одна пара вершин, соединенная m ребрами называется мультиграфом, при этом m (дуги) ребра, связывающие одну и туже пару вершин, считаются кратными.

Две вершины xi, xj Х считаются смежными, если они определяют ребро и соответственно два различных ребра смежны, если они имеют общую вершину.

Число ребер (дуг), инцидентны некоторой вершине xi называются степенью вершины и обозначаются g(xi). Вершина xi инцидентна ребру, если она является началом или концом ребра. Ребро (дуга) инцидентна вершине xi, если оно входит или выходит из этой вершины.

х1 х2 х3

х4

х5

1.Объединения графов G(x,Г) = G1(x1,Г1) U G2(x2,Г2) объединение осуществляется по правилу:

∙вершинами графа являются объединение вершин исходного графа

∙отображение для каждой вершины графа получено путем объединения отображений этой вершины для исходных графов.

2.Пересечение графов: G (x, Г) = G1 (x1, Г1) ∩ G2 (x2, Г2)

3.Вычитание графов: G (x, Г) = G1 (x1, Г1) \ G2 (x2, Г2)

Под математическим программированием понимается совокупность метода решения задач оптимизации, связанных с нахождением полученного (с точки зрения выбранных критериев) значения некоторой целевой функции

F(x), x={x1,x2,…,xn}

– многих переменных, на заданном множестве точек L(x), а также плана x*={x1*,x2*,…,xn*}, х* L(x),

4

54 / 99

Лекции по КТОП

при которых достигается соответствующее оптимальное значение F(x*), выраженное через параметры оптимизации целевой функции и ограничения, составляют математическую модель рассматриваемой задачи.

В качестве критерия оптимизации (целевой функции) используют стоимость, массу, габариты, вероятность безотказной работы. При использовании нескольких критериев оптимизации (многокритериальные задачи) поиск оптимального решения предполагает определение таких значений переменных

x*={x1*,x2*,…,xn*}, х* (x),

которые обеспечивают оптимумы по одной из цели и допустимые уровни качества, с точки зрения использования других целевых функций.

Наибольшее распространение получили критерии, позволяющие использовать понятия минимума и максимума целевой функции. Задача сводится к нахождению набора значений переменных

x*={x1*,x2*,…,xn*},

удовлетворяющего ограничениям, при которых достигается минимум и максимум.

F (x*) = min (max) F(x)

Покрытие функциональных схем модулями из заданного набора.

Одной из первых задач, решаемых на этапе конструкторского проектирования РЭА (радио электронной аппаратуры) является задача преобразования функциональной схемы в электрическую (покрытие функциональной схемой модуля из заданного набора). В связи с большим многообразием элементов, наряду с задачей покрытий часто возникает необходимость определения оптимального набора этих элементов для каждого конкретного класса схем, минимизация числа типов элементов набора в проектируемом устройстве.

Математическая формулировка.

Исходными данными для решения задачи покрытия является функциональные схемы устройства и схемы типовых конструктивных элементов используемого модулей набора элементов.

Необходимо найти такое расположение логических функций покрываемой схемы по отдельным конструктивным элементам, при котором достигается экстремум целевой функции. Известные алгоритмы покрытия оптимизируют в основном следующие показатели качества:

1)суммарную стоимость модулей, покрывающих схему;

2)общее число модулей, необходимое для реализации схемы;

3)число межмодульных соединений и т.д.

Ограничениями обычно являются требования на совместную или раздельную компоновку в едином конструктивном модуле элементов функциональной схемы, связанной с обеспечением нормального теплового режима, помехозащищенности и простоты диагностики.

Рассмотрим наиболее распространенный вариант задачи, в которой критерием качества является суммарная стоимость модулей. Определим некоторую матрицу:

H = hij k × l ,

5

55 / 99

Лекции по КТОП

общий элемент которой hij соответствует числу логических функций i-го типа в j-ом модуле, где

к– число различных логических функций, реализуемых модулями заданного набора,

l – число типов модулей в наборе.

Пусть полная функциональная схема содержит а1, а2,…, an единиц различных логических функций. Сj – стоимость j-го конструктивного модуля (j=1,2,…,l). Если ввести целочисленные переменные xj, определяющие число модулей j-го типа, которые необходимы для покрытия схемы, то задача сведется

кминимизации функции

l

F(x)= åc j x j ,

j=1

при ограничениях

l

å hij x j ³ ai , i=1,2,…,k. j =1

Число логических функций любого i-го типа, входящих во все покрывающие модули должно быть не меньше общего числа элементов соответствующего типа в реализуемой схеме:

x j ³ 0, j =1,2,K ,l; hij ³ 0;

где x j - целое число для всех j (любой модуль используется только

полностью, независимо от числа задействованных в нем компонентов). В некоторых математических моделях для улучшения качества решения задачи в выражении целевой функции вводят дополнительные критерии, позволяющие минимизировать число модулей, реализующих исходную схему, число межмодульных связей и т.д. Например, для уменьшения общего числа модулей покрытия, а, следовательно, и числа внешних связей используется дополнительный показатель качества

νc = 1 ål x j ,

vj =1

где v - общее число логических элементов в схеме. В этом случае задача запишется следующим образом:

минимизировать целевую функцию,

при указанных ранее ограничениях. Здесь k1 и k2 – коэффициенты, учитывающие важность используемых критериев, подбираемые из условий конкретной задачи.

6

56 / 99

Лекции по КТОП

Лекция №3 19.09.2002г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Этапы проектирования в системе ЕСКД

1.1. Общие положения

1.2. Техническое задание

1.3. Техническое предложение

1.4. Эскизный проект

1.5. Технический проект

1.6. Разработка рабочей документации 1.7. Заимствование документации 2. Виды изделий и КД по ЕСКД

2.1. Общие указания

2.2. Виды изделий

2.3. Некоторые рекомендации по оформлению КД

2.4. Прочие документы

3. Характеристики базовых и специальных конструкций

3.1. Иерархия конструкций

3.2. 3-х уровневая конструкция

3.3. 2-х уровневые конструкции

3.4. Индивидуальные конструкции 3.5. Конструирование и технология изготовления субблоков (КМ-1)

3.6. Технроцесс изготовления печатных плат и субблоков 3.7. Материалы для печатных плат 3.8. Изготовление монтажа 3.9. Установка радиоэлементов

3.10. Пайка

3.11. Многослойные печатные платы

57 / 99

Лекции по КТОП

1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ЕСКД 1.1. Общие

положения

Новая техника создается на этапе ОКР (опытно-конструкторской работы). Если проблема не ясна до конца, то ОКР может предшествовать НИР (научно исследовательская работа) договорная или бюджетная. Для начала работ должен быть заказчик: ведомство, организация, фирма, заинтересованное в этой новой технике. В роли исполнителя выступает разработчик - одна из проектных организаций (КБ, НИИ), которые по своему профилю могут создать эту новую технику. Основание для начала работ является договор между заказчиком и разработчиком. Это основной юридический документ, в котором

оговорены все обязательства сторон. Разработка крупных РЭК (радио-электронный комплекс) может выполняться несколькими производителями по своей специализации.

Пример. Создание ССиУ тактического звена требует: аппаратуру связи, модемы, ЭВМ, средства отображения информации и т.п. Тогда в роли разработчика выступает генеральный разработчик, одно из головных НИИ, который выдает соисполнителям частные технические задания (ЧТЗ) на их части системы. ЕСКД определяет этапы или стадии разработки конструкторских изделий:

1)техническое задание;

2)техническое предложение:

3)эскизный и технический проекты (ЭП) (ТП);

Это проектные этапы.

4) разработка рабочей документации. Создание рабочей документации, делится на 3 стадии:

а) для опытных образцов (00); б) для установленной серии;

в) для установившегося серийного производства.

58 / 99

Лекции по КТОП

На каждом этапе документация проходит отработку и корректировку по результатам испытания 00 и после корректировки ей присваивается соответствующая литера (П - проектная. О, 01) - литера этапа.

Целью ОКР является не создание опытных образцов новой техники, а разработка комплекта конструкторской документации, позволяющей организовать серийное производство. Сами опытные образцы являются средством проверки качества документации, ее отработки и выполнения требований ТЗ.

1.2. Техническое задание

Это документ, устанавливающий назначение, технические и тактические характеристики изделия, условия эксплуатации и другие требования. После согласования и утверждения ТЗ заказчиком и разработчиком оно становится основным техническим документом, на основании которого проводятся все этапы работ и главное их приемка. Время составления ТЗ может быть достаточно большим.

1.3.Техническое предложение

Вцелом ряде случаев невозможно начать ОКР т.к. на этапе ТЗ имеются принципиально неясные вопросы. Тогда вводится этап технических предложений. На этом этапе изучаются патенты, аналоги аппаратуры, перспективы элементной базы, т.е. делаются всесторонние обоснованные возможности выполнения требований ТЗ. После этого в ТЗ вносятся коррективы, и начинается разработка.

1.4.Эскизный проект

Это выбор вариантов решений по возможной структурной схеме устройства, основным параметрам, габаритам, массе, общие представления по принципиальным вопросам ТЗ. Рассматриваются прототипы, варианты структурных схем, делаются необходимые расчеты, моделирование на ЭВМ,

4

59 / 99

Лекции по КТОП

выбирается элементная база, конструкция АС и основные технологические процессы.

Разрабатывается первый вариант программы обеспечения надежности (ПОН) и составляется перечень-ограничитель элементов и материалов на ОКР.

Результатом работы является технический отчет, который рассматривается комиссией во главе с заказчиком. В задание могут вноситься изменения, и пишется об этом протокол.

1.5. Технический проект

Содержит окончательное решение, дающее полное представление об изделии. Разрабатываются принципиальные схемы узлов, их конструкция и АС в целом. Часто для АС разрабатывается действующий макет для испытаний. Уточняется ПОН, перечни элементов. Технический отчет и протоколы испытаний рассматриваются и утверждаются заказчиком.

1.6. Разработка рабочей документации

Проводится в 3 этапа:

1) разработка КД для опытного образца и изготовление опытного образца в опытном производстве. Затем проводятся предварительные испытания опытного образца. Это испытание разработчика на соответствие всем требованиям ТЗ. Испытания проводит комиссия. Участвуют в комиссии; завод, разработчик, заказчик. По результатам испытаний документация корректируется и ей присваивается литера О.

Далее межведомственная комиссия проводит государственное испытание опытных образцов. Это испытание заказчика, также на соответствие всем требованиям ТЗ. Обычно эти испытания проводятся на объектах установки, полигонах при работе по реальным каналам, которые предоставляет заказчик. КД по результатам испытаний корректируется и ей присваивается литера 01. С этой литерой документация передается на серийный завод для изготовления установочной партии с проектом ТУ;

60 / 99