5.2. Развитие конструкций и процессов конструирования рэс.

Требование системного подхода к изучению объекта курса заставляет рассмотреть, как изменялось РЭС и процессы его создания по мере развития радиоэлектроники (РЭ) под влиянием изменения потребностей общества. Изменения методов и средств проектирования будут рассмотрены подробно далее.

Рис. 5.2. Системный подход при изучении развития РЭС.

В ходе изучения эволюции объектов курса необходимо ответить на следующие вопросы:

• как рассматривается РЭС на различных этапах развития? как система или нет?

• каков характер процесса конструирования? что превалировало в действиях конструктора: опыт, интуиция или строгие научные подходы?

• как осуществлялось формулировка задачи конструирования? как оптимизационная задача или нет?

• какова была эффективность (Э) использования РЭС в течение жизни?

5.2.1. Этапы развития рэ.

Условно весь ход развития РЭ может быть поделен на этапы, а РЭС - на поколения. В основу деления положен вид используемого в РЭС активного элемента. Таким образом, выделяется пять этапов развития РЭ и поколений РЭС:

- 1-е поколение РЭС - в качестве активного элемента использовалась радиолампа;

- 2-е поколение - полупроводниковой активный элемент;

- 3-е поколение - интегральная схема (ИС);

- 4-е поколение - большая ИС (БИС);

- 5-е поколение - сверхбольшая ИС (СБИС), микропроцессоры.

Начнем рассмотрение развития РЭ с двух начальных этапов, т.е. когда в качестве активного элемента использовались радиолампы и транзисторы.

На первых этапах развития РЭ конструирование РЭС велось с использованием технических решений, получивших широкое применение в приборостроительной и электротехнической промышленности, которые развились раньше радиопромышленности.

Элементная база представляла собой широкий набор конструктивно разнородных элементов. Принципиальных изменений в конструкциях того периода было мало. Основу конструкции составлял деревянный ящик. Элементы и детали крепились на стенках.

По содержанию процесс создания конструкций S_к ,в основном, сводился к определению форм некоторых элементов, их размеров, материалов и размещению элементов в пространстве для обеспечения электрических и механических соединений, т.е. к определению пространственной S_пр , механической Ѕм подсистем РЭС. Требования по другим подсистемам были нежесткими и их зачастую не учитывали при синтезе, обходясь контрольным, проверочным анализом на допустимость создаваемой таким путем конструкции.

Таким образом проектирование конструкции S_к заключалось в определении двух подсистем S_пр, S_м и их взаимного влияния R_s1, R_s2, т.е. S_к= {< S_пр, S_м>,< S_м, S_пр >, R_s1, R_s2}

Рис. 5.3. Представление о конструкции РЭС на ранних этапах развития РЭ.

Синтез пространственной подсистемы S_пр представлял собой поиск или выбор конструктивного оформления некоторых элементов Г_эрэ электрической схемы и несущих конструкций Г_нк с последующим их расположением в пространстве, т.е. с определением совокупности отношений R_пр между ними.

Элементная база имела широкий набор конструктивно разнообразных решений, поэтому множество возможных вариантов форм и значений параметров Е_пр элементов Г пространственной подсистемы Ѕ_пр было велико. Другими словами, множество возможных альтернатив по синтезу или выбору унарных пространственных отношений R_1пр в системе S_пр было велико.

Кроме того, множественность альтернатив для форм и размеров элементов Г порождала и множественность возможных вариантов расположения их в пространстве, т.е. обилие вариантов пространственных бинарных R_2пр, тернарных R_3пр и ... n-арных отношений R_{n пр} , структур _пр и параметров Е_пр.

Следовательно, начальный этап развития РЭ характеризовался чрезвычайно большим множеством альтернатив по построению пространственной подсистемы Sпр для РЭС.

В следствие большого разнообразия вариантов построения пространственной подсистемы S_пр конструкции не удавалось выделить основные особенности (основные принципы) их построения. В результате априорная информация о будущей пространственной подсистеме была не значительна, а задача построения S_пр очень сложной.

После синтеза шел этап анализа конструкции, в основном, путем испытания ее. Аналитические (расчетные) методы анализа вначале отсутствовали.

Все вышесказанное о пространственной подсистеме S_пр в полной мере справедливо и для механической подсистемы S_м.

Можно заметить, что, в сущности, решалась задача выбора варианта конструкции РЭС, удовлетворяющего некоторым требованиям, но далеко не оптимального. Задача оптимального конструирования РЭС даже не ставилась.

Эффективность проектирования конструкций РЭС зависела целиком от творческих способностей конструктора, и в общем случае не могла быть высокой.

Разнообразие структур и обусловленные этим трудности с выбором определенной структуры (и конституэнт Е отношений R порождали трудности формализованного синтеза вариантов конструкций S, всестороннего формализованного анализа конструкций, сравнения и выбора единственного. Поэтому в процессе проектирования, в основном, использовались творческие возможности конструктора. В результате проектирование по сути представляло собой процесс "проб и ошибок", основанный на опыте и интуиции конструктора. Формализованные приемы и методы практически отсутствовали. Последнее замечание относится к формулировке задачи конструирования РЭС.

По мере роста требований к PЭС менялась и конструкция. Необходимость увеличения коэффициента усиления приводила к росту числа каскадов. При этом возникало самовозбуждение усилителя. Для устранения возбуждения применили экранирование отдельных каскадов и элементов. Так в конечном итоге пришли к металлическому шасси.

Позднее была заимствована с успехом применявшаяся в телефонии идея разделения PЭС на части - так появилось шасси в виде этажерки. В результате развития РЭ менялась конструкция РЭС, что приводило к изменению методов деятельности.

Развитие РЭ на новых этапах привело к необходимости улучшения качества РЭС. Так возникло требование построения оптимальной конструкции РЭС, что коренным образом изменило понимание целей и проблем проектирования.

Существенное изменение в конструкциях и: методах проектирования началось примерно в 50-х годах, когда развитие научной и технической базы создало новые направления в конструировании элементной базы и самой аппаратуры.

ПРИМЕР. Растут масштабы применения PЭС - растут масштабы производства - изменяется конструкция PЭС - для уменьшения трудозатрат меняется технология (вместо винтового соединения - пайка). Большое количество ламп - проблема теплоотвода. В зависимости от области применения - необходимость учета влаги, пыли, механических воздействий.

Конструкторское проектирование потребовало учета уже не 2-х, а многих подсистем.