1.8. Системні принципи конструювання от

Конструювання радіоелектронних засобів пов’язане з особливою складністю внутрішніх функціональних зв’язків між складовими частинами конструкції. Крім просторових і механічних, потрібно встановити складні електричні зв’язки, обмежити електромагнітні поля, температуру й температурний градієнт на певних ділянках внутрішнього простору системи.

Для полегшення оцінки впливу тих чи інших зв’язків їх поділяють на необхідні, зайві та шкідливі. Такий поділ цілком залежить від конкретної задачі, що розв’язується. Конструктору самому доводиться вирішувати, які зв’язки суттєві, а які ні. Тобто рішення залежить від кваліфікації конструктора. Але в загальному випадку необхідними функціональними зв’язками є:

- електричні, що визначаються монтажними з’єднаннями;

- просторові та механічні, що визначаються компонуванням та кріпленням елементів.

Зайві зв’язки, що в конструкції повинні бути обмеженими верхньою границею, виникають як побічні в результаті формування необхідних зв’язків. Зайві зв’язки несуть потенційну небезпеку, бо спроможні при несприятливих обставинах стати шкідливими.

Формування структури конструкції та зв’язків у ній є задачею синтезу. Задачі синтезу передує задача аналізу. Після синтезу отриману ситуацію знову потрібно проаналізувати. Тому при конструюванні ОТ багаторазово перемежовується аналіз і синтез. Синтез потребує розвиненої інтуїції, досвіду та наукової системи поглядів. Продукт синтезу підлягає аналізу шляхом контролю, розрахунків та координації.

Суттєвою особливістю РЕЗ є невизначеність вихідних даних при розв’язуванні задач проектування. Наприклад, при розрахунку принципової електричної схеми немає точних даних про паразитні провідності, ємності та індуктивності монтажу, про значення температури елементів. Ще не існує детальних креслень конструкції, а теплові розрахунки не можуть бути проведені без точних даних про потужність теплового виділення на кожному елементі. Тому можливі лише попередні розрахунки, які в системі повинні задавати добре наближення до дійсних значень. Цю послідовність розрахунків ще треба вміти правильно організувати й зробити якомога коротшою. Тому вже на стадії проектування бажано врахувати максимальну кількість факторів, що впливають на оптимальний вибір конструкції.

Методологія пошуку оптимального варіанта конструкції грунтується на використанні системного підходу. Суть системного підходу при конструюванні полягає в тому, щоб при пошуку оптимального рішення одночасно було враховано щонайбільше різних груп факторів та обмежень, що впливають на результат. У зв’язку з розвитком теорії узагальнених кіл та широким застосуванням обчислювальної техніки системний підхід набуває все більшого значення, бо суттєво скорочує й здешевлює досить тривалий і дорогий етап проектування.

Як приклад необхідності системного підходу розглянемо процедуру розрахунків фізичних процесів.

Для вивчення фізичних процесів треба врахувати дві суперечливі обставини:

- недостатньо розглянути кожний процес окремо;

- неможливо одночасно розглянути всі фізичні процеси в їх повному взаємозв’язку.

Треба вибрати таку послідовність розрахунків, коли кожне уточнення наближає результат до дійсного, тобто треба забезпечити алгоритм послідовних наближень.

Характерним для РЕЗ є розгляд трьох найбільш вагомих фізичних процесів: електричного, теплового і механічного (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Взаємозв’язок фізичних процесів у РЕЗ

Цифрами позначені послідовні етапи розрахунків фізичних процесів:

1. Передача теплових потужностей, що виділяють елементи.

2. Розподіл температур у конструкції.

3. Визначення мас елементів.

4. Розподіл прискорень, сил та деформацій у конструкції.

5. Вплив вібрацій і деформацій на теплопередачу в контактах між елементами системи.

6. Передача тепла між елементами системи.

Наведений приклад показує важливість системного підходу, який вимагає розгляду якомога більшої кількості внутрішніх і зовнішніх зв’язків при протіканні фізичних процесів. Будь-які комплексні розрахунки бажано завершити комплексними випробуваннями.

Хоча РЕЗ як складний об’єкт проектування може й повинен розглядатися як самостійна система, щоб застосувати методологію системного підходу, все ж таки треба також вміти правильно поділяти його на підсистеми. Розглянемо, наприклад, структуру складного РЕЗ з точки зору задач проектування, що направлені на забезпечення високої надійності, точності, технологічності. Така структура показана на рис. 1.6. Вона відповідає тій спеціалізації робіт, яка має місце на промислових підприємствах.

Рис. 1.6. Структура проектування РЕЗ

1. Група системотехніків розробляє алгоритм РЕЗ як найкращу послідовність перетворення сигналів та усунення завад для забезпечення технічних вимог.

2. Системотехніки розробляють принципову електричну схему, яка реалізує алгоритм через сукупність з’єднаних між собою елементів.

3. Конструктори створюють проект просторово-матеріального втілення електричної схеми у вигляді конструкції. Сюди включається розробка друкованих плат, топологічних схем розміщення компонентів на підкладках або платах тощо.

4. Технологи розробляють послідовність та режими виконання технологічних операцій, вибирають для їх забезпечення відповідне устаткування та пристосування.

5. Експлуатаційники визначають правила користування готовим виробом.

Всі ці етапи певним чином взаємопов’язані між собою. Цей зв’язок випливає не лише з природної послідовності робіт у кожній підсистемі. Саме системний аналіз вимагає врахування всіх зв’язків підсистеми з однієї єдиної позиції. Об’єднуючим фактором є саме завдання забезпечення точності, надійності і технологічності.