1.4 Системний підхід при конструюванні засобів вимірювальної техніки

Методологія пошуку оптимального варіанту конструкції ЗВТ заснована на використовуванні системного підходу. Суть системного підходу при конструюванні сучасних ЗВТ полягає у тому, що відшукується оптимальне рішення при одночасному врахуванні декількох різних груп чинників і обмежень, які раніше (для апаратури перших поколінь) враховувалися на різних етапах проектування (розробка структурної і принципової схем, конструювання, розробка технологічного процесу). При цьому структура ЗВТ, його конструкція і технологія виготовлення розглядаються з погляду оптимальності всієї системи [6].

Системний підхід використовувався і при конструюванні апаратури перших поколінь, наприклад при мінімізації об'єму блоку, що містить два (і більше) трансформатори різної потужності. Трансформатор мінімального об'єму має форму куба. За наявності декількох різних трансформаторів кубічна форма найбільшого трансформатора не дозволяє ефективно використовувати весь об'єм блоку. Отже, блок мав оптимальний об'єм при неоптимальній формі окремих трансформаторів.

Перехід на мікроелектронну елементну базу МЕБ дозволив: 1) розширити можливості системного підходу; 2) розповсюдити його на ЗВТ в цілому, наприклад змінити принципи організації ЗВТ- перенести виконання частини функцій з наземної апаратури на бортову; замінити в станції радіолокації антену з механічним скануванням променя на активні фазові антенні гратки з електричним скануванням променя; виробляти передачу інформації не в аналоговій, а в цифровій формі; понизити вартість і масогабаритні характеристики при одночасному підвищенні надійності шляхом заміни механічних і електромеханічних компонентів електронними (у мікроелектронному виконанні), використання елементів в інтегральному виконанні з новими властивостями (транзисторних пар, виготовлених в єдиному технологічному циклі, рідкокристалічних індикаторів і т. д.). Все це дає змогу поліпшити показники якості ЗВТ, але одночасно вимагає докорінної зміни конструкції. В кінцевому варіанті структура ЗВТ і її конструкція залежать від технологічних можливостей виробництва. Тому, при використанні системного підходу у конструюванні, беруться до уваги не тільки схемотехнічні , але і технологічні чинники.

Ефективність використання системного підходу при конструюванні залежить від виду ЗВТ. Найбільш ефективним системний підхід є при проектуванні цифрових пристроїв, що мають регулярну структуру. Це дозволяє здійснювати моделювання при відшукуванні оптимальної конструкторської ієрархії з урахуванням затримки розповсюдження сигналу, перехресних завад, різних обмежень: технологічних (наприклад, нестабільності хвильового опору ліній зв'язку), експлуатаційних (зовнішніх дестабілізуючих дій і т. ін.). Для аналогових пристроїв, зважаючи на меншу регулярність структур і більшу різноманітності виконуваних функцій (генератор, модулятор, компаратор і т. ін.), а також ширші діапазони потужностей і частот сигналів важче використовувати системний підхід. В цілому використовування системного підходу при конструюванні ЗВТ підвищило роль конструктора і технолога, які стали брати участь в створенні ЗВТ з ранніх етапів його розроблення. Це ставить високі вимоги до конструктора і технолога ЗВТ, які повинні знати вигоди “гарячого” резервування (наприклад, “потрійної” логіки) або використання спеціальних коректуючих кодів, що дозволяють працювати за наявності частини несправних елементів (вже на етапі виробництва або при експлуатації виробу).

Пошук оптимального варіанту конструкції ЗВТ пов'язаний з визначенням екстремуму одного або декількох показників якості. Розрізняють локальний і глобальний екстремуми. Локальних екстремумів може бути декілька, а глобальний існує тільки один. Часто для того, щоб виріб задовольняв заданому показнику якості, досить знаходження локального екстремуму. При цьому виходить не оптимальне, а просте прийнятне рішення, але витрати часу і засобів скорочуються на порядок або декілька порядків при неістотному погіршенні якості виробу. Складність пошуку глобального екстремуму зумовлена наступними причинами: 1) складністю ЗВТ (значна кількість можливих рішень); 2) наявністю, як правило, не одного, а декількох показників якості, які часто суперечливі або мають різний ступінь значущості; 3) тенденцією до скорочення циклу і вартості нової розробки при одночасному підвищенні вимог до якості (надійності, вартості, енергоспоживанню і т. д.); 4) тенденцією до скорочення морального терміну служби ЗВТ. Для полегшення пошуку оптимального або просто прийнятного варіанту конструкції ЗВТ використовують відпрацьовані (базові) конструкції, певні види матеріалів і компонентів, стандартні технологічні процеси і схемотехнічні рішення, відомі фізичні принципи. Проте, при пошуку конструкції з параметрами, значно кращими за досягнуті, відшукуються принципово нові рішення.