Основы конструирования и технологии производства РЭС

скачать книгу бесплатно


– взаимодействие с другими РЭС, входящими в систему более высокого иерархического уровня, в процессе решения общей задачи.

4. Учет основных видов взаимодействия внутри РЭС (между ее частями): функционального, информационного, энергетического и др.

5. Учет взаимодействия между элементарной базой и системотехникой. Создание новой элементной базы вызывает развитие системотехники.

Развитие элементной базы приводит к улучшению показателей качества и надежности РЭС. Применение гибридных электронных схем (ГИС), функциональных микросхем, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и др. способствует значительному снижению энергозатрат, массы и габаритов.

Развитие нанотехнологий требует от разработчика углубленных знаний физики, математики, информационных технологий. Инженер не может отказаться от математического моделирования, а программист, работающий в радиотехнической промышленности, обязан знать физические основы работы электронных устройств.

6. Учет возможности изменения исходных данных и решаемой задаче в процессе проектирования, производства и эксплуатации РЭС. Этот учет выражается в создании более «гибкой» и универсальной РЭС. При этом следует необходимость:

– вариации исходных данных, включая критерии качества, в процессе проектирования РЭС для оценки степени их критичности на работу системы и получения более надежных результатов проектирования;

– обеспечения большей универсальности применения проектируемой РЭС, чтобы при изъятии или добавлении некоторых блоков система была пригодной для решения новых задач [3].

7. Выделение главных показателей качества, которые необходимо улучшать в первую очередь.

Показатели качества должны постоянно проверяться. Для оптимизации этого процесса необходимо взять показатели и, по возможности, стремитьcя к поддержанию их значений в заданных пределах. Для радиотехнических систем основные показатели качества – помехоустойчивость, конфиденциальность, электромагнитная совместимость, энергопотребление, надежность, масса, объем, стоимость. 8. Сочетание принципов композиции, декомпозиции и иерархичности. Современные РЭС могут содержать сотни, тысячи и миллионы элементов. Оптимизировать все элементы даже с помощью ПЭВМ невозможно. Поэтому их объединяют в сборочные единицы: ячейки, блоки, стойки (шкафы). Далее каждая сборочная единица рассматривается как единое целое, в котором производится композиция элементов. Сложную РЭС разбивают на отдельные ячейки, т. е. проводят декомпозицию.

В результате композиции и декомпозиции РЭС разбивают на ряд иерархических уровней, каждый из которых может содержать ряд частей (сборочных единиц).

Такое сочетание композиции, декомпозиции и иерархичности позволяет упростить проектирование, производство, эксплуатацию и утилизацию РЭС.

При декомпозиции РЭС на подсистемы (сборочные единицы) необходимо уделять особое внимание обоснованию критериев качества каждой подсистемы.

9. Вскрытие основных технических противоречий, препятствующих улучшению качества РЭС и ускорению процесса ее разработки, а также отыскание приемов их преодоления.

10. Правильное сочетание различных методов проектирования. В первую очередь математических, эвристических и экспериментальных. Современные математические методы основаны не только на разработке алгоритмов расчета отдельных параметров, но и на создании имитационных моделей, позволяющих приближенно проверить работу устройства в различных ситуациях [3], [4].

11. Обеспечение должного взаимодействия в процессе проектирования специалистов различных уровней и профилей.

2.2. Порядок и этапы разработки радиоэлектронной аппаратуры

Конструирование РЭС как один из видов инженерной деятельности есть процесс определения, разработки и отражения в конструкторской, технологической и программной документации:

? формы, размеров и состава изделия,

? входящих в него деталей и узлов,

? используемых материалов и комплектующих изделий,

? взаимного расположения частей и связей между ними,

? указаний на технологию изготовления,

? указаний на метрологию поверки и методику эксплуатации изделий [11].

Появление нового технического изделия – сложный и противоречивый процесс. Особенно это касается радиоэлектронных изделий, функционирование которых основано на широком спектре физических, химических и иных явлений. Новая техника, воплощая результаты последних научно-технических достижений, способствует развитию производительных сил общества и удовлетворению его потребностей в продукции более высокого качества. Важнейшим вопросом в сфере производства новой техники является прогнозирование. Определение главных направлений исследований и разработок проводится в ходе научноисследовательских работ (НИР) и опытно-конструкторских работ (ОКР).

Разработка и организация производства нового изделия требует затрат времени и крупных финансовых вложений. Величина этих расходов зависит от уровня новизны продукции и частоты смены моделей. Затраты на изготовление изделия в первый год его выпуска могут в несколько раз превышать затраты последующих лет. Главными направлениями исследований и разработок занимаются специалисты, участвующие в научно-исследовательских работах (НИР) и опытно-конструкторских работах (ОКР).

Жизненный цикл изделий. Быстрые темпы технического прогресса требуют такого периода смены моделей продукции (жизненного цикла продукции), при котором суммарные затраты на разработку и внедрение новых моделей, а также потери от морального износа были бы минимальны, а уровень экономической эффективности был бы максимальным.

В жизненном цикле изделия можно выделить два периода. Первый – в течение которого осуществляется разработка новой продукции. Второй – в течение которого новая продукция осваивается, производится и реализуется до прекращения выпуска и утилизации. В первый период жизненного цикла изделия входит полный комплекс работ по созданию новой техники [11]:

1. Научно-исследовательская разработка (НИР). На этой стадии проходят проверку новые идеи и изобретения. Теоретические предпосылки решения научных проблем проверяются в ходе опытно-экспериментальных работ.

2. Опытно-конструкторская разработка (ОКР). На этой стадии идеи и решения, возникающие в процессе НИР, реализуются в технической документации и опытных образцах.

3. Конструкторская подготовка производства (КПП). Осуществляется проектирование нового изделия, разрабатываются рабочие чертежи и техническая документация.

4. Технологическая подготовка производства (ТПП). Разрабатываются и проверяются новые технологические процессы, проектируется и изготавливается технологическая оснастка для производства изделия.

5. Организационная подготовка производства (ОПП). На этой стадии выбираются методы перехода на выпуск новой продукции, проводятся расчеты потребности в материалах и комплектующих изделиях, определяются продолжительность производственного цикла изготовления изделия, размеры партий и пр.

6. Отработка изделия в опытном производстве (ООП). Осваивается выпуск опытного образца (опытной партии), проводится отладка новых технологических процессов.

Во второй период жизненного цикла включается освоение изделия в серийном производстве (ОСП). На этой стадии возникают и конструкторские изменения, и изменения в технологических процессах, и изменения уровня оснащенности производства специальными видами оснастки и оборудования.

Точное соблюдение технологического процесса – одно из важнейших организационных условий повышения эффективности выпуска нового изделия, включая высокое качество продукции и высокие показатели производства.

Завершающим этапом жизненного цикла является эксплуатация новой продукции, когда продукция используется в соответствии с ее назначением и приносит экономический эффект. Предприятию было бы выгодно продлить второй период жизненного цикла изделия на максимальный срок, однако этот период имеет свой предел. Новая продукция с момента ее появления обеспечивает социально-экономический эффект до определенного времени, после которого она морально стареет, [4].

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные принципы системного подхода.

2. В чем заключается принцип композиции?

3. В чем заключается принцип декомпозиции?

4. Приведите порядок разработки радиоэлектронной аппаратуры.

5. Перечислите основные этапы системного подхода при разработке РЭС.

6. Что такое жизненный цикл изделий?

Глава 3. Разработка и постановка в производство РЭС

3.1. Модели работ

В условиях современного серийного производства на разработку аппаратуры РЭС накладываются требования реализуемости процесса проектирования с помощью современных информационных технологий, использования специализированного программного обеспечения и автоматизированных агрегатов при изготовлении, настройке, испытаниях, контроле и приемке заказчиком. Для предприятий, специализирующихся на изготовлении продукции стратегического назначения, встраивание процесса разработки изделий в производственный процесс является актуальным, т. к. предназначается для современного технологического оборудования. Кроме того, общий и непрерывный технологический процесс – от выдачи технического задания до отгрузки серийной продукции – экономит время и финансовые затраты.

Инженер, работающий на современном предприятии, должен руководствоваться стремлением разрабатывать РЭС, обладающие конкурентоспособностью и оригинальностью. Но это не означает, что можно использовать в отечественном производстве зарубежные разработки без всестороннего критического анализа. В условиях планового управления экономикой на государственных предприятиях обеспечивались качественные показатели и требования надежности, но при этом инициативность и оригинальность технических решений была значительно затруднена из-за бюрократических трудностей.

Разумный компромисс в условиях рыночной экономики можно достигнуть строгим выполнением требований Государственных стандартов и правильным, научно обоснованным выбором моделей организации работ [11], [5]:

1 – создание продукции по государственным и муниципальным заказам, финансируемым из федерального бюджета и бюджетов субъектов РФ (госзаказ);

2 – создание продукции по заказу конкретного потребителя;

3 – инициативные разработки продукции.

При создании продукции по госзаказу и заказу конкретного потребителя разрабатывают техническое задание (ТЗ) и заключают договор (контракт) на выполняемые работы. В договоре или ТЗ указывают нормативные документы, регламентирующие порядок выполнения работ, и документы, определяющие обязательные правила и требования к продукции, а также требования, установленные законами и нормативными документами органов государственного надзора.

3.2. Главные этапы работ

В зависимости от назначения изделий данного вида радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), технических заделов разработчика, объема финансирования, оснащения и возможностей производства, потребностей рынка и других многочисленных факторов, включая конкретные этапы работ при разработке изделий, их содержание, можно выделить три основные стадии работ для вновь разрабатываемых изделий:

? техническое предложение (аванпроект);

? эскизный проект (ЭП);

? технический проект (ТП).

Каждый инженер-разработчик обязан знать, что основой для разработки является техническое задание. В ТЗ излагаются назначение и область применения разрабатываемой РЭА, технические, конструктивные, эксплуатационные и экономические требования, условия хранения и транспортирования, требования по надежности, правила проведения испытаний и приемки образцов в производстве. На стадии технических предложений проводится анализ существующих технических решений, патентные исследования, проработка возможных вариантов создания РЭА, выбор оптимального решения, макетирование отдельных узлов РЭА, выработка требований для последующих этапов разработки.

На стадии эскизного проектирования осуществляют проработку выбранного варианта реализации РЭА. Изготавливается действующий образец, проводятся испытания в объеме, достаточном для подтверждения заданных в ТЗ технических и эксплуатационных параметров, организуется разработка необходимой конструкторской документации, которой присваивается литера «Э».

Прорабатываются основные вопросы технологии изготовления, наладки и испытания элементов, узлов, устройств и РЭА в целом. На стадии технического проекта принимаются окончательные решения о конструктивном оформлении РЭА и составляющих ее узлов, разрабатывается полный комплект конструкторской и технологической документации, которой присваивается литера «Т», изготавливается опытный образец (образцы) РЭА, проводятся испытания на соответствие ТЗ.

Для повышения качественных показателей, основанных на статистических методах, необходимо изготовить опытную партию отдельных элементов РЭА.

По результатам приемки представителями подразделений контроля качества на предприятии осуществляется технологическая подготовка производства, выпуск установочной серии и организация серийного (массового) выпуска РЭА [2].

Стадии разработки ТЗ, технических предложений и ЭП включаются, как правило, в научно-исследовательскую работу, а стадии разработки технического проекта и технологической подготовки производства – в опытно-конструкторскую разработку.

Стадии разработки ТЗ, технических предложений и ЭП включаются в научно-исследовательскую работу, а стадии разработки технического проекта и технологической подготовки производства – в опытно-конструкторскую разработку. Перечисленные стадии могут выполняться как на одном предприятии (ОАО, ЗАО и т. п.), так и на нескольких, например в научно-исследовательских институтах и центрах и в серийных конструкторских бюро (СКБ). Для изделий, не требующих проведения НИР, разработка и постановка продукции на производство предусматривает [6], [7]:

1) разработку ТЗ на опытно-конструкторскую работу;

2) проведение ОКР, включающей:

– разработку конструкторской (КД) и технологической (ТД) документации,

– изготовление и испытания опытных образцов,

– приемку результатов ОКР, утверждение разработанной документации и технических условий (ТУ) на изготовление установочной (опытной) партии изделий;

3) постановку изделий на производство, включающую:

– подготовку производства,

– изготовление установочной серии и квалификационные испытания.

При разработке РЭА выпускают большое количество технической документации (конструкторской, технологической, программной), состав которой определяется Государственными стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), Единой системы технологической документации (ЕСТД) и Единой системы программной документации (ЕСПД).

Продукты интеллектуального труда, полученные в процессе создания и постановки продукции на производство и являющиеся объектами охраны интеллектуальной собственности, используют в порядке, установленном законодательством Российской Федерации.

Государственные стандарты устанавливают несколько этапов разработки конструкторской документации с соответствующими требованиями к их содержанию и выполнению. Количество перечисленных этапов зависит от назначения, вида изделий и их сложности, предыстории развития данного направления техники, существующих аналогов, возможностей производства, объема финансирования и т. п.

Немаловажное значение имеет необходимость учета политической ситуации и рыночной конкуренции.

Контрольные вопросы

1. Кто формирует технические требования к разрабатываемой аппаратуре?

2. Назовите основные стадии проектирования РЭС.

3. Перечислите основные модели организации работ .

4. Перечислите основные виды работ для вновь разрабатываемых изделий.

5. Дайте характеристику подготовительным этапам конструирования.

6. Что является основанием для составления ТЗ?

7. Приведите порядок разработки ТЗ.

Глава 4. Научно-исследовательская разработка

4.1. Виды научно-исследовательских работ

Современное производство не может обойтись без внедрения в производство результатов научных исследований.

Порядок выполнения научно-исследовательских работ (НИР) регламентируется ГОСТ Р 15.101.98 «Порядок выполнения научно-исследовательских работ». Приведем основные положения этого стандарта, характеризующие научноисследовательскую разработку [11].

Научно-исследовательская разработка – это комплекс теоретических и экспериментальных исследований, проводимых с целью получения исходных данных, изыскания принципов и путей создания или модернизации продукции, если таковых не имеется или они недостаточны непосредственно для успешной разработки изделия. Научные исследования в зависимости от содержания и характера получаемых результатов подразделяются на фундаментальные, поисковые и прикладные.

Целью фундаментальных исследований является открытие новых явлений, закономерностей и принципов, которые могут быть использованы при создании новой техники или технологии.

Поисковые научные исследования направлены на изучение конкретных проблем, например возможностей создания новых материалов, техники, технологии, повышения производительности труда и качества продукции и т. п. Результаты поисковых работ оформляются в виде отчетов, технической документации, макетов, экспериментальных образцов изделий.