Системное представление процесса разработки конструкции

Разработка современной электронной аппаратуры представ­ляет собой сложный творческий процесс, объединяющий специ­алистов различного профиля единой целью получить изделия, соответствующие техническому заданию. К разработке аппара­туры привлекаются огромные материальные и людские ресурсы, информационные массивы из различных областей науки и тех­ники, математические методы синтеза и оптимизации, системы автоматизации проектирования и т. д. Все перечисленное вза­имосвязанно взаимодействует, составляя большую систему.

Системой вообще называют совокупность объектов, устройств, звеньев и т. д., целенаправленно взаимодействующих. Под боль­шой системой будем понимать совокупность целенаправленно действующих объектов, имеющих иерархическую структуру со сложными взаимосвязями. Большая система обычно имеет веро­ятностный характер и состоит из подсистем, которые, в свою очередь, могут быть большими.

В конструировании и производстве электронной аппаратуры можно выделить два вида систем: системы организации разра-ботки и производства изделий и системы творческого процесса анализа, синтеза и оптимизации конструкций. Изучение обеих систем представляет теоретический и практический интерес, по-этому рассмотрим некоторые особенности их и раскроем суще-ственные связи. Начнем с системы организации разработки и производства.

Рассмотрим систему заказчик—разработчик, обеспечивающую согласование технического задания при стоимостных и временных ограничениях с возможностями разработки заданного изделия.

Основным документом для конструкторской разработки является техническое задание (ТЗ). Оно содержит основные требования заказчика, предъявляемые к создаваемой аппаратуре. Кроме технического задания заказчик передает разработчику средства, необходимые для разработки и производства заказа.

Между заказчиком и разработчиком устанавливаются необходимые связи, обеспечивающие своевременную консультацию, согласование и утверждение предложении разработчика. Вид этих связей зависит от объема и сложности заказа, а также от сложившихся организационных структур у заказчика и разработчика. Установившейся системы организации пока еще не существует, поэтому можно предложить некоторую упрощенную схему системы заказчик-разработчик по уяснению и согласованию ТЗ, оценке стоимости аппаратуры, оценке возможностей выполнения заказа при стоимостных и временных ограничениях.

Разработка поручается главному конструктору, который может разместить заказ в нескольких проектно-конструкторских организациях, конечный продукт их деятельности — разработка принципиальных основ аппаратуры, ее схемы и конструкции, включая опытный образец, с последующей передачей технической документации в серийно-конструкторские бюро для составления конструкторско-технической документации серийного производства.

 

 

Рис. 1.2. Схема подсистемы «заказчик-разработчик»

 

Остановимся на системе (рис.1.2), описывающей раннюю стадию проектирования. Считаем, что согласования ТЗ и принципиальных основ построения аппаратуры закончены. Выбран элементный базис и составлена первичная ведомость покупных изделий. Она является основным документом при оценке стоимости заказа.

В каждой промышленности сложились определенные отношения между основными статьями расходов, к которым относятся трудозатраты, стоимость материалов и стоимость готовых изделий. Зная норматив отрасли, который устанавливает процент стоимости готовых изделий в общей стоимости заказа, определяют проектную стоимость заказа, затем сравнивают ее с заданной. После чего либо обращаются за дополнительными ресурсами, либо оценивают время, потребное на разработку проекта, поступая аналогично предыдущему: обращаются к нормативу отрасли по трудозатратам, необходимым для разработки проекта. затем сравнивают полученное при расчете потребное время разработки t_ф с заданным t_з. Если t_ф< t_з, то формируется план "последовательной» разработки для конструкторских и технологических подразделений. Если t_ф>t_з, то производится привлечение людских резервов и формируется план «параллельной» разработки, т.е. одновременного проектировании всех конструкторских модулей.

При таком виде разработки вопросы согласования приобретают важнейшее значение. После формирования плана разработки ставится конструкторская задача исполнителям. Далее переходят к системе разработчик—производство.

Общая задача разработки аппаратуры разбивается на подзадачи, для каждой из которых определяется проектное значение показателя качества. Подзадачами могут быть компоновка, тепловой режим, защищенность от механических воздействий, помехозащищенность и т. д. Кроме того, определяется план работ и ресурсы, отпускаемые на разработку конструкции.

Прежде чем начать разработку, производится исследование сопоставимых изделий (рис. 1.3), т. е. привлекается априорная информация. При этом целесообразно выделить основные свойства разрабатываемой конструкции и известной, а затем произвести их сравнение. Обычно выделяют показатели назначении, габаритно-массовые и эксплуатационные. Если результаты сравнения удовлетворяют разработчика, то принимают конструкцию сравниваемого изделия, если результаты сравнения неудовлетворительны, то выделяются рассогласования и оцениваются возможности улучшения показателей качества, затем производится оптимизация конструкции и сравнение ее показателей с заданными; если результаты сравнения удовлетворительны, то проводится разработка конструкции. При неудовлетворительных результатах сравнения производятся дополнительные исследования и ищутся пути улучшения конструкции.

Рассмотренные организационные системы не могут претендовать на универсальность, однако они позволяют увидеть основные взаимосвязи между заказчиком и разработчиком, a также логику принятия решений при разработке изделий.

Системные методы в конструировании электронной аппаратуры и, в частности, в организации конструкторской разработки, предопределяют системные методы в творческом процессе создания изделий. Они проявляются в комплексности и целенаправленности разработки, в наличие конечной цели. При этом предполагается обязательный учет взаимосвязей между отдельными явлениями и объектами и их взаимная обусловленность.

 

. 1.3. Схема подсистемы «разработчик – производство»

 

Творческий процесс создания аппаратуры как нельзя лучше может быть представлен на основе ленинской теории отражения, согласно которой человеческие ощущения, понятия и познание в целом есть отражение объективно существующей действительности.

Эксперимент, восприятие явлений, информация о сопоставля-емых объектах образуют как бы исходную ступень познания — живое созерцание.

Анализ и обобщение результатов эксперимента, обобщение априорной информации, необходимой для ведения разработки конструкции, привлечение эвристических и формальных методов для синтеза аппаратуры и сам синтез составляют вторую ступень познания - абстрактное мышление.

Воплощение в конструкции полученных знании на предыдущих ступенях познания, разработка и производство опытных и серийных образцов аппаратуры, ее эксплуатация, результаты анализа, синтеза и оптимизации апробируются практикой, кото­рая представляет собой основу познания и критерий истины.

Следует подчеркнуть, что открытие объективных законов, отраженных при синтезе и оптимизации конструкций, достигается на второй ступени познания. Сами законы и методы, используемые при синтезе и оптимизации, — это отфильтрованное существенное, необходимое для создания аппаратуры, соответствующей техническому заданию и современному уровню.

Эксперимент, анализ, синтез и оптимизация находятся в единстве, создавая единый процесс познания или в данном случае образуют систему творческого процесса создания аппаратуры. Истинность добытых знаний, воплощенных в конструкции, проверяется практикой.

На начальной стадии разработки объектом исследований являются исходные данные, заложенные в техническом задании. Ими могут быть вещи или предметы (конструкция и ее состав, элементный базис и т. д.), а также явления (быстродействие, память, помехозащищенность и т. д.).

В процессе работы конструктор вместо реальных объектов исследует их модели, т. е. абстрагируется с целью достижения определенной формализации явлений, необходимой для использования ЭВМ или для облегчения процедуры исследований.

Под моделью понимают объект любой природы, который с определенной степенью точности замещает исследуемый объект.

Наиболее простыми моделями являются предметные. Это статистические модели, например макет прибора, здания, самолета и т.д. Они в основном предназначены для изображения геометрического образа исследуемого объекта. Иногда эти модели называют изобразительными.

Особое место принадлежит математическим моделям. Эти модели зачастую являются наиболее эффективным средством изучения реального объекта,, настоящего или создаваемого.

Математические модели оттеняют «существснные> свойства исследуемого объекта или явления. Модели должны обладать свойством воспроизводства физической ситуации по определенным правилам, устанавливающим их соответствие физическому объекту или явлению. В настоящее время в связи с широким внедрением вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности значительное место в исследованиях заняли электронные модели, которые являются способом выражения математической модели в наглядной форме при помощи легко управляемых процессов, происходящих в электрических цепях.

Математические модели можно подразделить на аналитические и статистические.

Аналитические модели устанавливают взаимосвязи, существующие в физической ситуации, при помощи функциональных зависимостей, выраженных в виде формул, обыкновенных уравнений, дифференциальных уравнений и т. д.

Они описывают довольно просто предметы или явления и, не отражают всего многообразия существующих связей, однако в практической деятельности они находят широкое применение в основном из-за наглядности отражения существующих явлений.

Преимущество статистических моделей перед аналитическими в том, что они учитывают многообразие факторов, включая и случайные, присущие изучаемому объекту или явлению. Однако результаты статистического моделирования труднее поддаются осмысливанию и обработке. Совместное применение аналитических и статистических моделей дает лучшие результаты.

Последним этапом в цепи исследований объекта является принятие решения, для осуществления которого необходима последовательность действий, однозначно ведущих к цели, иными словами, необходим алгоритм решения.

Следует отметить, что |результаты анализа составляют основу для следующего этапа, которым является математический синтез, заключающийся в отыскании заданной конструкции через математическую формулировку задачи. Однако математический синтез, даже с помощью ЭВМ не позволяет получить исчерпывающего рецепта создания конструкции при этом, чем она сложнее, тем труднее сформулировать задачу и процедуру математического синтеза. В такой ситуации прибегают к эвристическому синтезу, т.е. к синтезу, опирающемуся на опыт конструирования, на определенный комплекс накопленных знаний в этойобласти. В настоящее время используется комбинация математического и эвристического синтеза, называемая инженерным синтезом.

Обобщая изложенное, можно в общих чертах представить создание конструкции следующим образом: анализ задания и исследование сопоставимых образцов конструкции, формирование примерного образа создаваемого изделия, разработка математической или иной модели, ее решение, составление математической формулировки задачи синтеза с привлечением эвристических методов и, наконец, процесс создания техниче­ского документа на предполагаемую конструкцию.

На основе анализа многолетнего опыта работы конструкторских организаций установлена стадийность разработки конструкторской документации (ГОСТ 2.103-68). Содержание работ и стадии разработки приведены в табл. 1.2

Таблица 1.2

Стадия разработки

Содержание этапа работы

Техническое задание   Техническое предложе-ние     Эскизный проект     Технический проект   Рабочий проект     Серийное производство

Разработка технического задания. Изучение назначения и условий эксплуатации Разработка предложений и их утверждение у заказчика. Присваиваемся литера "П" для документации данного этапа Разрабатывается эскизный проект ЭВА, включая блочный состав, источники питания и размещения. Документам присваивается литера "Э". Разработка технического проекта с присвоением документам литеры "T". Изготовление макетов Разработка конструкторский документации для производства опытных образцов, корректировка документации, испытание опытных образцов Изготовление опытной серии. Корректировка конструкторской документации. Изготовление и испытание готовной серии. Корректировка конструкторско-технологической документации