Организация проектирования и конструирования электронной аппаратуры систем автоматизации

Организация проектирования и конструирования электронной аппаратуры систем автоматизации

Основные понятия КОНСТРУКЦИЯ (лат. Constructio) – строение, устройство, взаимное расположение частей какого-либо предмета, машины, прибора и т. п. , определяющееся его назначением КОНСТРУИРОВАНИЕ — интеллектуальная деятельность, состоящая в целенаправленном построении в идеальной форме какого-либо объекта, который не является преднамеренным воспроизведением другого объекта. Оно осуществляется посредством мысленного комбинирования различных факторов, их подбора и связывания в новый объект ПРОЕКТИРОВАНИЕ — конструирование варианта, оптимального с точки зрения целей будущего состояния объекта КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ - совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, находящихся в определенной пространственной, механической и электромагнитной взаимосвязи, которая определяется электрическими схемами и конструкторской документацией и обеспечивает выполнение аппаратурой определенных функций в условиях воздействия на нее различных факторов: эксплуатационных, производственных, человеческих

Основные понятия ПРОИЗВОДСТВО - совокупность взаимосвязанных процессов, посредством которых из сырьевых ресурсов и изделий техники человеком создаются необходимые продукты, предназначенные для использования в сфере потребления или производства. Развитие современного производства характеризуется непрерывным процессом обновления материально-технической базы и технологии производства, усложнением цикла подготовки производства, комплексной механизацией и автоматизацией производственных процессов ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА - часть производственного процесса - определенных действий, направленных на изменение свойств объекта производства в соответствии с технологической документацией и достижение им состояния, соответствующего технической (конструкторской) документации

Конструирование электронной аппаратуры 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 методику проверки и методику эксплуатации изделий

Жизненный цикл изделия Проектирование Утилизация Производство Эксплуатация

Проектирование Разработка Стадия Подготовка производства Основные цели Результат НИР Поиск и проверка новых идей и изобретений Отчет, макет, модель, экспериментальный образец Опытноконструкторская Реализация идей в технической документации и опытных образцах Техническая документация, опытный образец, испытания КПП Проектирование изделия Рабочие чертежи и техническая документация Разработка технологических процессов, изготовление оснастки Технологическая документация, оснастка Разработка методов перехода на выпуск изделия, Рекомендации Научноисследовательская ОКР Конструкторская ТПП Технологическая ОПП Организационная ООП Опытное производство Отладка новых технологических Опытный образец (партия) процессов

Система разработки и постановки продукции на производство • • ГОСТ Р 15. 000 -94 "Система разработки и постановки продукции на производство. Основные положения". ГОСТ Р 15. 201 -2000 "Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство". Стандарт устанавливает основные положения по разработке технического задания (ТЗ), конструкторской и технологической документации, приемке результатов разработки, подготовке и освоению производства, испытаниям опытных образцов продукции, а также по подтверждению их соответствия обязательным требованиям государственных стандартов. ГОСТ 15. 005 -86 "Создание изделий единичного и мелкосерийного производства, собираемых на месте эксплуатации" ГОСТ 15. 311 -90 "Постановка на производство продукции по технической документации иностранных фирм"

Модели работ • • • создание продукции по государственным и муниципальным заказам, финансируемым из федерального бюджета и бюджетов субъектов РФ (госзаказ); создание продукции по заказу конкретного потребителя; инициативные разработки продукции. Главные этапы работ 1) НИР (для изделий в основу которых ложатся принципиально новые технические решения) или разработка ТЗ на опытно-конструкторскую работу (если НИР не требуется); • Техническое предложение (аванпроект); • Эскизный проект (ЭП); • Технический проект (ТП). 2) проведение ОКР: • Разработку конструкторской (КД) и технологической (ТД) документации, • Изготовление и испытания опытных образцов, • Приемка результатов ОКР, утверждение разработанной документации и технических условий (ТУ) на изготовление установочной (опытной) партии изделий. 3) постановка изделий на производство, включающую: • подготовку производства, • изготовление установочной серии и квалификационные испытания.

Научно-исследовательская разработка (НИР) 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. Исследование Фундаментальные Поисковые Прикладные Цели Результат Открытие новых явлений Обзоры, отчеты, изобретения, открытия Поиск возможностей реализации Отчеты, макеты, экспериментальные образцы Создание новых Отчеты, макеты, изделий, экспериментальные совершенствование образцы существующих, совершенствование способов производства

Этапы НИР Разработка ТЗ ГОСТ Р 15. 101. 98 "Порядок выполнения научно-исследовательских работ" Выбор направления исследований По результатам НИР выпускаются научно-технические отчеты по НИР, включающие: - анализ проведенных исследований с оценкой полноты решения поставленных задач; - оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем; - возможность создания конкурентоспособной продукции с указанием новых принципов и подходов; - рекомендации по дальнейшим исследованиям и проведению ОКР, составляется проект ТЗ на ОКР. Проведение исследований Обобщение результатов Приемка Патентные исследования

Патентные исследования ГОСТ Р 15. 011 -96 Патентные исследования. Содержание и порядок проведения - Анализ конкурентоспособности - Обоснование требований по совершенствованию и созданию новой продукции и технологии - Обоснование предложений о целесообразности разработки новых объектов промышленной собственности - Выявление охраноспособных объектов промышленной и интеллектуальной собственности (технических, художественноконструкторских, программных и других решений - Обоснование целесообразности правовой охраны объектов интеллектуальной и промышленной собственности в стране и за рубежом, выбор стран патентования; -Экспертиза объектов техники на патентную чистоту Конкретное содержание патентных исследований определяют в зависимости от характера проводимой работы и стадий жизненного цикла объекта техники.

Оценка научно-технической результативности НИР Для оценки научной и научно-технической результативности НИР используют систему взвешенных балльных коэффициентов. Для фундаментальных НИР рассчитывается только коэффициент научной результативности, а для поисковых работ дополнительно коэффициент научно-технической результативности. Оценки коэффициентов устанавливаются на основе опыта и знаний научных работников, которые используются как эксперты. Оценка научно-технической результативности прикладных НИР производится на основе сопоставления достигнутых в результате выполнения НИР технических параметров с базовыми, которые можно было реализовать и без выполнения НИР. Коэффициент результативности НИР определяется по формуле: К = Кзнi Kуi

Характеристики факторов и признаков научной результативности НИР Результативност Коэф. ь Значимости Принципиально новые результаты, новая теория, открытие новой закономерности 1, 0 Некоторые общие закономерности, методы, способы, позволяющие создать принципиально новую продукцию 0, 7 Простые обобщения, анализ связей факторов, распространение известных принципов на новые объекты 0, 3 Описание отдельных факторов, распространение ранее полученных результатов, реферативные обзоры 0, 1 Высокая Выполнение сложных теоретических расчетов, проверка на большом объеме экспериментальных данных 1, 0 Средняя 0, 35 Высокая Тривиальная Глубина Научной Проработки Коэф. Уровня Средняя 0, 5 Характеристика фактора Недостаточная Новизна Полученных Результатов Качество Фактора Невысокая сложность расчетов, проверка на небольшом объеме экспериментальных данных Теоретические расчеты просты, эксперимент не проводился 0, 6 Большая 1, 0 Умеренная 0, 6 Малая 0, 1 Недостаточная Степень Вероятности Успеха 0, 15 0, 1

Характеристики факторов и признаков научнотехнической результативности НИР Фактор результативности Перспективность использования результатов Коэф. Значимости Качество фактора Первостепенная 0, 5 Важная Полезная Характеристика фактора Коэф. уровня Результаты могут найти применение во многих научных направлениях Результаты будут использованы при разработке новых технических решений Результаты будут использованы при последующих НИР и разработках 1, 0 0, 8 0, 5 1, 0 0, 8 0, 6 0, 4 0, 8 0, 7 0, 5 0, 3 0, 4 0, 3 0, 2 0, 1 Национальная экономика Завершенность Результатов 0, 2 Отрасль Время реализации: до 3 лет, до 5 лет, до 10 лет, свыше 10 лет Высокая 0, 3 Время реализации: до 3 лет, до 5 лет, до 10 лет, свыше 10 лет Отдельные фирмы и предприятия Масштаб Реализации Результатов Время реализации: до 3 лет, до 5 лет, до 10 лет, свыше 10 лет Техническое задание на ОКР 1 Средняя Техническое предложение 0, 6 Недостаточная Обзор, информация 0, 4

Опытно-конструкторская разработка (ОКР) Основная задача ОКР - создание комплекта конструкторской документации для производства изделия. ОКР основывается на результатах НИР либо ТЗ, утвержденном заказчиком. В случае инициативной разработки ОКР базируются, как правило, на результатах исследования рынка продукции и патентных исследований. На этапе ОКР формируются основные параметры изделия, влияющие на его стоимость, длительность и стоимость его разработки. Во время выполнения ОКР производится теоретическое и экспериментальное исследование реализованных в изделии идей. ОКР заканчивается выпуском полного комплекта технической документации на изделие, изготовлением и испытанием его опытного образца (или опытной партии).

Этапы ОКР Этап Содержание этапа Результат Подготовительный Изучение аналогов; ТЭО; уточнение (отв. инициатор) объема работ, затрат, сроков; оценка основных показателей изделия ТЭО, перечень работ, задания на НИР, выбор соисполнителей Разработка ТЗ (отв. заказчик и разработчик) Рассмотрение результатов НИР, разработка ТЗ (назначение, тех. характеристики , конструктивные, технологические, эксплуатационные, надежность, метрологическое обеспечение) Утвержденное заказчиком и разработчиком ТЗ, согласованное с надзорными органами Разработка договора Определение взаимоотношений заказчика и разработчика, надзорных органов. Стоимость (смета), сроки, порядок приемки Договор Авантпроект или тех. предложения Выбор варианта конструктивного и схемного построения, выбор основных комплектующих и элементной базы, анализ ПО Техническое предложение. Документация с литерой «П»

Этапы ОКР Этап Содержание этапа Результат Эскизное проектирование Выбор основных технических решений, разработка структурных и функциональных схем изделия, разработка отдельных узлов и их испытания, предварительный расчет надежности, метрологическая экспертиза Эскизный проект (защищается перед заказчиком) Документация с литерой «Э» Техническое проектирование Окончательный выбор технических решений и их отработка, уточнение технических характеристик, технологии, стоимости. Определение ВВФ и методов защиты. Изготовление и испытание (на все обязательные требования) макетных образцов. Разработка КД Схемы и чертежи всех элементов изделия, проект ТУ и ЭД, экспериментальный образец изделия, протоколы испытаний. Документация с литерой «Т» Разработка рабочей документации Разработка полного комплекта КД, проверка КД на унификацию и стандартизацию, согласование КД с заказчиком и изготовителем Документация с литерой «О»

Этапы ОКР Этап Содержание этапа Результат Изготовление опытных образцов (партии) продукции (для серийной продукции) или головных образцов для несерийной продукции Опытный образец (партия). Головные образцы, как правило, передаются заказчику Испытания опытных образцов Проверка соответствия опытного образца требованиям ТЗ (на практике разработчик заинтересован в испытаниях на требования ТУ), сертификационные испытания Программы и методики испытаний. Протоколы испытаний. Акт Оценка всех определенных ТЗ характеристик продукции, проверка и подтверждение соответствия опытного образца продукции требованиям ТЗ в условиях эксплуатации или максимально приближенных к ним. Принятие решения о возможности промышленного производства и реализации продукции Программы и методики испытаний. Протоколы испытаний. Акт. Документации присваивается литера «О 1» Предварительные Испытания опытных образцов Приемочные

Основные документы при конструировании • Техническое задание ГОСТ 15. 201 Является основным документом, на основании которого проводится разработка вплоть до утверждения конструкторской документации. После присвоения литеры О 1 прекращает свое действие. • Конструкторская документация ГОСТ 2. 102 o Графическая Чертеж, сборочный чертеж СБ… Схема (ГОСТ 2. 701) структурная Э 1, функциональная Э 2, принципиальная Э 3, соединений (монтажная) Э 4, подключений Э 5 … o Текстовая Конструкторская – спецификация, технические условия ТУ, пояснительные записки ПЗ, расчеты РР, таблицы, инструкции И… Эксплуатационная (ГОСТ 2. 601) – Руководство по эксплуатации РЭ, паспорт ПС, формуляр ФО, этикетка ЭТ, программа и методика ПМ… • Программная документация ГОСТ 19. 101

Техническое задание В качестве ТЗ может быть использован любой документ, содержащий необходимые и достаточные требования для разработки продукции и взаимопризнаваемый заказчиком и разработчиком. • Должно быть: o o o o анализ информации об аналогичной продукции; технико-экономические требования к продукции, определяющие ее потребительские свойства и эффективность применения перечень документов, требующих совместного рассмотрения порядок сдачи и приемки результатов разработки все обязательные требования, распространяющиеся на данную продукцию форму подтверждения соответствия продукции обязательным требованиям Не допускается включать в ТЗ требования, которые противоречат законам Российской Федерации и обязательным требованиям. • Рекомендуется: • • предусматривать учет интересов всех возможных потребителей прогноз экономической целесообразности выпуска (включая требования экспорта) указывать характеристики ремонтопригодности доступность и безопасность эффективного использования продукции людьми с ограниченными способностями

Технические условия ГОСТ 2. 114 • Как правило выпускаются на каждое изделие подлежащее самостоятельной реализации • ТУ должны содержать вводную часть и разделы, расположенные в следующей последовательности: o технические требования; o требования безопасности; o требования охраны окружающей среды; o правила приемки; o методы контроля; o транспортирование и хранение; o указания по эксплуатации; o гарантии изготовителя. • При необходимости ТУ могут быть дополнены другими разделами (подразделами)

Постановка продукции на производство Откорректированная техническая документация с литерой «O 1» , передается предприятием-разработчиком предприятию-изготовителю для выпуска установочной серии изделий и запуска в серийное (массовое) производство. К моменту постановки продукции на производство результаты приемочных испытаний должны быть признаны органами государственного надзора. Взаимоотношения между разработчиком и заводом-изготовителем регламентируются договором, который заключается на период освоения изделий в серийном производстве. На этапе подготовки производства изготовитель должен выполнить работы, обеспечивающие технологическую готовность предприятия к изготовлению продукции в соответствии с требованиями КД и законодательства Российской Федерации. Подготовку производства считают законченной, когда изготовителем продукции получена вся необходимая документация, разработана (отработана) ТД на изготовление продукции, опробованы и отлажены средства технологического оснащения и технологические процессы, подготовлен персонал, занятый при изготовлении, испытаниях и контроле продукции.

Освоение производства изделий - Изготовление установочной серии - Доработка технологического процесса - Квалификационные испытания; - Отработка (при необходимости) конструкции на технологичность; - Утверждение КД и ТД с присвоением литеры «А» . Квалификационные испытания проводит комиссия по программе, разработанной изготовителем с участием разработчика продукции и согласованной с заказчиком. Квалификационные испытания соответствуют периодическим испытаниям, указанным в ТУ, а также другие испытания и проверки, позволяющие достигнуть цели квалификационных испытаний. После выпуска и положительных испытаний установочной партии изделий (или головного образца единичного производства) освоение производства считается законченным и разработчик передает все оригиналы технической документации заводу-изготовителю, который при необходимости перевыпускает ее, присваивая литеру «А» .

Техническая документация Документация Комплекс стандартов Общие положения Конструкторская ЕСКД ГОСТ 2. 001 Технологическая ЕСТД ГОСТ 3. 1001 Программная ЕСПД ГОСТ 19. 001 Государственная система обеспечения единства измерений ГОСТ Р 8. 000

Единая система конструкторской документации Конструкторские документы (КД) — документы, в отдельности или в совокупности определяющие состав и устройство изделия и содержащие необходимые данные для его разработки и изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта. По форме представления КД разделяют на графические и текстовые. ЕСКД устанавливает взаимосвязанные единые правила по порядку разработки, оформления и обращения конструкторской документации Применение ЕСКД при разработке РЭА обеспечивает: - возможность взаимообмена техническими документами между различными предприятиями внутри страны и между государствами без их переоформления; - сокращение типов и упрощение форм технических документов и графических изображений, снижающих трудоемкость проектирования; - механизацию и автоматизацию обработки технических документов и содержащейся в них информации. Требования стандартов ЕСКД распространяются на все виды конструкторской документации и научно-техническую литературу во всех отраслях промышленности.

Единая система технологической документации Технологические документы (ТД) - текстовые и графические документы, в отдельности или в совокупности определяющие порядок изготовления изделия, проведения процессов и содержащие необходимые данные для контроля и приемки изделий. ЕСТД устанавливает единые правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения технологической документации, разрабатываемой и применяемой на предприятиях всех отраслей промышленности страны. Виды и правила проектирования ТД определяются видом производства, на котором будут изготовляться или ремонтироваться изделия. В машино- и приборостроении в зависимости от назначения производство можно разделить на основное (товарной продукции), вспомогательное (средств, необходимых для обеспечения основного производства) и опытное (опытных образцов, партий и серий изделий). По типу - производства разделяются на единичное, серийное и массовое. По организации - на поточное, групповое и установившееся. По уровню применяемых средств автоматизации и механизации - на автоматизированное и механизированное. По виду или признаку применяемого метода для изготовления (ремонта) изделия различают: литейное, прессовое, механообрабатывающее, термическое, сборочное, сварочное, гальваническое, лакокрасочное, полупроводниковое, вакуумное и другие производства.

Единая система программной документации ЕСПД содержат требования к составу, содержанию и оформлению документов, описывающих программу на разных стадиях ее жизненного цикла, а также порядку хранения и обновления документации. Стандарты ЕСПД практически лишены методической составляющей. Они дают только перечень типов документов и список разделов первого уровня для каждого из них. Правда, о каждом разделе сказано, какие сведения должны быть в нем изложены. Эти стандарты к настоящему времени устарели. Формально ЕСПД есть современная альтернатива. Переведены на русский язык и приняты в России на правах национальных некоторые стандарты ИСО/МЭК в области системной и программной инженерии. Но крупные, в том числе, государственные заказчики переходить на них не торопятся. Каждый стандарт ЕСПД при небольшом объеме представляет собой набор довольно формальных и поэтому легко проверяемых требований к документу или к комплекту документации. Что существенно упрощает задачу сдачи-приемки документации как для заказчика, так и для исполнителя. Стандарты ИСО/МЭК, напротив, содержат много разумных правил содержательного характера, но сложно представить себе процедуру их формальной проверки.

Государственная система обеспечения единства измерений Единство измерений – состояние измерительного процесса, при котором результаты всех измерений выражаются в одних и тех же узаконенных единицах измерения и оценка их точности обеспечивается с гарантированной доверительной вероятностью. Принципы обеспечения единства измерений: - применение только узаконенных единиц физических величин (ФВ); - воспроизведение ФВ с помощью государственных эталонов; - применение узаконенных средств измерений, которые прошли государственные испытания и которым переданы размеры единиц ФВ от государственных эталонов; - обязательный периодический контроль через установленные промежутки времени характеристик применяемых средств измерений; - гарантия обеспечения необходимой точности измерений при использовании поверенных средств измерений и аттестованных методик выполнения измерений; - использование результатов измерений только при условии оценки их погрешности с заданной вероятностью; - систематический контроль за соблюдением метрологических правил и норм, государственный надзор и ведомственный контроль за средствами измерений.