СУЩНОСТЬ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭС Дисциплина САПР радиоэлектронных

СУЩНОСТЬ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭС Дисциплина «САПР радиоэлектронных устройств»

Сущность процесса проектирования РЭС p p Заключается в разработке конструкций и технологических процессов производства новых радиоэлектронных средств, которые должны с минимальными затратами и максимальной эффективностью выполнять предписанные им функции в требуемых условиях. В результате проектирования создаются новые РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов функционирования, более совершенной элементной базы и структуры, улучшенных конструкций и прогрессивных технологических процессов.

Задачи проектирования по степени новизны проектируемых изделий: 1) частичная модернизация существующего РЭС (изменение его параметров, структуры и конструкции), обеспечивающая сравнительно небольшое (несколько десятков процентов) улучшение одного или нескольких показателей качества для оптимального решения тех же или новых задач; 2) существенная модернизация, которая предполагает значительное улучшение (в несколько раз) показателей качества; 3) создание новых РЭС, основанных на новых принципах действия, конструирования и производства для резкого увеличения (на несколько порядков) показателей качества при решении тех же или принципиально новых задач.

Этапы процесса проектирования по содержанию решаемых задач: p Системотехническое проектирование, при котором выбираются и формулируются цели проектирования, обосновываются исходные данные и определяются принципы построения системы. При этом формируется структура проектируемого объекта, его составных частей, которыми обычно являются функционально завершенные блоки, определяются энергетические и информационные связи между составными частями. В результате формируются и формулируются частные технические задания на проектирование отдельных составных частей объекта.

Этапы процесса проектирования по содержанию решаемых задач: p Функциональное проектирование, применительно к РЭС называемое также схемотехническим, имеет целью аппаратурную реализацию составных частей системы (комплексов, устройств, узлов). При этом выбирают элементную базу, принципиальные схемы и оптимизируют параметры (осуществляют структурный и параметрический синтез схем) с точки зрения обеспечения наилучшего функционирования и эффективного производства. При выборе элементной базы и синтезе схем стремятся учитывать конструкторско-технологические требования.

Этапы процесса проектирования по содержанию решаемых задач: p Конструирование, называемое также техническим проектированием, решает задачи компоновки схем и размещения элементов и узлов, осуществления печатных и проводных соединений для РЭС всех уровней (модулей, ячеек, блоков, шкафов), а также задачи теплоотвода, электрической прочности, защиты от внешних воздействий и т. п. При этом стремятся оптимизировать принимаемые решения по конструктивно -технологическим, экономическим и эксплуатационным показателям. На этом этапе проектирования разрабатывают техническую документацию, необходимую для изготовления и эксплуатации РЭС.

Этапы процесса проектирования по содержанию решаемых задач: p p Технологическая подготовка производства обеспечивает разработку технологических процессов изготовления отдельных блоков и всей системы в целом. На этом этапе проектирования создается технологическая документация на основе предшествующих результатов. Каждый этап проектирования сводится к формированию описаний проектируемого РЭС, относящихся к различным иерархическим уровням и аспектам его создания и работы.

Основные стадии последовательности выполнения проектирования: 1) предварительное проектирование, результатом которого являются технические предложения. Эта стадия в наибольшей степени насыщена элементами научного поиска, теоретическими расчетами, экспериментальными исследованиями. Они завершаются обычно созданием лабораторных макетов; 2) эскизное проектирование, результатом которого является эскизный проект. На этой стадии усилия разработчиков во многом направлены на поиски эффективных конструкторских решений. Она также связана с большим объемом теоретических изысканий, сложных расчетов и заканчивается созданием экспериментального образца проектируемого изделия и его тщательными экспериментальными исследованиями (натурным моделированием);

Основные стадии последовательности выполнения проектирования: 3) техническое проектирование, при котором выполняется тщательная проработка всех схемных, конструкторских и технологических решений. На стадии технического проектирования создается техническая документация на разрабатываемую аппаратуру и процессы ее производства. Итогом являются технический проект, содержащий необходимую документацию, и опытный образец изделий, прошедший всесторонние испытания в реальных условиях эксплуатации. Создание технической документации, на основе которой происходит в дальнейшем единичное, серийное или массовое производство РЭС - это особенно трудоемкий процесс.

Структура проектирования Проектирование, как осознанная целенаправленная деятельность, обладает определённой структурой - последовательностью и составом стадий и этапов разработки проекта, совокупностью процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействием участников процесса. В настоящее время существуют два представления структуры проектирования, подобные по форме, но различные по целям и подходам к деятельности: n структура в виде стадий разработки проектной документации (стадий проектирования) n структура процесса проектирования.

Стадии проектирования p p Стадии проектирования регламентированы стандартами ГОСТ 2. 103 -68 и ГОСТ Р 15. 201 -2000. Последовательность выполнения всех стадий образует официальную структуру процесса разработки проектной документации, которая используется при официальных взаимоотношениях между заказчиком и исполнителем работ. Сама документация необходима для отчета перед заказчиком о проделанной работе, возможности проверки или повторения разработок другими исполнителями, подготовки производства и обслуживания изделия в период эксплуатации.

Стадии проектирования p p p Структура устанавливает стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ внутри каждой стадии, то есть состав документации и виды работ, что помогает ответить на вопрос «Что нужно делать? » в процессе проектирования. Основные стадии проектирования: Техническое задание Техническое предложение Эскизный проект Технический проект Рабочая документация ГОСТ не обязывает выполнение всех стадий. Выбор стадий проектирования должен быть более гибким и устанавливаться обоснованно каждой проектной организацией.

Стадии проектирования p Техническое задание (ТЗ) — устанавливает основное назначение разрабатываемого объекта, его технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации и её состав, а также специальные требования к изделию.

Стадии проектирования p p Техническое предложение - совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений изделий, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентные исследования. (Объем работ выполняются по ГОСТ 2. 118— 73. ) Согласованное и утвержденное техническое предложение является основанием для разработки эскизного проекта.

Стадии проектирования p p Эскизный проект (ЭП) — совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия. Эскизный проект после согласования и утверждения служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документация. (Объем работ выполняются по ГОСТ 2. 119— 73. )

Стадии проектирования p p Технической проект (ТП) — совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документация. Технический проект после согласования и утверждения служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации. (Объем работ выполняется по ГОСТ 2. 120— 73)

Стадии проектирования p На стадии рабочего проекта сначала разрабатывают подробную документацию для изготовления опытного образца и последующего испытания. Испытания проводят в ряд этапов, по результатам которых корректируют проектные документы. Далее разрабатывают рабочую документацию для изготовления установочной серии, её испытания, оснащения производственного процесса основных составных частей изделия. По результатам этого этапа снова корректируют проектные документы и разрабатывают рабочую документацию для изготовления и испытания контрольной серии. На основе документов окончательно отработанных и проверенных в производстве изделий, изготовленных по зафиксированному и полностью оснащенному технологическому процессу, разрабатывают завершающую рабочую документацию установившегося производства.

Стадии проектирования p Сертификация завершает цикл работ, подводит итог проектной деятельности. Её назначение — определение уровня качества созданного изделия и подтверждение его соответствия требованиям тех стран, где предполагается его последующая реализация. Необходимость выделения этого этапа в виде самостоятельного вызвана тем, что в настоящее время экспорт продукции или её реализация внутри страны во многих случаях недопустимы без наличия у неё сертификата качества. Сертификация может быть обязательной или добровольной. Обязательной сертификации подлежат товары, на которые законом или стандартом установлены требования, обеспечивающие безопасность жизни и здоровья потребителей, охрану окружающей среды, предотвращение причинения вреда имуществу потребителя.

Стадии проектирования p p p В процессе разработки проектной документации в зависимости от сложности решаемой задачи допускается объединять между собой ряд этапов. Этапы постановки технического задания и технического проектирования могут входить в цикл научноисследовательских работ (НИР). Этапы технического предложения и эскизного проектирования — образовывать цикл опытноконструкторских работ (ОКР).

Структура процесса проектирования p p Проектирование — это ещё и целенаправленная деятельность, которая обладает последовательностью процедур, ведущих к достижению эффективных решений. Соответственно, должна быть структура процесса решения задачи проектирования, которая помогает ответить на вопрос «Как это делать? » . В настоящее время предложен ряд структур и алгоритмов проектирования, совпадающих в основных чертах и различающихся только в содержании или названии отдельных этапов.

Структура процесса проектирования p p Решение любой задачи начинается с её осмысления и уточнения исходных данных. Перевести требования заказчика на язык предметной области, сформулировать задачу максимально полно и грамотно, обосновать необходимость её решения, то есть сформулировать техническое задание — первый и обязательный этап работы. Этот этап иногда называют внешним проектированием. Этим подчеркивают, что разработка объекта уже начинается с постановки задачи и формирования ТЗ и активно ведётся совместно с заказчиком. Важным результатом этапа является согласование целей разработки и назначения проектируемого объекта (его функций), системы показателей качества.

Структура процесса проектирования Техническое задание Синтез принципа Структурный синтез Параметрический синтез Модель Метод Решение Принятие решения Следующие этапы образуют внутреннее проектирование. Они нацелены на поиск решения задачи и выполняются разработчиком. Сюда входят этапы синтеза принципа действия, структуры и параметров проектируемого объекта.

Структура процесса проектирования p p На этапе синтеза принципа действия отыскивают принципиальные положения, физические, социальные и т. п. эффекты, которые составят основу функционирования будущего изделия. Это могут быть основополагающие нормы, фундаментальные законы и правила, их частные случаи или следствия. Работа ведется с принципиальными моделями и их графическим представлением — блок-схемами. Этому этапу соответствует заключительная стадия технического задания и стадия технического предложения структуры проектирования по ГОСТ 2. 103 На этапе структурного синтеза на основе выбранного принципа действия создаются варианты начального графического представления объекта — структуры, схемы, алгоритмы, упрощённые эскизы. В соответствии с ГОСТ 2. 103 этот этап включает стадию эскизного проектирования

Структура процесса проектирования p На этапе параметрического синтеза отыскиваются значения параметров объекта, находится численное, в том числе оптимальное, решение проектной задачи, создаётся подробная документация или описание объекта, чертежи изделия и его частей. Этот этап соответствует стадиям технического и рабочего проектирования.

Структура процесса проектирования p Вследствие неполноты начальных знаний о задаче процесс проектирования — итеративен, с каждым циклом итерации цели проектирования всё более уточняются, появляется необходимость в дополнительных функциях и, как следствие, — потребность в разработке дополнительных частей и узлов. Решение частных проектных задач, дополняющих основное решение, также проводится в соответствии с представленной последовательностью.

Структура процесса проектирования p p На каждом этапе внутреннего проектирования выполняются следующие процедуры: Выбор модели (то есть основополагающего принципа, вида блок-схемы и расчетной схемы), выбор метода решения, в том числе метода оптимизации, решение, анализ полученных результатов и принятие решения. Замечено, что эффективность проектируемого объекта определяется: в первую очередь — выбранным принципом действия, во вторую — предложенной структурой и в третью — соотношением параметров.