Дисциплина Теоретические основы проектирования и надежности РЭС

часа)
Старший преподаватель каф. Э и ЭТ
Алексеева Т.А.
Дисциплина «Теоретические основы

проектирования и надежности РЭС»

степени сложности и использующие различные принципы функционирования приобретают на современном

этапе развития электронной техники все большее значение, ибо позволяют быстрее и с лучшим качеством создавать современную аппаратуру общего и специального назначения. Поэтому знать теоретические основы создания РЭС современному инженеру необходимо.

конструирования, технологии и эксплуатации РЭС. Задача данной дисциплины состоит в

изложении математических методов (подходов), используемых для анализа, синтеза и оптимизации процессов конструирования и технологии производства РЭС с целью повышения ее качества.
Предметом изучения в курсе являются инженерные математические основы конструирования и разработки технологии производства РЭС (ЭВС), как необходимые компоненты большой системы проектирования, производства и эксплуатации РЭС (ЭВС), а именно методы:
системного подхода к анализу больших систем;
теоретического и экспериментального анализа конструкций и технологических процессов по их математическим моделям;
оптимизации решений при конструировании и разработке технологии производства РЭС (ЭВС);
экспериментального исследования конструкции и технологических процессов, научного планирования эксперимента;
прогнозирования состояния и качества РЭС (ЭВС);
анализа надежности и эффективности РЭС (ЭВС).

для того, чтобы в последующих конструкторско-технологических курсах использовать :
современные математические

методы системного подхода,
вероятностно-статистического анализа,
математического моделирования и вычислительного эксперимента, теории надежности и оптимизации.
Все это в сочетании с физическими представлениями и эвристическими (интуитивными) приемами, излагаемыми в конструкторско-технологических курсах, позволит студентам овладеть современными диалоговыми системами автоматизированного конструирования и технологической подготовки производства РЭС (ЭВС). Именно на такой основе возможно проведение всесторонних проектных исследований конструкций и технологии с целью получения РЭС (ЭВС) высокой надежности и конкурентоспособности.

предприятия
Современное представление об управлении процессом дискретного материального производства предполагает выделение

двух функционально отличных типов управляющих воздействий в общей системе управления производством.
Организационное управление—пространственно-временная координация производственного процесса, ставящая целью решение задачи организационно-экономического воздействия путем оптимального планирования, контроля, повышения эффективности эксплуатации оборудования, материального и морального стимулирования. Управляющая информация, вырабатываемая на этом канале управления, призвана ответить на вопросы: где и когда будет производиться продукт и сколько его будет произведено.
Технологическое управление - функционально связано с продуктом производства и отвечает на два главных вопроса: что производить и как.
Система, вырабатывающая эту информацию, известна под названием системы технической подготовки производства (СТПП) и в свою очередь функционально разделяется на две системы: конструкторской подготовки (что производить, КПП) и технологической (как производить, ТхПП).

конструкции изделия с разработкой ведомости технологической оценки конструкции изделия и

протокола отработки конструкции изделия на технологичность;
структурный анализ изделия с разработкой ведомости классификационной структуры изделия, ведомости состава изделия и ведомости заимствованных деталей и сборочных единиц;
технологический анализ производства путем разработки ведомости производственной характеристики цехов и расчета производственных мощностей цехов;
организация и управление технологической подготовкой производства с разработкой графика освоения нового изделия и ведомости укрупненных объемов работ;
проектирование технологических процессов в зависимости от типа производства (индивидуальное, серийное, массовое), его вида (механической обработки, штамповки, сварки и т.д.) и оснащенности (для станков с ЧПУ, станков-автоматов и т.д.);
разработка технологических инструкций, технических заданий на специальную оснастку, технических заданий на специальное оборудование, ведомостей оснастки и оборудования и проектирование средств технологического оснащения;
разработка технологических нормативов;
изготовление средств технологического оснащения;
отладка технологического комплекса.

предприятия
Интегрированная автоматизированная система управления предприятием должна рациональным образом взаимодействовать с

системами обеспечивающими как подготовку производства, так и управление качеством продукции, а также выполнять рассмотренные функции и решать поставленные задачи.

предприятия

предприятия
КПП охватывает задачи по разработке новых и модернизации старых изделий.

К этим задачам относятся:
Управление процессами
Разработка технического задания на новые изделия
Эскизное, техническое и рабочее проектирование изделий.
Стандартизация элементов конструкции и конструкторской документации.
Управление и изменение конструкторской документации.

предприятия
ТхПП включает комплекс работ по проектированию и совершенствованию действующих технологических

процессов, оснастки и технологического оборудования, расчету сводных материальных и трудовых нормативов техническому сопровождению изготовляемых изделий. В наиболее полном объеме она охватывает:
Управление ТхПП.
Отработку изделия на технологичность.
Разработку производственной структуры предприятия.
Проектирование технологических процессов изготовления и сборки.
Техническое нормирование.
Проектирование специального инструмента и оснастки.
ТхПП инструмента и оснастки.
Изготовление инструмента и оснастки и их внедрение.
Расчет производственных мощностей и сводных технологических нормативов изделия.
Подготовка программ для оборудования с ЧПУ.
Типизацию и нормализацию технологических процессов и оснастки.

предприятия
В результате выполнения своих функций СТПП создает информационный базис в

виде:
нормативно-технических данных, необходимых для организации управления всем процессом производства в целом, включая :
экономическое, материально-техническое снабжение, организацию производства. Если в контуре организационного управления обратная связь главным образом обеспечивает поддержание заданного хода производства, то в контуре технического управления она на основе анализа технологических процессов и поведения изделия в процессе производства создает информацию, которая является исходной для решения задачи совершенствования, как самого процесса, так и повышения технологичности выпускаемых изделий.

процесс. Поэтому выполнение проектных работ должно быть распределено как во

времени, так и между подразделениями проектного предприятия и между отдельными рабочими.
Разделение работ во времени приводит к разделению на этапы. Разделение работ между подразделениями производится на основе блочно-иерархичного подхода к проектированию, обусловливающему выделение в процессе проектирования ряда уровней, блочно-иерархичный подход позволяет общую сложную задачу проектирования объекта свести к совокупности более простых задач, доступных для решения с помощью имеющихся средств проектирования.

с которой отражаются свойства проектируемого объекта. Тогда их называют горизонтальными

(иерархичными) уровнями проектирования. Выделение горизонтальных уровней лежит в основе блочно-иерархичного подхода к проектированию.

уровня К1, на котором рассматривается система S, на соседний более

низкий уровень К2 происходит разделение системы S на блоки Sj и рассмотрение вместо системы S ее отдельных блоков Sj .
Рассмотрение каждого из блоков Sj на уровне К2 с большей степенью детализации чем на уровенe K1.
Использование понятий системы и элемента на каждом уровне: если на уровне элементами проектируемой системы S считались блоки Sj, то на соседнем низшем уровне K2 те же блоки Sj рассматриваются как системы.

учитываемых свойств объекта. Тогда их называют вертикальными уровнями проектирования. При

проектировании РЭС основными вертикальными уровнями являются:
Функциональное (схемное) проектирование - связано с разработкой структурных, функциональных и принципиальных схем. В случае РЭА при функциональном проектировании определяются основные особенности структуры, принципы функционирования, важнейшие параметры и характеристики объекта.
Конструкционное проектирование - включает в себя вопросы конструкторской реализации результатов функционального проектирования, т.е. вопросы выбора форм и материалов оригинальных деталей, выбор типоразмеров унифицированных деталей, пространственное расположение составных частей, обеспечивающее заданное взаимодействие между ними.
Технологическое проектирование - охватывает вопросы реализации конструкционного проектирования, т.е. вопросы технологических процессов изготовления изделий.
При проектировании ЭВМ к этим уровням добавляется программное (алгоритмическое) проектирование. Оно связано с разработкой алгоритмов работы ЭВМ, с созданием их общего математического обеспечения.
 

этапы:
Этап научно-исследовательских работ- новая система не имеет аналогов или должна

превосходить их. И в том и в другом случае необходимо проводить ряд научных исследований, связанных с поиском принципиальных возможностей построения системы. Новые физические процессы результат-техническое предложение.
Этап эскизного проектирования-вырабатывание эскизного проекта, где детальная обработка дает возможность построения системы.
Этап технического проектирования.
Кроме названных этапов в серийном производстве выделяют этапы изготовления, испытание нового образца (пробной серии).
В зависимости от порядка, в котором выполняются этапы проектирования, различают восходящее и нисходящее проектирование.
Восходящее-решение задач от более низких иерархичных уровней к более высоким (деталь—блок—устройство—комплекс). Нисходящее-наоборот, от главных блоков к элементам.

процедур

исключительно деятельности человека, направленной на решение вопросов, возникающих при рассмотрении

задачи. Они представляют собой упорядоченные в какой-то мере правила и рекомендации. Помогающие при решении задачи без предварительной оценки результата.
Наиболее распространены:
Метод элементарных вопросов.
Метод аналогий.
Метод «от целого к частному» (принцип синергии).
Метод наводящих операций.
Метод коллективного спонтанного мышления.

рациональный переход от замкнутого мышления к открытому рассуждению. Они используют

возможности дедукции, стремятся к определению операций и их очередности, а также связи между операциями. В результате создается ряд последовательных и приближающих к цели процедур (логических и математических алгоритмов).

разделение к целому.
Элементарные комбинации.
Исключение избыточности.
Структурные карты.
Морфологические карты.
Математические модели.
Прямая минимизация при

косвенном ограничении.
Сложная оптимизация.

различать единичное, вариантное и оптимальное конструирование.
При единичном конструировании на основании

технической характеристики необходимо искать пути решения, сравнивая полученный проект с заданием, при этом различные варианты не сопоставляются.
Вариантное конструирование характеризуется тем, что разрабатывается общий принцип решения, а для решения конкретной задачи берется один из возможных вариантов общего решения. Вариации могут заключаться, например, в том, что по-разному компонуются имеющиеся унифицированные узлы. Вариации принципов решения можно распространять также на создание по установленному плану новой компоновки изделия
Оптимальное конструирование отличается от вариантного стратегией поиска. Стратегия поиска - это алгоритм, реализующий получение альтернативных решений, улучшающихся в отношении заданной целевой функции.
 
 

эффективности применяемых методов проектирования по сравнению с другими методами имеются

следующие критерии:
Качество проектирования
Сроки разработки
Стоимость проектирования
Число занятых специалистов-разработчиков

на задачи синтеза и анализа. Задачи синтеза связаны с получением

проектных вариантов. Задачи анализа-с их оценкой.
Различают синтез параметрический и структурный.

элементов и способа их связи их с собой.
Цель параметрического синтеза-определение

числовых значений параметров элементов.
Если ставится задача определения полученной в некотором процессе структуры и (или) значений параметров, то такая задача синтеза называется оптимизацией.

с расчетом оптимальных параметров при заданной структуре объекта. Чтобы подчеркнуть

такой характер оптимизации ее называют параметрической оптимизацией. Задачу выбора оптимальной структуры называют структурной оптимизацией.

проектируемого объекта. Модели могут быть физическими (макеты, стенды) и математическими.
Математическая

модель-совокупность математических объектов (чисел, переменных, векторов, множеств и т.п.) и отношений между ними, которые адекватно отображают свойства проектируемого объекта, интересующего инженера-проектировщика.

в моделируемом объекте. Функциональные модели объектов чаще всего представляют собой

системы уравнений.
Структурные-отображают только структурные (в частном случае геометрические) свойства объекта. Структурные модели-это графы, матрицы и т.д.
Математическую модель объекта, полученную в результате объединения математических моделей элементов в систему, называют полной математической моделью. Упрощение полной математической модели объекта дает его макромодель.

Большое значение при описании объекта имеют параметры, характеризующие свойства элементов.

Параметры, характеризующие свойства системы, называются входными параметрами. Параметры, характеризующие свойства внешней по отношению к рассматриваемому объекту среды, называются внешними параметрами.
Обозначим через X,Q,Y векторы соответственно внутренних, внешних и входных параметров. Тогда можно записать:
Y=F(X,Q) Если эта функция известна и может быть представлена в явной форме, то ее называют аналитической моделью.

в редких случаях. Поэтому используются алгоритмические модели, в которых отображение

(1) реализуют в виде алгоритма.
Задачи анализа разнообразны.
При одновариантным проектировании исследуются свойства объекта в заданной точке пространства параметров, т.е. при заданных значениях внутренних и внешних параметров. К задачам одновариантного анализа относят
анализ статистических состояний,
переходных процессов,
режимов колебаний и устойчивости.

заданной точки пространства параметров. Типовыми задачами многовариантного анализа является статистический

анализ и анализ чувствительности.

в техническом задании (ТЗ), включающем:
Перечисление функций объекта
Технические требования TTj на

выходные параметры Yj
Допустимые диапазоны изменения внешних параметров

в дальнейших действиях. Если получено приемлемое условие выполнения работоспособности. То

синтезируемый на данном этапе вариант считается окончательным. Следовательно, можно приступать к оформлению ТД и перейти к следующему уровню проектирования.
Если удовлетворительный результат еще не достигнут, принимается решение о дальнейшем улучшении объекта(2 пути):
Изменение значений параметров элементов
Изменение структуры объектов
Процесс проектирования носит итерационный характер (последовательное улучшение результата).