КОНСТРУКТОРСКОЕПРОЕКТИРОВАНИЕ
План
1. Характер и вид конструкторских работ и организация творческойработы
1.1. Характер и вид конструкторских работ
1.2. Организация творческой работы конструктора
1.3. Общая методология конструирования электронных средств
2. Стадии разработки электронных средств
1. Характер и видконструкторских работ и организация творческой работы
1.1 Характери вид конструкторских работ
Характер и видконструкторских работ очень разнообразны, т. к. зависит от характерадеятельности предприятия (НИИ или заводской КБ), степени унификацииконструкторских решений (высокая или низкая), соотношения лаборант/конструктор(чем больше лаборантов, тем труднее вести разработку конструкции), уровень ихзнания по данной разработки, технической оснащенности КБ, его структуры,требуемой сложности и оригинальности конструкторской разработки, и отсуществующих в КБ традиций.
Общим в конструкторскихработах является их разделение на творческую, технологическую, организационную,производственную и корректировочную деятельность.
Творческая – изучение технического задания (ТЗ), сбор исходныхданных, оценочные расчеты, компоновочные эскизы, разработка и согласование чертежа общего вида изделия с заказчиком.
Техническая – выпуск комплекта конструкторской документации(КД) с разработкой узловых и сборочных чертежей и их деталировкой, выполнениегабаритных и монтажных чертежей и текстовых документов.
Организационная – руководство исполнителями, проверка,корректировка и согласование КД, передача КД в центральный технический архив(ЦТА).
Производственная – сопровождение изделия в производстве,отработка конструкции и технологического процесса.
Корректировочная – корректировка и доработка КД, завершениеразработки КД, передача КД в цехи опытного производства или на заводы-изготовители.
/>
Рис 1. Примерныесоотношения по трудоемкости работы конструктора
1 – творческая работа; 2– техническая работа; 3 – организационная работа; 4 – производственная работа;5 – корректировочная работа.
На рис. 1 приведенопримерное соотношение по трудоемкости работы конструктора. На рисунке принятыследующие обозначения: НИИ – научно-исследовательский институт, ТК – типовыеконструкции, КБ – конструкторское бюро.
Для успешного решениязадачи конструирования РЭС специалист (от конструктора делающего задание надеталировку узла до руководителя конструкторских служб) должен работать поопределенной и цельной системе. Это обеспечивается соблюдением норм должностныхинструкций и «Положений» о существе работы каждого подразделения. За выполнениеодной функции должен полностью отвечать один работник. При этом не следуетвыполнять работу, которую может и должен выполнить подчиненный. Припланировании надо четко продумывать место данной работы в общем плане,обеспечивая в первую очередь, выполнение работ для смежников с приоритетом техработ, значение выполнения которых может быть причиной задержки всей работы.Частые реформы не упрощают, а затрудняют выполнение работы из-за разрыва старыхи введения новых связей, различных пересогласований и потери ответственности успециалистов целых подразделений.
Каждое подразделение икаждый конструктор должен иметь текущий и перспективный план с четкойформулировкой конечного результата работы. Решение одного иерархического уровняне должно переноситься на другой, ибо это вызывает безответственность в работе.Решение, не удовлетворяющее смежников, должно быть немедленно доведено доруководства с кратким и четким обоснованием причин.
Правильная организацияработы, подбор и расстановка кадров создает нормальную творческую и рабочуюобстановку, дает удовлетворение от работы, обеспечивает сведение к минимумустрессовых ситуаций и способствует, как минимум, повышения качества ипроизводительности труда на 25-30%.
Наиболее характерныепричины нарушения нормального течения творческого процесса является:ненормальные взаимоотношения, неупорядоченность деловых отношений междуруководителями и подчиненными, незнание должностных инструкций и положений, чрезмерноечисло и продолжительность совещаний с привлечением тех сотрудников, чьеприсутствие вовсе не обязательно, отвлечение специалистов нанеквалифицированные работы, отклонение от норм трудовой дисциплины,недостаточная подготовленность к данной конкретной работе.
1.2 Организациятворческой работы конструктора
Новая конструкция вначалеформируется в сознании конструктора в виде мысленного образа изделия (МОИ),который отображается затем в графической форме как чертеж общего вида изделия(И). Изображение на чертеже – аналоговая модель и, дополняемая текстовыми пояснениямии расчетами.
Так как создание МОИ является частью процесса мышления,который никогда не прерывается, то эту часть творческой работы конструкторарегламентировать очень трудно. В творческой работе конструктора можно выделитьсемь характерных стадий: аналитическую, поисковую, формулировочную, повторногоанализа, оперативного анализа, вариационную и итоговую.
Аналитическая стадия.Выполнение расчетов определяющих параметров идеализированной конструкции вцелом и по характерным частям и проверка их соответствия требованиям ТЗ,проработка эскизных вариантов конструкции, оценка факторов, мешающих созданиюидеального И или его части, выявление причин, определяющих возможностьликвидации мешающих факторов. Результат: формулировка путей решения задачи.
Поисковая стадия. Выборнаиболее целесообразных путей решения, уточнение конечной задачиконструирования, определение возможности решения данной задачи конструированиядругим путем (где заданный эффект может быть получен простыми способами),оценка эффективности выбираемых решений и формулировка требований к ним, оценкаожидаемой эффективности конструкции и, учет дополнительных требований.Результат: уточнение или замена исходной задачи на задачу с более четкойформулировкой ее внутреннего технического противоречия.
Формулировочная стадия.Уточнение условий задачи, анализ патентной и другой литературы, оценкавозможности решения при пренебрежении к затратам, изменение задачи приуменьшении требуемого показателя почти до нуля, изменение задачи при увеличениитребуемого показателя во много раз, формулировка сути задачи без специальныхтерминов. Результат: четкая формулировка задачи конструирования И.
Стадия повторногоанализа. По результатам проведенных уточнений предыдущих стадий выполняетсяпостроение идеальной конструкции И на базе реальных конструктивных материалов иусловий с учетом реальных помех в решении задачи, оценки их непосредственныхпричин и возможностей устранения помех решению. Результат: четкая формулировкатехнических противоречий и путей их преодоления.
Стадия оперативногоанализа. Оценка возможности устранения технического противоречия по методикеАРИЗ, проверка возможности изменений в окружающей среде при работе и, оценкирешения задачи при изменении окружающих факторов или смене объектов, проверкавозможных изменений во времени, бионические и другие прототипы решения подобнойзадачи. Результат: нахождение основного варианта решения задачи конструирования.
Стадия вариационногоанализа. Вариация параметров отдельных частей и, вариации свойств окружающейсреды и объектов, изменение методов использования, оценка полученных вариаций.Результат: формулировка уточнений для окончательного решения задачи.
Итоговая стадия.Конструкторские расчеты и разработка общего вида с последующей деталировкой иописанием. Результат: комплект КД на И.
1.3 Общая методология конструирования ЭС
Конструирование в своемразвитии прошло ряд этапов и продолжает развиваться в настоящее время. Первымиконструкторами были ремесленники. Вся информация о конструкции содержалась всамом изделии. Создание чертежного метода конструирования позволило отделитьконструктора от производственника, осуществить разделение труда как междупроизводственниками и конструкторами, так и между работниками внутри каждойгруппы (конструкторов и производственников).
Высокая сложность электроннойаппаратуры, большой число факторов, учитываемых при ее конструировании, ивозможных вариантов конструкции выдвинули требование разработки новых методовконструирования, которые позволили бы осуществить еще большую концентрациюразработчиков, еще большее разделение труда при одновременном увеличенииэффективности контроля процесса конструирования за счет формализации выборанаилучших конструктивных решений. Это привело к созданию новых методов конструирования,основанных на таких дисциплинах, как системотехника, методы исследования операций,теория решений, сетевое планирование, эргономика, техническая эстетика и многихдругих из новейших отраслей науки, техники, искусства.
Весь комплекс задач,решаемых конструктором, можно разделить на две группы:
1) генерация возможныхвариантов конструкции (комбинация сочетаний исходных данных – факторов и связеймежду ними);
2) анализ и оценкакаждого варианта конструкции для выбора наилучшего.
Генерация вариантов. Еслиизвестны все исходные данные, то генерацию вариантов можно формализовать. Приэтом можно использовать ЭВМ. Очевидно, не все варианты будут одинаково хороши,однако надо рассмотреть все и выбрать наилучший. Подобное решение задачи «влоб» обычно не эффективно из-за больших затрат времени. Умственные способностичеловека, его творческие возможности позволяют решить задачу другими методами,позволяющими вести поиск при неполном комплекте факторов, сузить поле поиска,увеличить эффективность поиска оптимального варианта. Установлено, что человек,способный предложить большое число идей за единицу времени, имеет больше шансоввыдать действительно ценные идеи. В настоящее время известно несколькоспособов, позволяющих увеличить эффективность генерации идей, в том числе:диаграмма идей, матрица идей, ассоциации, инверсия, метод мозгового штурма,синектика.
Использование диаграммыидей основано на том, что очень трудно думать одновременно о нескольких вещах,хотя глаз может воспринимать одновременно бесконечное множество предметов и отличатьих один от другого. Это позволяет представить возможные варианты в виде некотойдиаграммы для последовательного анализа с целью выделения наиболееперспективных. При это можно обнаружить возможность создания новой конструкцииза счет неисследованных сочетаний. Примером диаграммы идей является любаяклассификация, например структурная схема тактико-технических требований к МЭА.
Наиболее эффективноесредство учета различных вариантов матрицы идей основано на возможностиупорядочения перебора вариантов.
/>
Рис 2. Матрица идей
Допустим, что на выбор конструкции МЭА влияют три группыфакторов: геометрия корпуса ИС (плоский, цилиндрический, кубический), видконструкции блока (кассетный, книжный, веерный), тип конструкции электромонтажа(жесткий печатный монтаж, монтаж объемным проводом, монтаж с использованиемгибкого печатного кабеля). В этом случае матрицу идей можно представить в видекуба, нижняя сторона которого содержит факторы одной группы. Каждый маленький кубикявляется вариантом конструкции. В данном случае их 27. Введение ограниченийпозволяет сократить область возможных решений. Например, при выборе монтажаобъемным проводником и ИС в цилиндрическом электромонтажном корпусе числорассматриваемых вариантов конструкции уменьшается до 3 и определяется видомконструкции блока.
Ассоциация – этот методоснован на способности человека преобразовывать полученную ранее информацию ввид, который обеспечивает ее использование для новых условий, т. е. использованиесвязи идей. Этот метод наиболее эффективен в тои случае, когда творческоевоображение может обращаться к другим идеям и одна творческая идея возникает наоснове другой. Примером является использование медицинского шприца подачигерметизирующего компаунда в труднодоступные места МЭА или использованиеконструкции антенны РЛС в виде структур ячеистой конструкции (типа пчелиныхсот).
При инверсии задачаисследуется с позиций, прямо противоположных принятым. Например, конструкторузадано расположение аппаратуры на объекте, форма и размеры отсека. Конструкторвидит, что он не может создать конструкцию при заданных требованиях. В этомслучае он может проанализировать размещение других устройств в отсеке,предложить новый вариант размещения и новую форму своего блока.
Синектика – метод,основанный на увеличении продуктивности умственной работы человека прииспользовании аналогий. Обычно решение ищет группа специалистов. Например,руководитель группы ставит задачу обеспечения ремонтопригодности конструкцииМЭА в условиях невесомости. Предлагается выполнить отверстие в куске пенопласта,подвешенного на нитке. Традиционные методы выполнения этой работы с помощьюдрели не подходит. В конце концов кто-то из членов группы предлагает прожечьотверстие сигаретой. Далее группа исследует возможность использования этогопринципа для реализации ремонтопригодной конструкции.
Метод мозгового штурмаоснован на возможности получения новых идей в результате творческогосотрудничества отдельных членов организованной группы. Реализация методаосуществляется в виде беседы, когда каждый участник свободно выдвигаетпредложения, а критика запрещена. Этот метод наиболее эффективен на начальныхэтапах конструирования, когда структура задачи еще не определилась. Наилучшиерезультаты получаются тогда, когда группа в пять-десять человек работает неболее часа. Для проведения сеанса мозгового штурма руководителю нужен инициатори магнитофон. Руководитель ни в коем случае не должен делать критическихзамечаний. Инициатором может быть один из членов группы. Если сеанс мозговогоштурма оказывается безуспешным, то это в основном вина руководителя. Лица,участвующие в мозговом штурме, заранее тщательно отбираются.
2. Стадии разработкиЭС
Существуют следующиестадии разработки:
Таблица 1Этап Документы НИР
1. Техническое задание (ТЗ)
2. Техническое предложение «П» — (ГОСТ 2.118-73) ОКР
3. Эскизный проект – «Э» ГОСТ 2.119-73
4. Технический проект «Т» – ГОСТ 2.120-73
5. Разработка рабочей документации (опытного образца, «О1, О2», установленных серий, «А», установившегося серийного или массового производства) «Б»
Техническое задание (ТЗ).
Техническое задание предусматривает охват следующих вопросов:
1. Полное наименованиетемы
2. Основание к исполнениютемы
3. Исполнители
4. Предполагаемыйзавод-иготовитель
5. Цель и назначениеработы (указываются краткие характеристики изделия, техникоэкономическоеобоснование целесообразности разработки, область применения). Пример разработкиТЗ изложен в ГОСТ 25123-82.
6. Состав аппаратуры
7. Тактико-техничесчкиетребования
7.1. Основные тактическиехарактеристики и параметры (например, для ЭВМ: быстродействие, разрядность, объёмпамяти и т. д.
для радиоприёмника:отношение сигнал/шум, чувствительность, полоса частот Fпр, выходная мощность P и т. д.)
7.2. Условия эксплуатации
7.3. Конструктивные итехнологические особенности
7.4. Требования кстандартизации, унификации, микроминиатюризации.
7.5. Долговечность икритерии надежности.
7.6. Габариты и масса
8. Порядок окончанияработ (количество предъявляемых к госиспытаниям образцов, переченьтехдокументации, предъявляемой по окончании работ, порядок испытания и приёмкиобразцов).
Техническое предложение –совокупность конструкторских документов, содержащих техническое итехнико-экономическое обоснование целесообразности разработки изделия наосновании анализа технического задания заказчика и различных вариантоввозможной реализации изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивныхи эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, атакже патентных материалов.
Техническое предложение(аванпроект) проводится, как правило, при выполнении НИР на сложные изделияпри участии смежных организаций.
Основные задачи приразработке технического предложения:
1.Тактико-технико-экономическое обоснование целесообразности разработки.
2. Выяснениепринципиальных путей и возможностей решения задачи, поставленной передопытно-конструкторской работой (ОКР).
3. Составлении перечнятеоретических экспериментальных работ, подлежащие исполнению.
4. Составление перечнясмежных организаций – участников ОКР.
5. Уточнение общегообъема работ, затрат и сроков выполнения
Техническое предложениепосле согласования и утверждения является основанием для разработки эскизногопроекта.
Эскизный проект –совокупность конструкторских документов, которые должны содержатьпринципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройствеи принципы работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основныепараметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия.
На стадии эскизногопроекта выполняются следующие работы:
1. Уточнениетактико-технико-экономического обоснования.
2. Выбор оптимальныхвариантов и принципов построения схемы изделия
3. Обеспечение высокогоуровня стандартизации и унификации.
4. Обеспечение высокойэксплуатационной надежности, сохраняемости, готовности, ремонтопригодности,технологичности.
5. Разработка структурнойсхемы, функциональной схемы.
6. Разработка илипредварительная проработка принципиальных схем функциональных частей изделия.
7. Решение вопросовразмещения, энергопитания, вентиляции, охлаждения, защищенности от внешнихвоздействий.
8. Проведениемакетирования наиболее сложных узлов.
9. Уточнение техническогозадания по результатам эскизного проекта.
10. Определениеноменклатуры и объема нестандартной контрольно-измерительной, регулировочной ииспытательной аппаратуры и приспособлений.
11. Определениенадежности изделия
Эскизный проект послеутверждения является основанием для разработки технического проекта.
Технический проект – совокупностьконструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающиеполное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данныедля разработки рабочей документации.
Цель технического проекта– теоретическая и экспериментальная проверка схемных, конструктивных итехнологических решений, а также разработка технологических решений, а такжеразработка техдокуменлтации в объеме обеспечивающем последующем разработку конструкторскойдокументации для опытного образца.
На стадии техническогопроекта выполняются следующие работы:
1. Разрабатываетсяупрощенная техническая документация
2. Изготовляютсяэкспериментальные образцы.
3. Проводятся испытания экспериментальныхобразцов по специальной программе
4. Проводиться уточненныйрасчет и оценка надежности
5. Проводится оценка ремонтопригодности
6. Рассчитываетсятехнологичность и ремонтопригодность.
7. Оценивается степеньсоответствия современному уровню микроэлектроники и комплексной микроминиатюризации.
8. Оценивается степень унификациии стандартизации.
9. Оцениваетсяэффективность средств контроля.
10. Проводитсяэкономическое обоснование и рассчитывается ориентировочная себестоимость.
Технический проект послезащиты и утверждения является основным для разработки рабочей конструкторскойдокументации опытного образца.
Рабочая конструкторскаядокументация опытного образца разрабатывается в объеме, установленном ЕСКД.
Опытный образецизготавливается с целью:
1. Окончательногоопределения технических и эксплуатационных характеристик изделия в процессеиспытания.
2. Проверкиэксплуатационной надежности
3. Проверки и отработкитехдокументации.
Испытания опытныхобразцов бывают:
1) предварительные(заводские), документам присваивается литера «О1», «О2»,
2) государственные.
Для проведения испытанийсоздаются специальные комиссии из представителей различных технических служб.По результатам испытаний составляется акт.
После утверждения акта икорректировки документации по результатам госиспытаний изготовляетсяустановочная серия изделий.
После изготовления ииспытания установочной серии, корректируется техдокументация и оснащаютсятехпроцессы.
Далее документацияпригодна для серийного производства.