Развитие конструкций и процессов конструирования ЭС.

 

Требование системного подхода к изучению объекта курса ОК ЭС заставляет рассмотреть, как изменялось ЭС и процессы его создания по мере развития радиоэлектроники (РЭ) под влиянием изменения потребностей общества. Изменения методов и средств проектирования будут рассмотрены подробно далее.

Рис. 2.22. Системный подход при изучении развития ЭС.

В ходе изучения эволюции объектов курса необходимо ответить на следующие вопросы:

· как рассматривается ЭС на различных этапах развития? как система или нет?

· каков характер процесса конструирования? что превалировало в действиях конструктора: опыт, интуиция или строгие научные подходы?

· как осуществлялось формулировка задачи конструирования? как оптимизационная задача или нет?

· какова была эффективность Э использования ЭС в течение жизни?

Условно весь ход развития РЭ может быть поделен на этапы, а ЭС - на поколения. В основу деления положен вид используемого в ЭС активного элемента.

Начнем рассмотрение развития РЭ с двух начальных этапов, т.е. когда в качестве активного элемента использовались радиолампы и транзисторы.

На первых этапах развития РЭ конструирование ЭС велось с использованием технических решений, получивших широкое применение в приборостро­ительной и электротехнической промышленности, которые развились раньше радиопромышленности.

 Элементная база представляла собой широкий набор конструктивно разнородных элементов. Принципиальных изменений в конструкциях того периода было мало. Основу конструкции составлял деревянный ящик. Элементы и детали крепились на стенках.

По содержанию процесс создания конструкций S_к, в основном, сводил­ся к определению форм некоторых элементов, их размеров, материалов и размещению элементов в пространстве для обеспечения электрических и механических соединений, т.е. к определению пространственной S_пр, механической Ѕм подсистем ЭС. Требования по другим подсистемам были нежесткими и их зачастую не учитывали при синтезе, обходясь контрольным, проверочным анализом на допустимость создаваемой таким путем конструкции.

Таким образом проектирование конструкции S_к заключалось в определении двух подсистем S_пр, S_м и их взаимного влияния R_s1, R_s2, т.е.

S_к= {< S_пр, S_м>,< S_м, S_пр >, R_s1, R_s2}

 

Рис. 2.23. Представление о конструкции ЭС на ранних этапах развития

Синтез пространственной подсистемы S_пр представлял собой поиск или выбор конструктивного оформления некоторых элементов Г_эрэ элек­трической схемы и несущих конструкций Г_нк с последующим их расположением в пространстве, т.е. с определением совокупности отношений R_пр между ними.

Элементная база имела широкий набор конструктивно разнообразных решений, поэтому множество возможных вариантов форм и значений параметров Е_пр элементов Г пространственной подсистемы Ѕ_пр было велико. Другими словами, множество возможных альтернатив по синтезу или выбору унарных пространственных отношений R_1пр в системе S_пр было велико.

Кроме того, множественность альтернатив для форм и размеров элементов Г порождала и множественность возможных вариантов расположения их в пространстве, т.е. обилие вариантов пространственных бинарных R_2пр, тернарных R_3пр и … п-арных отношений R_{n пр}, структур q_пр и параметров Е_пр.

Следовательно, начальный этап развития РЭ характеризовался чрезвычайно большим множеством альтернатив по построению пространственной подсистемы S_пр для РЭС.

В следствие большого разнообразия вариантов построения пространственной подсистемы S_пр конструкции не удавалось выделить основные особенности (основные принципы) их построения. В результате априорная информация о будущей пространственной подсистеме была не значительна, а задача построения S_пр очень сложной.

После синтеза шел этап анализа конструкции, в основном, путем испытания ее. Аналитические (расчетные) методы анализа вначале отсутствовали.

Все вышесказанное о пространственной подсистеме S_пр в полной мере справедливо и для механической подсистемы S_м.

Разнообразие структур и обусловленные этим трудности с выбором определенной структуры и конституэнт Е отношений R порождали трудности формализованного синтеза вариантов конструкций S, всестороннего формализованного анализа конструкций, сравнения и выбора единственного. Поэтому в процессе проектирования, в основном, использовались творческие возможности конструктора. В результате проектирование по сути представляло собой процесс "проб и ошибок", основанный на опыте и интуиции конструктора. Формализованные приемы и методы практически отсутствовали. Последнее замечание относится к формулировке задачи конструирования ЭС.

Можно заметить, что, в сущности, решалась задача выбора варианта конструкции ЭС, удовлетворяющего некоторым требованиям, но далеко не оптимального. Задача оптимального конструирования ЭС даже не ставилась.

Эффективность проектирования конструкций ЭС зависела целиком от творческих способностей конструктора, и в общем случае не могла быть высокой.

По мере роста требований к ЭС менялась и конструкция. Необходимость увеличения коэффициента усиления приводила к росту числа каскадов. При этом возникало самовозбуждение усилителя. Для устранения воз­буждения применили экранирование отдельных каскадов и элементов. Так в конечном итоге пришли к металлическому шасси.

Позднее была заимствована с успехом применявшаяся в телефонии  идея разделения ЭС на части - так появилось шасси в виде этажерки. В результате развития РЭ менялась конструкция ЭС, что приводило к изменению методов деятельности.

ПРИМЕР. Растут масштабы применения ЭС - растут масштабы проиѕводства - изменяется конструкция ЭС - для уменьшения трудозатрат меняет­ся технология (вместо винтового соединения - пайка). Большое количество ламп - проблема теплоотвода. В зависимости от области применения - необходимость учета влаги, пыли, механических воздействий.

Конструкторское проектирование потребовало учета уже не 2-х, а мно­гих подсистем.

Развитие РЭ на новых этапах привело к необходимости улучшения ка­чества ЭС. Так возникло требование построения оптимальной конструкции ЭС, что коренным образом изменило понимание целей и проблем проектирования.

Существенное изменение в конструкциях и^: методах проектирования началось примерно в 50-х годах двадцатого века, когда развитие научной  и технической базы создало новые направления в конструировании элементной базы и самой аппаратуры.

В настоящий момент одной из основных особенностей проектирования современной ЭС является использование функционально-узлового метода, в основу которого положен принцип деления устройства на отдельные функционально и конструктивно законченные сборочные единицы (или только конструктивно законченные сборочные единицы). Сама идея деления аппарата на части была применена для упрощения конструкции и процесса ее проектирования, изготовления и эксплуатации уже давно (так называемый блочный метод конструирования).

ПРИМЕР. Рассмотрим, что дает деление аппарата на части с позиций введенного выше системного представления ЭС.

Рис. 2.24. Пример деления на части пространственной системы.

Пусть четыре элемента необходимо расположить в пространстве (для простоты - на плоскости). Тогда множество R₂ взаимных бинарных отношений между элементами образуемой пространственной системы, определяющих ее, состоит из шести пространственных связей. Если же систему образовать из двух частей по два элемента. то число связей уменьшиться до трех.

Таким образом, делением конструкции на части проектировщик добивался, в частности, уменьшения количества пространственных отношений, связей R_пр между элементами Г конструкции. То есть - упрощал конструкцию, а именно ее пространственную подсистему S_пр. Тем самым конструктор попытался со своей стороны упростить задачу конструирования ЭС.

Заключая рассмотрение начальных этапов можно сделать следующие выводы:

1) При зарождении ЭС аппарат воспринимался как единое целое - не выделялись отдельные подсистемы. Однако очень быстро, по мере роста потребностей общества в ЭС разработчики пришли к необходимости учета взаимного влияния электрических, механических воздействий, тепловых явлений в ЭС, т.е. пришли к системному пониманию ЭС.

2) Процесс конструирования ЭС был с самого начала сложен до причине большого разнообразия вариантов решения за счет разнообразия форм и размеров элементов Г, отношений R между ними. Кроме того, необходимо было осуществлять синтез структуры конструкции и определять консти­туэнты ЭС. Т.е. задача проектирования представляла собой задачу второго уровня сложности, для решения которой необходимо было определять структуру будущей системы. В результате характер процесса конструирования определился как творческий. Постоянная тенденция к усложнению ЭС и условий ее функционирования приводила к дальнейшему усложнению задач конструирования. В ответ разработчики ЭС попытались упростить конструкцию за счет деления ее на части и соответствующего упрощения эадачи из-за уменьшения множества отношений R, связывающих элементы Г, которые необходимо было определять. По сути, деление объекта на части, есть априорное задание одного из основных принципов построения будущей сложной конструкции, который сейчас называют функционально-узловым методом проектирования (правильнее было бы говорить о "принципе" проектирования). Однако и при этом творчество, опыт и интуиция конструктора превалировали над логикой и формализованными действиями, поскольку задача проектирования не имела достаточной априорной информации

3) Общество не накладывало строгих oгpaничeний на ресурсы, сама конструкция ЭС не сильно влияла на функционирование ЭC, и поэтому задача конструирования представляла собой задачу отыскания любого варианта материального воплощения электрической схемы, удовлетворяющего требованиям по функционированию.

4) Учитывая относительно невысокие требования к качеству К ЭС, отсутствие ограничений на используемые в процессе жизни ЭС ресурсы общества и интуитивно-эвристический характер проектирования, можно сделать вывод о невысокой в общем эффективности Э жизни ЭС.

Известно что, развитие вообще - есть продукт возникновения, нарастания и разрешения противоречий. Развитие РЭ тоже определяется возникновением, развитием и разрешением противоречий.

Рассмотрим основные противоречия развития РЭ.

Упомянутая ранее основная тенденция возрастания общественной потребности в средствах РЭ очень скоро натолкнулась на ограничения, также выдвигаемые обществом, а именно - ограничение в материальных, трудовых, энергетических и других ресурсах. Требование общества - использовать РЭ во все более расширяющихся сферах (быту, медицине, обороне...), пришло в противоречие с возможностями обеспечения обществом этого требования.

Другая тенденция развития РЭ - расширение функциональных воэможностей, т.е. повышение качества К ЭС, пришла в противоречие с требованием получения такого аппарата обществом в минимальные сроки после возникновения потребности в нем. Возникло противоречие "качество - сроки" (или проблема морального старения).

С другой стороны, сложность ЭС требовала новых затрат,ограничения по затратам З породили противоречие " качество - стоимость" ЭС (проблема качества изделий).

Таким образом, эффективность использования ЭС определяется в настоящее время пришедшими в острое противоречие факторами: К - качеством ЭС, 3 - затратами общества на использование, Т - временем проектирования и производства ЭС.

Каковы же возможности разрешения указанных противоречий?

С общих методологических позиций понятно, что эта возможность состоит только в наилучшем, оптимальном разрешении противоречий между, взаимодействующими факторами. Следовательно, задача проектирования и конструирования ЭС должна сейчас ставиться и разрешаться только как оптимизационная задача.

ПРИМЕР 1. Не правильная постановка задачи конструирования ЭС: "Разработать конструкцию РЭС, удовлетворяющую заданным функциональным показателям".

ПРИМЕР 2.  Правильная постановка задачи  конструирования ЭС: "Разработать конструкцию ЭС с наилучшими показателями качества К при максимальном сокращении сроков Т разработки и затрат 3 на жизнь ЭС".

А теперь попытаемся установить конкретные возможности разрешения противоречий "качество - затраты - сроки" при жизни ЭС.

 

Рис. 2.25. Возможности улучшения К, 3, Т.

Анализ возможных путей улучшения отдельных сторон эффективности Э, а именно, улучшения качества К, сокращения затрат 3 и времени выпуска Т в эксплуатацию ЭС показывает, что:

1) невозможно использовать варианты, которые, улучшая одну из характеристик эффективности Э, ухудшают другие, т.е. не разрешают противоречий РЭ.(Например, нельзя увеличивать число разработчиков или уменьшать заработную плату и т.д.);

2) другая группа возможностей, которая в общем случае дает наилучшие резулътаты для расширения противоречия, появляется сравнительно редко (раз в десятки лет). Например, новые принципы, новая активная элементная база, новые дешевые технологические процессы и т.д.;

3) единственной возможностью разрешения противоречия в конструкторской ежедневной практике является применение оптимизационных методов и тесно связанных с этим - методов формализации и автоматизации проектирования, производства и эксплуатации ЭС.

Последний путь основан на развитии теории, в том числе и теории конструирования ЭС. Таким образом, совокупность проблем развития PЭ может быть в методологическом плане сведена к единой проблеме - проблеме оптимального проектирования ЭС.

Для того, чтобы решить, каковы возможности разрешения проблемы оптимального конструирования ЭС, продолжим рассмотрение изменения ЭС и процессов ее создания. Заметим при этом, что ряд специалистов в области конструирования ЭС утверждают, о невозможности глобальной оптимизации конструкций. Однако существует и другой факт: говорят об определенном упрощении конструкций современных ЭС. Известны и достижения в исполь­зовании ЭВМ при решении некоторых задач конструирования.

Для определения предпосылок оптимального проектирования конструкций современных ЭС будем продолжать рассмотрение с позиций ранее использованной системной методологии двух основных явлений: изменение самого объекта проектирования (конструкции) в течение некоторого исторического периода и изменение процесса проектирования.

Ранее было указано, что в РЭ, в частности, наблюдаются две тенденции: возрастание требований к качеству ЭС, усложнение условий их эксплуатации, т.е. усложнение задачи проектирования ЭС, и вторая тенденция - попытки разработчиков как-то упростить задачу, ослабить первую тенденцию. Начальным шагом на этом пути было применение принципа деления аппарата на части, о чем говорилось ранее. Разделение единой системы (конструкции), на части позволяло упростить пространственную систему S_пр  конструкции ЭС и задать некотурую априорную информацию о построении конструкции.

Следующим этапом развития указанной тенденции упрощения конструкций было появление типовых, базовых и нормализованных узлов (модулей). Такого рода модули имели типовые схемы, одинаковые или кратные размеры, единую конструкцию выводов и креплений. Функциональные узлы такого ро­да объединялись в субблоки, которые в свою очередь, объединялись в блоки.

Таким образом достигалась типизация конструктивных решений на уровне блоков. Возникла иерархическая структура конструкций ЭС на основе модулей различного уровня сложности.

 

Рис. 2.26. Иерархия конструктивных единиц.

Исходя из введенных ранее представлений, можно заметить, что уни­фикация конструкций модулей привела к уменьшению разнообразия форм и значений размеров элементов конструкций Г, т.е. к уменьшению возмож­ных структур унарных µ_пр1 отношений и к уменьшению множества конституэнт Е_пр1 унарных отношений в пространственной подсистеме.

Появилась определенная повторяемость (регулярность) пространственных связей однотипных элементов от конструкции к конструкции. Особенно это стало заметно после появления печатной платы (ПП), как элемента конструкции, объединяющего элементы и компоненты электрически, механически и пространственно. Следствием использования ПП стало появление основного принципа построения пространственной подсистемы модулей 1-го и 2-го уровней - объединение элементов на плоскости. В результате произошло уменьшение разнообразия пространственных структур констру­кции _пр за счет иерархической организации ЭС и уменьшение множества конституэнт отношений Е_пр за счет некоторого сокращения разнообразия значений параметров элементов Г пространственных подсистем.

Однако не всегда можно было применять только унифицированные модули: для построения функционально законченной ЭС необходимо было использовать широкий набор конструктивно разнообразных электрорадиоэлементов. Следовательно, в определенной степени сохранялись особенности более ранних этапов конструирования. Кроме того, в связи с возникшими противоречиями в развитии РЭ, появилась необходимость учета условий и ограничений, налагаемых обществом на процесс жизни ЭС. Поэтому конструкции не могли по-прежнему быть созданы путем выполнения только строгих формализованных процедур. Опять опыт и интуиция конкретного конструктора определяли конкретную реализацию конструкции блоков, субблоков, узлов ЭС, хотя некоторые приемы и методы стали достоянием всех конструкторов.

Таким образом с одной стороны развивалась тенденция к упрощению пространственной подсистемы конструкции ЭС, однако, с другой утвердилась необходимость учитывать в процессе проектирования ЭС ее системный характер, что усложняло процесс проектирования конструкций.

Дальнейшее резкое развитие принципа функционально-узлового конструирования произошло с появлением и развитием микроэлектроники. Применение интегральных схем (ИС) - ЭС третьего поколения, и больших ИС (БИС) - ЭС. четвертого поколения, позволило резко улучшить множество функциональных характеристик ЭС. Микроминиатюризация - способ уменьшения габаритов и массы ЭС, трудоемкости и материалоемкости, способ повышения качества К и сокращения сроков и затрат на разработку и производство Т_пр, другими словами - один из способов разрешения противоречий дальнейшего развития радиоаппаратостроения.

В простейшем понимании микроминиатюризация представляет собой факт очередной смены элементной базы. Однако он повлек за собой и изменение конструктивных решений ЭС в целом, и изменение методов и средств конструирования.

Для того, чтобы извлечь полностью достоинства новой, более эффективной элементной базы очень быстро обнаружили необходимость решения ряда сопутствующих задач кроме простой замены активной элементной базы.

ПРИМЕР. В ЭС большой мощности, заменой только активной элементной ба­зы нельзя резко уменьшить массу и габариты в целом.

 Так пришли к понятию комплексной миниатюризации. Условиями комплексной микроминиатюризации являются:

· проектирование схемы ЭС на принципах дискретной цифровой техники (вместо электромеханических узлов - электроника);

· схемы строить на ИС общего (широкого) и частного применения;

· решить проблему нормального теплового режима ЭС и электромагнитной совместимости;

· использовать новые принципы формирования больших мощностей излучения;

·  в области СВЧ использовать генераторы Гана, полосковые линии и т,д.;

· осуществлять миниатюризацию комплектующих конструктивных элементов (разъемы, кабели,…).

Важным следствием внедрения микроэлектроники было дальнейшее упрощение пространственной организации конструкций узлов, субблоков, блоков и более крупных единиц конструкций микроэлектронной аппаратуры.

Для эффективного использования преимуществ новой элементной базы происходила смена вариантов построения конструкции и, в первую очередь, пространственной подсистемы. Приведем несколько характерных для различных этапов развития микроэлектроники так называемых компоновочных (пространственных) структур. (I- кристалл ИС; 2- кристалл БИС; 3—кор­пус микросемы; 4 - печатная плата; 5- несущая конструкция; 6 - корпус ycтpoйcтвa (бeз лeвoй ^:cтeнки); 7 –пoдлoжкa).

 

 

Рис. 2.27. Линейная графическая модель компоновочных структур.

 

Общими чертами вариантов являются:

- наличие иерархической связи между модулями, т.е. некоторая совокуп­ность модулей 1-го уровня, объединяясь, дает модуль 2-го уровни, те объединяясь, дают модуль 3-го уровня и т.д. - иерархичекий модульный принцип построения;

- плоскостной характер конструкций модулей нижних уровней - плоскостной принцип их объединения.

Анализ структур позволяет сделать вывод, что принципы построения пространственной структуры ЭС определились и мало изменились с развитием микроэлектроники, и, более того, множество вариантов структур ограничилось несколькими схемами.

Последнее позволяет сделать предположение о том, что и дальнейшее.увеличение степени интеграции ИС существенно не изменит сформировавшиеся принципы и структуры.            

Рассмотренный пример упрощения пространственной подсистемы S_пр касается только построения модулей нижних уровней (МЭУ и ячеек). Однако можно показать, что подобная картина наблюдается и для модулей более высоких уровней (блоков, шкафов). Следовательно, конструктору дается в руки на некоторые годы вперед важное априорное знание, позволяющее упростить задачу синтеза пространственной; структуры q_пр конструкции ЭС, а значит и задачу проектирования конструкции в целом - знание принципов построения конструкции и некоторых пространственных (компоновочных) структур (схем).

Следует заметить, что сформировавшиеся принципы и схемы компоновки диктовались еще неосознанным желанием конструкторов уменьшить и упростить множество

отношений R между элементами Г₁, Г₂, … Г_n пространственной систе­мы S_пр. Действительно, плоскостной характер конструкций узлов субблоков практически исключил отношения типа "выше-ниже" между элементами этих конструкций; иерархия модулей исключила множество взаимоотношений между элементами, принадлежащим различным модулям, заменив их простыми отношениями между модулями и т.д.

Растущая степень интеграции открыла новые возможности применения нормализованных и унифицированных модулей различного уровня сложности.  Наличие типовых электрических схем, выполняющих различные функциональные преобразования при одинаковом их конструктивном оформлении позволили создать аппаратуру из модулей единого конструктивного вида (единой серии). Последнее привело к уменьшению разнообразия, как вариантов, так и параметров Е пространственных структур конструкций. Так, наряду с определенностью принципов П_пр и пространственных структур µ_пр стала появляться определенность значений параметров элементов конструкций. Сейчас эти тенденции только усилились.

 Последние годы развития микроэлектроники характеризуются не только "завоевыванием новых позиций", что выражается, в повышении степени интеграции элементной базы, применении новых материалов, поиске оригинальных конструктивных решений, но и закреплением уже завоеванных позиций - унификацией и стандартизацией как элементной базы, так конструкций. Различного рода "базовые", типовые конструкции узлов, субблоков, блоков находят вое более широкое применение как в масштабах некоторых предприятий, отдельных отраслей, так и государства в целом.

Примером стандартизации являются определенные типоразмеры разрешенных к применению печатных плат, подложек для ИС микросборок и, связанные с ними конструктивные варианты модулей 1-го и. 2-го уровней, а, в конечном итоге, и блоков (модулей 3-го уровня). Сюда же можно отнести попытки создания типовых вариантов топологии пассивных элементов для гибридных ИС (ГИС) и микросборок и регуляризацию расположения посадочных мест для навесных дискретных элементов на подложках ГИС и микросборок.

В конечном итоге указанные мероприятия приводят к дальнейшему уменьшению разнообразия пространственных подсистем S_пр конструкций РЭС, точнее, к уменьшению множества возможных значений конституант Е_пр отношений R_пр их пространственных подсистем за счет стандартизации элементов Г при известных принципах П_пр построения структур µ_пр.

Особенностью современного этапа комплексной микроминиатюризации является освоение новых возможностей при создании электронной аппаратуры 4-го и 5-го поколения, построенной на изделиях с высокой и все более возрастающей степенью интеграции компонентов. В полной мере это относится и к разработке аппаратуры с использованием микропроцессоров. Здесь уместно заметить, что рост степени интеграции на несколько порядков существенно не изменил пространственной структуры конструкций модулей 1-го, 2-го и 3-го уровней. По всей вероятности, при переходе на ИС еще более высокого уровня интеграции конструкция аппаратуры по-прежнему будет во многом однородна, т.е. будет характеризоваться наличием многоуровневой иерархической модульной пространственной структуры с типовым дискретным набором значений параметров модулей.

Важным выводом, следующим из факта упрощения пространственных структур конструкций ЭС, является возможность выделить и формализовать основные задачи конструкторского синтеза современных ЭС.

Итак, рассмотрение этапов развития РЭ позволяет сделать некоторые выводы:

1) По мере развития РЭ очень скоро разработчики пришли к пониманию важности учета взаимных связей между электрическими, тепловыми, механическими явлениями в ЭС, т.е. пришли к системному пониманию ЭС. (Однако без использования соответствующей терминологии).

Главное следствие необходимости учета взаимодействий заключалось в существенном усложнении задачи конструирования по указанной причине.

2) Первоначальная сложность задачи конструирования ЭС (из-за разнообразия фopм и размеров элементов Г, отношений R, структур q и параметров Е конструкции) дополнилась сложностью учета явлений взаимодействия между подсистемами и различного рода ограничений в процессе проектирования.

Формализованные методы использовались мало, в основном, для анализа конструкций ЭС. Например, для расчетов тепловых режимов. Синтез же выполняется человеком. В целом процесс проектирования выполнялся методом "проб и ошибок"; интуиция, опыт, эвристика играли решающую роль.

Однако развивалась и другая тенденция - упрощение конструкции S за счет упрощения ее геометрической организации, т.е. за счет упрощения пространственной подсистемы S_пр. Для этого использовались следующие приемы:

- деление аппарата на части (модули);

- введение иерархии частей;

- плоскостная реализация модулей нижних уровней;

- стандартизация конструктивных (пространственных) решений модулей.

Существенное развитие указанные приемы получили в ЭС 3-го и 4-го поколений с развитием микроэлектроники.

В результате произошло значительное уменьшение разнообразия пространственных подсистем S_пр и в настоящее время существо задачи конструирования изменилось:

- вместо синтеза (генерации, изобретения) перечня (списка) элементов Г                                        конструкции решается задача выбора из ряда заданных вариантов (например, выбор типа корпуса ГИС для защиты от влаги);

- вместо синтеза (изобретения) структуры q_пр пространственных связей элементов Г конструкции S необходимо выбрать определенный вариант из некоторого заданного набора вариантов (например, разъемная или книжная конструкция блока);

- вместо синтеза значений параметров Е_пр отношений элементов Г в пространстве необходимо опять же выбрать определенное значение параметра из допустимого ограниченного ряда значений. (Например, выбрать разрешенные типоразмеры печатной платы). Таким образом, согласно введенной классификации, задача проектирования конструкций ЭС часто представляет собой задачу 3б или четвертого типа сложности.

Упрощение задачи проектирования пространственной подсистемы S_пр привело к увеличению доли автоматизированных действий при конструировании за счет внедрения формализованных, а затем и автоматизированных методов синтеза (выбора) параметров Е_пр пространственных (или компоновочных) подсистем.

Специфической особенностью современного состояния РЭ является возможность в некоторых случаях решить задачу конструирования ЭС полностью формализованными приемами. Объясняется это тем, что часто в задаче проектирования конструкции не требуется отыскивать, синтезировать принципы, состав элементов и структуру µ_пр пространственной подсистемы S_пр, т.к. она бывает либо задана заранее, либо задача ее синтеза заменяется более простой задачей выбора определенной структуры из заданного множества вариантов. Например, задача проектирования печатных узлов является задачей синтеза пространственной системы с известным заранее набором вариантов структур.

3) Расширение возможностей формализации конструирования и использование для целей проектирования средств ВТ позволило шире применять оптимальные методы конструирования ЭС. Современные автоматизированные процедуры конструирования ЭС являются сугубо оптимизирующими процедурами.

      Эффективность жизни Э для ЭС остается неудовлетворительной. Причин этому много. По-прежнему невысока эффективность процесса проектирования Э_пр. Последнее объясняется, в частности, недостаточным применением оптимальных автоматизированных методов проектирования ЭС с одной стороны, а также отсутствием некоторых профессиональных качеств у конструкторов ЭС и отсутствием необходимых средств проектирования с другой. И кроме того, не всегда и далеко не все задачи конструирования ЭС по сложности являются задачами уровней 3б и 4; хотя тенденция упрощения пространственной организации очевидна, также как очевидно и возрастание требований к конструкции ЭС в целом.

 

Контрольные вопросы к главе 2

 

1. Требования и основные принципы методологии проектирования ЭС

2. Дать определения понятия системы, толкование понятий "принцип, элемент, отношение, структура, конституэнты".

3. Унарное, бинарное, … n- арное отношение. Примеры.

4. Типовая задача: определить структуру, конституанты, отношения между элементами U_вх и U_вых в следующей системе S.

5. Почему ЭС можно рассматривать как некоторую техническую систему?

6. Элементы и отношения в ЭС.

7. Структуры и конституэнты унарных пространственных отношений в ЭС. Примеры.

8. Подсистемы ЭС.

9. Стратегия проектирования ЭС.

10. Уточненное понятие конструкции и конструирования ЭС.

11. Особенности проектирования конструкций ЭС.

12. Уровни сложности проектных задач.

13. Возможность творчества и формализации при решении проектных задач различной сложности.

14. Этапы жизни ЭС. Цель учета всех этапов жизни.

15. Оценка жизни ЭС. Роль общества.

16. Причина появления подсистем радиоэлектроники: системотехники, схемотехники, конструирования, технологии ЭС.

17. Факторы, влияющие на процесс проектирования.

18. Факторы, влияющие на процесс эксплуатации ЭС.

19. Этапы развития Э.

20. Начальные этапы развития РЭ: представление о ЭС, задаче проектирования, эффективность жизни ЭС.

21. В чем сложность задачи конструирования ЭС на начальных этапах?

22. Что дает разбиение конструкции ЭС на начальных этапах?

23. Основные противоречия современной РЭ. Почему они обострились?

24. Возможности разрешения противоречий РЭ. Их анализ.

25. Современный этап развития РЭ: представление о ЭС, задаче проектирования, эффективности жизни ЭС.

26. Роль микроминиатюризации, стандартизации.