Конструкция РЭС, рассматриваемая как структурное образование, состав-ленноеиз готовых (покупных) и вновь спроектированных частей, во многом определяет качество функционирования и конкурентоспособность разрабатываемой системы. В первую очередь это относится к надежности, технологичности, безопасности, энергетической эффективности. Конструкции современных РЭС представляют собой сложные системы, т. е. состоят из совокупностей объектов, связей между ними, и предназначены для реализации задаваемых функций.

Любая конструкция обладает системными свойствами: композиции и декомпозиции; интегративности, т. е. образование при композиции новых качеств, не свойственных исходным частям; иерархичности, т. е. деление на структурные уровни (уровни входимости), при этом элемент более низкого уровня входит в спецификацию элемента более высокого уровня. В процессе конструирования необходимо учитывать большое число факторов, имеющих различную природу.

Эти факторы можно объединить в следующие группы требований: общего характера, эксплуатационные, конструкторско-технологические, производственные, а также требования нормативно-технических документов.

Кроме того, для разных уровней конструктивных компонентов (микросборок, печатных плат, функциональных модулей и т.д.) имеются свои специфические требования. Разработка конструкции РЭС, которая гарантированно удовлетворяет всем предъявляемым требованиям, представляет собой сложную инженерную задачу. При этом приходится решать проблемы, связанные с тем, что ряд требований являются противоречивыми, а некоторые требования предусматривают перспективу развития и функциональное наращивание системы в процессе эксплуатации, т. е. нацелены в будущее. В определенной степени противоречия возникают при стремлении повысить надежность за счет структурной избыточности и одновременно уменьшить вес и габаритные размеры или увеличить мощность передающего устройства и улучшить показатели энергетической эффективности. Нацеленность в будущее предполагает необходимость постоянной модернизации РЭС для использования научно-технических достижений, например расширения диапазонов работы, изменения конструкции антенной системы, увеличения каналов связи и др.

Для решения этих проблем при конструировании используются методы оптимизации, принятия проектных решений в условиях неопределенности, робастного проектирования, модульного конструирования, управления проектами и др.(Робастное проектирование – подход, который позволяет обеспечить устойчивость проектируемых изделий к воздействующим факторам (в том числе, к изменчивости производственного процесса).Применение методов автоматизированного проектирования позволяет решать следующие сложные в вычислительном отношении задачи:

• оптимальное геометрическое размещение компонентов нижестоящих уровней в монтажном пространстве вышестоящих (электрорадиоэлементов на печатных платах, печатных плат в функциональных модулях, модулей в блоках и т.д.);

• обеспечение оптимального теплового режима в блоках с применением естественного, искусственного или смешанного охлаждения;

• обеспечение оптимальной помехоустойчивости функциональных узлов при воздействии естественных и искусственных помех и др.

Проектирование конструкции РЭС при наличии жестких ограничений (требований) имеет ряд особенностей. К этим особенностям можно отнести следующие.

1. Много вариантность. Основным методом создания качественной конструкции является формирование множества альтернативных вариантов, их анализ и обоснованный выбор наиболее предпочтительного.

2. Модульность и параллельное конструирование компонентов. Несмотря на то, что в законченном виде конструкция представляет собой единую систему, большое число ее элементов в виде блоков, функциональных модулей, печатных плат и других может разрабатываться параллельно, в относительной независимости друг от друга.

3. Типовые структуры и преемственность. При формировании альтернативных вариантов конструкции широко используются стандартизация, типизация и унификация электронных модулей и других базовых конструкций. Это обеспечивает конструктивную совместимость, взаимозаменяемость и инвариантность параметров, значительно сокращает сроки проектирования, позволяет использовать информацию о ранее разработанных конструкциях.

4. Показатели конструкции и множество состояний функционирования. В процессе реальной эксплуатации могут изменяться климатические условия, размещение на объекте, а также другие требования к исполнению РЭС. Поэтому при разработке конструкции необходимо предусмотреть, чтобы созданное изделие не только эффективно работало при соблюдении требований к климатическому исполнению, размещению на объекте, содержащихся в техническом задании, но и обладало робастностью в различных состояниях функционирования. Для этого сопоставление альтернативных вариантов конструкции должно выполняться на множестве состояний функционирования. Данное множество наряду с состоянием нормального функционирования, когда выполняются все задаваемые требования к разрабатываемому изделию, содержит состояния, в которых изделие может находиться вследствие явлений природного характера (наводнение, ураган и т.п.), организационных и других мероприятий. Таким образом, при анализе конструкции следует учитывать значения основных показателей в различных состояниях функционирования.

Автоматизация технологической подготовки производства РЭС

Технологическая подготовка производства (ТПП) обычно рассматривается как совокупность современных методов организации, управления и решения технологических задач на основе комплексной стандартизации, автоматизации, экономико-математических моделей и средств технологического оснащения. Стандарты Единой системы ТПП устанавливают общие правила организации и управления производством, предусматривают широкое применение прогрессивных технологических процессов (ТП), стандартной технологической оснастки, средств автоматизации производственных процессов и управленческих работ.

Основные задачи автоматизации ТПП РЭС:

- выбор технологий и технических маршрутов для компонентов изделия,

- разработка принципиальной схемы ТП в виде последовательности этапов укрупненных операций,

- выбор технологического оборудования, оснастки и инструментов,

- оптимизация технологических маршрутов и операций,

- проектирование систем автоматического контроля и управления технологическим процессом,

- разработка системы менеджмента качества,

- оценка экономической эффективности ТП.

Большое внимание при решении этих задач уделяется непосредственному назначению РЭС, условиям эксплуатации изделий и вопросам энергосбережения.

Для решения задач автоматизации ТПП широко используются методы математического моделирования, оптимизации и планирования эксперимента. Построение математических моделей предполагает определение целей моделирования, декомпозицию ТП на отдельные операции, построение математических моделей для каждой операции, верификацию полученных моделей и композицию их в обобщенную модель всего технологического процесса. Разработанные модели используются в САПР ТП и SCADA-системах.

В качестве моделей ТП наиболее часто используются описательные (вербальные), аналитические (математические) и графовые (графические).

Описательные модели обычно представляют собой таблицы с информацией о режимах работы, технологических операциях, переходах и т. п. Эти таблицы содержатся в базах данных САПР ТП.

Аналитические модели ТП характеризуют функциональные связи между входными и выходными переменными ТП, отражают физико-химические процессы в технологических установках. Различные виды этих моделей необходимы для решения задач оптимизации режимных параметров ТП, анализа чувствительности выходных показателей ТП в случае различного рода отклонений от требуемого регламента, проектирования АСУТП и др.

Графовые модели в виде неориентированных и ориентированных графов, а также различного рода графических зависимостей между переменными ТП применяются для решения задач надежности, планирования загрузки технологического оборудования, управления запасами и т. п.

В последнее время начинают применяться модели в виде когнитивной графики, которые за счет образного представления условий решаемых задач облегчают принятие интеллектуальных решений. Моделирование ТП во многих случаях тесно связано с моделированием проектируемых и изготовляемых объектов. Например, при моделировании этапов технологии изготовления СБИС необходимо учитывать характеристики (статические, динамические) и компоненты (активные, паразитные), которые описываются моделями самих СБИС. Особенностями задач оптимизации применительно к ТПП являются широкое разнообразие постановок задач, сложность их формализации, высокая размерность массивов переменных, участвующих в задаче, и различного рода ограничений, наличие неопределенностей в исходных данных, большое число возмож-ных вариантов построения ТП, отсутствие единого подхода к решению задач.  

Если проект связан с незначительной модернизацией РЭС, то большая часть технологических операций считается отработанной, а для отдельных операций требуется уточнение технологических режимов и используемых материалов.

В случае серьезной модернизации изделия при формировании вариантов ТП могут использоваться процессы — аналоги с добавлением отдельных операций.

При автоматизации ТПП РЭС наиболее важными принципами являются следующие.

Принцип иерархичности (многоуровневости), в соответствии с которым работы по проектированию ТП делятся по уровням таким образом, что решения задач, получаемых на одних уровнях, служат исходными данными для задач следующих уровней.

Принцип неокончательности (альтернативности) решений на этапах ТПП предполагает, что после выполнения каждого этапа для последующего проектирования остается не один, а несколько альтернативных вариантов проектных решений. Это повышает обоснованность получения наиболее предпочтительной схемы ТП.

Принцип итерационности(обратной связи) заключается в возможности возврата от каждого этапа проектирования к любым предыдущим. Это позволяет использовать новую информацию, полученную в ходе выполнения работ по ТПП и анализа результатов экспериментальной проверки качества технологического процесса. Планирование эксперимента тесно связано с методом робастного проектирования. Применение этого метода позволяет разработать ТП, при котором характеристики продукции будут в наименьшей степени подвержены разбросу, вызываемому несовершенством технологического оборудования, неопределенностью сырья и влиянием различного рода внешних воздействий. Решение задач ТПП для производства нового (инновационного) изделия целесообразно выполнять в соответствии с методологией реинжиниринга бизнес-процессов на предприятии.