Любую систему РЭА характеризует качество, которое определяется вектором К=(К1,...Кi,...,Кm) показателей качества.
С увеличением или уменьшением каждого из показателей Кi качество системы монотонно улучшается при прочих равных условиях. Система, обладающая наилучшим значением вектора Кi, считается оптимальной.
Введем понятие критерия оптимальности системы. Это критерии, согласно которому одно значение вектора Кi считается лучше или хуже другого его значения.
Фактически показателем качества системы можно считать такие параметры, как масса устройства, занимаемый им объем, стоимость, потребляемая мощность, надежность, а также другие параметры в зависимости от особенностей конструкции и возможных условий эксплуатации.
При оптимизации системы в целом - одной из основных задач является оптимизация ее параметров X1,...,Xn,...,Xm (m>n), т.е. отыскание таких значений X1,...,Xn,...,Xm при которых достигается наилучшее значение вектора К показателей качества. Каждый из показателей качества
K1,...Ki,...Km в обобщенном случае зависит от всех параметров системы
K1=f1 × (x1,...xi,...xn) (2.1)
K2=f2 × (x1,...xi,...xn)
K3=f3 × (x1,...xi,...xn)
Функции fm называют целевыми функциями.
Одновременно с обоснованием вектора К показателей качества (определением целевых функций) системы и критерия оптимальности для оптимизации параметров системы в исходных данных в общем случае требуется установить совокупность ограничений, накладываемых на показатели качества и параметры синтезируемой системы.
Оптимизация системы, производимая на основе показателей качества, т.е. с учетом нескольких целевых функций, называется векторной (многокритериальной) оптимизацией.
Показатели качества отличаются разнообразием. Показатели качества конструкции это количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих качество конструкции, причем каждая характеристика рассматривается применительно к отдельным условиям производства, эксплуатации конструкции в зависимости от характера решаемых задач по оценке уровня качества классифицируется по различным признакам.
Основным признаком классификации является классификация по характеризуемым свойствам. Это показатели надежности назначения, технологичности.
В расчетах будем использовать для оценки качества показатели назначения, показатели технологичности.
К группе показателей назначения отнесем три подгруппы:
1) 1) классификационные
2) 2) эксплуатационные
3) 3) конструктивные
К эксплуатационным показателям импульсов относятся: стабильность формируемых сигналов, выходная мощность, потребляемая мощность.
К конструктивным показателям относятся показатели, характеризующие основные конструкторские решения, удобства монтажа, объем и один из важных показателей такой, как уровень миниатюризации.
Уровень миниатюризации представляет собой количественную меру совокупности технических решений, направленных на эффективное исследование объема.
К показателям надежности относятся следующие параметры:
1) 1) безотказность
2) 2) долговечность
3) 3) сохраняемость
4) 4) ремонтопригодность
К показателям технологичности отнесем:
1) 1) трудоемкость
2) 2) себестоимость
3) 3) материалоемкость
Для того, чтобы оценить качество конструкции, безошибочно определить оптимальный вариант, необходимо количественно оценить комплексный показатель качества, состоящий из ниже перечисленных [6].
Комплексный показатель качества будем находить по формуле:
Kn=0.2N3+0.3G + 0.3No + 0.2T, (2.2)
где: 0.2, 0.3 - соответствующие коэффициенты весомости
N3 - комплексный показатель назначения;
G - комплексный конструктивный показатель;
No - комплексный показатель надежности;
Т - комплексный показатель технологичности.
Каждый из частных комплексных показателей находится при помощи весовых коэффициентов следующим образом:
1) 1) Показатель назначения:
N3 = 0.9Nnm + 0.4Ntd + 0.3Nbm (2.3)
где: Nnm - показатель потребляемой мощности
Ntd - стабильность формируемой параметрии
Nbm - потребляемая мощность нагрузки (выходная мощность)
0.3, 0.4,0.3 - соответствующие коэффициенты весомости
2) 2) Конструктивный показатель качества:
G = 0.3V + 0.3M + 0.4Mn (2.4)
где: V - объем устройства;
M - масса блока;
Mn - уровень миниатюризации;
0.3, 0.4 - соответствующие коэффициенты весомости.
3) 3) Найдем комплексный показатель надежности:
No = 0.25Sx + 0.25D + 0.25B + 0.25Rm, (2.5)
где: Sx – сохраняемость;
D – долговечность;
В – безотказность;
Rm – ремонтопригодность.
4) 4) Найдем комплексный показатель технологичности:
Т = 0.3Tр + 0.3Мт + 0.4Sб (2.6)
где: Тр - трудоемкость изготовления блока
Мт - материалоемкость
Sб - себестоимость изделия
0.3, 0.4 - соответствующие коэффициенты весомости
Следует особо отметить, что выше приведенные показатели используются в относительных единицах, называемых частным уровнем конструкции и данному свойству:
YKi=Pi/Bi (2.7)
где: Pi - показатель i-го свойства, оцениваемой конструкции
Bi - показатель i-го свойства базовой конструкции
Влияние каждого из критериев на общую совокупную оценку различно и зависит от вполне конкретных обоснованных требований, строго дифференцированный подход предусматривает введение коэффициентов весомости.
При их выборе руководствуются следующими положениями:
наибольший коэффициент весомости ;
показатели одинаковой весомости имеют одинаковые коэффициенты весомости.
коэффициент весомости всех рассматриваемых свойств отвечает условию:
mi=1 - для комплексного показателя качества
mj=1 - для частных показателей качества
Однако, оптимизация конструкции с помощью комплексного показателя качества носит элемент субъективизма при бальной оценке экспертов для весовых коэффициентов. Для получения этого в качестве основных критериев качества проведем оптимизацию по критериям надежности и стоимости.
,
где P(t) – вероятность безотказной работы системы;
l - интенсивность отказов элементов с учетом условий эксплуатации;
t – время работы.
,
где 
- стоимость изделия, 
- стоимость электрорадиоэлементов, входящих в состав изделия, Спр – стоимость производства изделия.
2.2. 2.2. Разработка конструктивных вариантов.
В разделе 2.1. рассмотрено множество свойств конструкции разрабатываемого прибора, соответствующие им требования и оценивающие их показатели. Для того, чтобы судить о качестве конструкции в целом, необходимо это множество показателей свести к одному, комплексному показателю, который количественно сравнит варианты конструкций.
Исходя из вывода, сделанного в разделе 1.2., для оценки комплексного показателя качества конструкции прибора выбираем следующие частные показатели: группа назначения – объем, масса; группа надежности – безотказность (время наработки на отказ) и стоимость.
Оценку комплексного показателя качества проводим по методике экспресс оценки по трем, функционально унифицированным приборам, выполненным на различных типах микросхем по степени интеграции и с различными конструкциями и типоразмерами печатных плат. Основные характеристики приборов приводятся ниже.
 |
Прибор №1 разъемной конструкции, скомпонован из набора ячеек, состоящих из печатных плат с интегральными микросхемами второй степени интеграции, серии К155 и навесных электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Нижняя и верхняя стенки прибора крепятся к передней и задней панелям, образуя жесткую конструкцию размерами 480´300´370 мм. Кожух прибора, изготавливаемый, из тонколистового проката стали, толщиной 0,8 мм. На верхнюю и нижнюю стенки установлены направляющие из прессматериала, для крепления ячеек в приборе. Электрический монтаж ячейки
Рис. 2.1. Эскиз прибора №1.
1 – корпус; 2 – направляющие; 3 – ячейка печатной платы.
осуществляется соединителями типа ГРМП1. Печатные платы в ячейке расположены параллельно друг другу, с односторонним расположением корпусов ИС и дискретных элементов. Печатный монтаж двухсторонний. Эскиз прибора приведен на рис. 2.1.
 |
Прибор №2 разъемной конструкции, состоит из набора одноплатных и двухплатных функциональных узлов, каждый из которых представляет совокупность многослойной печатной платы, корпусов микросхем второй степени интеграции. Серии КР564 и дискретных ЭРЭ, установленных с одной стороны МПП. Внутренний монтаж прибора выполнен объемным способом. Электрическое соединение между платами выполнено объединенной ПП. Размеры корпуса 480´340´430 мм. Материал корпуса – тонколистовой прокат алюминиевого сплава типа АМ2-2, толщиной 2,0 мм. Эскиз прибора приведен на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Эскиз прибора №2.
1 – корпус; 2 – печатные платы; 3 – соединительная ПП.
Прибор №3 разъемной конструкции, состоит из набора одноплатных функциональных узлов, выполненных на интегральных микросхемах типа К555 и дискретных ЭРЭ. Печатный монтаж двухсторонний, расположение ИС и ЭРЭ одностороннее. Закрепление ПП жесткое, на стойках. Электрический монтаж между функциональными блоками выполнен объемным способом с применением разъемов. Размеры корпуса 480´340´430 мм. Материал корпуса – тонколистовой прокат алюминиевого сплава, типа АМ2 – 2, толщиной 2,0 мм. Эскиз прибора приведен на рис. 2.3.
 |
Рис. 2.3. Эскиз прибора №3.
1 – корпус; 2 – печатные платы; 3 – стойки.
По габаритным размерам приборов находим их объем:
Прибор №1 – V = 8125 см3;
Прибор №2 – V = 8545 см3;
Прибор №3 – V = 8004 см3.
Показатели надежности и стоимости приборов рассчитываем по интенсивности отказов и цене основной элементной базы приборов – интегральным микросхемам, для чего составляем таблицу 2.1.
Таблица 2.1.
| Прибор №1 | Прибор №2 | Прибор №3 | ||||||
| ИС серии КР155 | ИС серии К564 | ИС серии К555 | ||||||
| Функц. назнач. | Кол-во | Цена | Функц. назнач. | Кол-во | Цена | Функц. назнач. | Кол-во | Цена |
| тип | шт. | руб. | тип | Шт. | руб. | тип | шт. | руб. |
| ЛЕ8 | 4 | 3 | ТМ2 | 2 | 2 | ИЕ10 | 1 | 4 |
| ЛА12 | 2 | 2 | ЛА9 | 1 | 2 | ЛА7 | 3 | 3 |
| АГ3 | 2 | 4 | АГ1 | 3 | 2,5 | ТМ8 | 4 | 3,5 |
| ИД3 | 4 | 3,5 | ЛЕ6 | 1 | 3 | ЛЕ5 | 2 | 3,5 |
| ЛА10 | 3 | 3 | ЛА10 | 3 | 3,5 | ЛА10 | 1 | 2,5 |
| ИЕ5 | 2 | 3 | КТ3 | 2 | 4 | |||
| Итого | 16 | 37 | Итого | 12 | 35 | Итого | 11 | 44,5 |
Вероятность безотказной работы для различных вариантов равна:
, (2.8)
для прибора №1 – P(t) = 0,83 < P(t) по ТЗ;
для прибора №2 – P(t) = 0,87 > P(t) по ТЗ;
для прибора №3 – P(t) = 0,85 = P(t) по ТЗ.
Рассчитанные параметры приборов сводим в таблицу 2.2.
Таблица 2.2.
| № | Параметры приборов | Прибор №1 | Прибор №2 | Прибор №3 |
| 1 | Тип корпуса ИС | 401.14 -1 | 401.14 -1 | 201.14 -1 |
| 2 | Габаритные размеры прибора, мм. | 480´300´370 | 480´340´430 | 470´340´430 |
| 3 | Объем корпуса прибора, см3. | 9125 | 8545 | 8004 |
| 4 | Число корпусов микросхем | 16 | 12 | 11 |
| 5 | Масса, кг. | 8,6 | 9,4 | 7,3 |
| 6 | Показатели надежности, ч. | 24817 | 30250 | 31680 |
| 7 | Типоразмер ПП | 200´170´2 | 200´170´1,5 | 200´170´1,5 |
| 8 | Стоимость ИС и ПП, руб. | 44 | 40 | 49,5 |
Все сравниваемые значения выбранных параметров приводим к безразмерным величинам, по формулам:
; (2.9)
, (2.10)
где 
- безразмерный показатель параметра;
- показатель i – го параметра;
- максимальный показатель i – го параметра.
Полученные результаты сводим в таблицу 2.3.
Таблица 2.3.
| Нормированные параметры | Объем | Масса | Показатели надежности | Стоимость |
| Прибор №1 | 0,63 | 1,0 | 0,5 | 0,88 |
| Прибор №2 | 1,0 | 0,7 | 1,0 | 0,7 |
| Прибор №3 | 0,61 | 0,87 | 0,22 | 1,0 |
Для всех значений параметров определяем весовые коэффициенты с учетом меры их важности предназначения.
Для экспресс - оценки наиболее эффективен и рационален метод установления весовых значений параметра экспертным путем.
Сумма всех весовых значений должна быть равна единице и каждое из них не должно существенно отличаться от другого.
Весовые значения параметров определенных экспертным путем заносим в таблицу 2.4.
Таблица 2.4.
| Нормированные значения параметров | Коэффициенты весомости параметров |
| Объем | 0,2 |
| Масса | 0,2 |
| Показатель надежности | 0,3 |
| Стоимость | 0,3 |
Обобщенные показатели качества конструктивной проработки трех приборов рассчитываем по средневзвешенному арифметическому значению:
, (2.11)
где е – параметрический номер от 1 до р;
- весовое значение характеристики;
- нормированное значение характеристики, е = 1,2,3 – номера приборов.
Полученные данные сводим в таблицу 2.5.
Таблица 2.5.
| Целевое назначение прибора | Прибор №1 | Прибор №2 | Прибор №3 |
| Источник питания для АТС | 0,67 | 0,62 | 0,64 |
Оценки и анализ полученных показателей производим исходя из принципа «Чем значение показателя Vi меньше, тем качество конструкторской проработки прибора лучше». Исходя из данного принципа оценки и данных таблицы, делаем вывод, что конструкция прибора №2 наиболее полно удовлетворяет требованиям технического задания на проектирование источника питания, по характеристикам которого проводим дальнейшую проработку конструкции прибора.
Дата: 2019-07-30, просмотров: 237.
