Организация проектирования электронной

5. Организация проектирования электронной

аппаратуры.

Техническая документация

Разработка ЭВМ и систем – сложный комплекс теоретических, схемотехнических, проектно-конструкторских, технологических и производственных работ, приводящих в конечном итоге к выпуску машины, отвечающей заданным тактико-техническим требованиям.

Процесс разработки ЭВМ не имеет полной всеохватывающей математической базы и ведется методом многочисленных проб и последовательных приближений.

Последовательность этапов разработки ЭВМ и стадий выпуска конструкторской документации определяется Государственными стандартами. При разработке ЭВМ выпускают большое количество технической документации (конструкторско-технологической), состав которой также определяется Государственными стандартами.

В настоящее время в стране действует большое количество стандартов, которые сгруппированы по направлениям жизненного цикла изделий в следующие комплексы:

• 
  единая система конструкторской документации (ЕСКД);
  
• 
  единая система технологической документации (ЕСТД);
  
• 
  единая система программной документации (ЕСПД);
  
• 
  единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП);
  
• 
  единая система защиты изделий и материалов от коррозии, старения и биоповреждений (ЕСЗКС) и др.
  

5.1. Единая система конструкторской документации (ЕСКД)

В настоящее время у нас в стране действует Единая система конструкторской документации (ЕСКД) – система Государственных стандартов, которые устанавливают правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения технической документации, разрабатываемой в нашей стране.

Применение ЕСКД при разработке того или иного вида продукции обеспечивает:

- возможность взаимообмена техническими документациями между различными предприятиями внутри страны;

- сокращение типов и упрощение форм технических документов и графических изображений, снижающих трудоемкость проектирования;

- механизацию и автоматизацию обработки технических документов и содержащейся в ней информации.

Требования стандартов ЕСКД распространяются на все виды конструкторской документации и научно-техническую литературу. Несоблюдение стандартов ЕСКД запрещается законом. Требования стандартов распространяются на все виды конструкций.

Изделие – любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Различают изделия основного производства, предназначенные для поставки (реализации) и изделия вспомогательного производства, предназначенные для собственного потребления предприятием-изготовителем.

Деталь – изделие, не имеющее составных частей и изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. К деталям также относят изделия, изготовленные с применением местной сварки, пайки, склеивания и т.д.

Пример деталей – печатная плата, ферритовый сердечник, лепесток разъема, держатель транзистора и т.д.

Пример сборочных единиц: ячейка, матрица запоминающего устройства, микросхема, разъем и т.д.

К сборочным единицам также относят:

- изделия, конструкция которых выполнена в виде, позволяющем разбить их на составные части для удобства упаковки, транспортирования и т. д.;

- совокупность изделий, имеющих общее функциональное назначение и совместно монтируемых в другой сборочной единице;

- совокупность изделий, имеющих общее функциональное назначение, совместно уложенных в тот или иной вид упаковки и предназначенных для использования совместно с другими упакованными изделиями.

В первом случае примером комплекса является система, состоящая из ЭВМ, входящих и исходящих устройств, изготовленных на специализированных предприятиях-изготовителях и стыкующихся с остальными устройствами машины только на месте эксплуатации.

Во втором случае в комплекс могут входить, например, детали и сборочные единицы, предназначенные для монтажа, ремонта, и эксплуатации ЭВМ по месту установки.

Комплект – два или более изделий, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера.

Специфицированные изделия – сборочные единицы, комплексы, комплекты, имеющие в своем составе две или более составные части.

5.2. Этапы разработки ЭВМ и систем

Государственные стандарты устанавливают следующие этапы разработки конструкторской документации на изделия во всех отраслях промышленности:

1. 
   Разработка технического задания (ТЗ).
   

2. 
   Разработка технического предложения (ТП).
   

С помощью технического предложения осуществляется сравнительная оценка решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов.

3. 
   Эскизный проект – совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе действия изделия, а также данные, определяющие назначение и основные параметры разрабатываемого изделия.
   
4. 
   Технический проект.
   

5. 
   Разработка технической документации – это разработка конструкторских документов, предназначенных для изготовления и испытания опытного образца (опытной партии) изделия.
   

Производится аналитическое исследование разработки, а также предварительные расчеты изделия. Заключительной работой НИР считается научно-технический отчет. Он содержит выводы о новых принципах построения изделия, дает научно-обоснованный подход к реализации этих принципов, анализирует проведенные исследования.

При проведении НИР мы можем получить как положительный, так и отрицательный результаты. Если отрицательный результат возможен или получен, то напрашиваются следующие выводы: либо НИР проводится недостаточно грамотно, либо в настоящее время развитие современной науки и техники не дают полной реализации поставленной задачи.

2 этап – опытно-конструкторская разработка (ОКР).

ОКР строится на результатах НИР и является воплощением теоретических результатов в практические, т.е. разрабатывается электрическая схема и конструкция изделия.

Если сравнивается НИР и ОКР, то можно сказать, что при разработке ОКР на первый план выступают экономические задачи, т.к. именно на этом этапе конкретизируется элементная база, на которой будет построено изделие, и, также формируются основные параметры изделия, влияющие как на его стоимость, так и на длительность и стоимость его разработки.

Во время разработки ОКР производится теоретическое, расчетное и экспериментальное исследование реализованных в изделии идей.

В зависимости от степени проработанности НИР и степени новизны разрабатываемого изделия, стадия эскизного проектирования в ОКР может быть опущена.

В соответствии со всем вышеизложенным, можно определить этапы разработки ЭВМ и представить их в виде следующей блок-схемы, рис.16.

Этап 1: подготовительный.

На этом этапе производится изучение задач, для решения которых предназначена разрабатываемая машина, анализируются новые методы в науке и технике и новые принципы построения ЭВМ. Этот анализ позволяет ориентировочно определить технические характеристики будущей машины.

Разработка ТЗ включает в себя: обоснование назначения изделия, технические и тактико-технические характеристики (это быстродействие, разрядность, объем памяти и т.д.), показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемой ЭВМ. Если необходимо, то и выполнение необходимых стадий разработки конструкторской документации и её состава.

В ТЗ указывают предприятие-заказчик и предприятие-разработчик ЭВМ. Между ними составляется договор, который является юридическим документом, определяющим взаимоотношения и взаимные обязательства на различных этапах разработки. Договор определяет взаимную ответственность сторон в случае нарушения отдельных его пунктов. Кроме ТЗ к договору прикладывают сметную калькуляцию работ, в которой общая сумма расходов разбивается по статьям: сырье и основные материалы; покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты; зарплата работникам НИИ и рабочим опытного производства, отчисления и капитальные вложения; финансирование сторонних рабочих и организаций.

Также в договоре указываются сроки и объём выполнения каждого из этапов работ, за которые предприятие-разработчик отчитывается перед предприятием-заказчиком. Все спорные вопросы, возникающие между ними, разрешаются Государственной арбитражной комиссией.

Согласование ТЗ начинается после того, как определился конкретный исполнитель. В процессе согласования исполнитель должен проанализировать возможность его реализации как с технической точки зрения, так и в указанные заказчиком сроки.

Утверждение ТЗ происходит после его согласования. При утверждении, ТЗ подписывается руководителями заказчика и разработчика. После подписания, ТЗ становится официальным документом.

Этап 3-4: техническое предложение.

На этих этапах разрабатывается совокупность конструкторских документов, в которых отображаются различные варианты конструктивного и схемного построения разрабатываемой ЭВМ. Эти варианты сравниваются между собой и с зарубежными и отечественными аналогами. На третьем этапе производится выбор основных комплектующих изделий. Сюда относится выбор элементной базы, носителя информации, оперативной и внешней памяти и т.д.

Большое внимание на стадии технического предложения уделяют анализу алгоритмов, определяющих логическую структуру ЭВМ, последовательность выполнения логических и арифметических операций.

Основное в техническом предложении – это построение общей структурной схемы ЭВМ, из которой должна проясниться картина взаимодействия всех основных узлов и блоков ЭВМ. Здесь выбирается тип устройства управления (микропрограммное или схемное, тип арифметического устройства, тип ЗУ и т.д.). Всем конструкторским документам, выпускаемым на стадии технического предложения, присваивается литера «П».

На этом этапе конкретизируются принципиальные конструктивные и технические решения, которые отличаются от технического предложения более детальной проработкой устройств в соответствии с ТЗ.

На стадии эскизного проектирования проводятся испытания разработанных схем, расчёт и проверка рабочих режимов комплектующих элементов, выполняется расчёт надежности отдельных блоков и узлов ЭВМ. На этом этапе производится монтирование отдельных наиболее сложных узлов и блоков ЭВМ. Всем конструкторским документам на этой стадии присваивается знак литеры «Э». По завершении этого этапа разработчик перед заказчиком защищает эскизный проект. Если ЭВМ является модернизацией старой машины, то допускается опустить этап эскизного проектирования и сразу переходят к техническому проекту.

Этап 8-9: техническое проектирование.

На этих этапах детально отрабатываются схемы и конструкция ЭВМ, изготавливаются чертежи на все элементы, узлы и блоки устройства. Выдвигаются требования защиты устройства от механических, климатических и радиационных воздействий. Отрабатывается доступ при ремонте и контроле ко всем узлам и блокам устройства. Отрабатывается технология, включающая в рассмотрение вопрос об особенностях предприятия-изготовителя. Решается вопрос стоимости. Если разрабатываемая машина строится на основе БИС, то на стадии технического проектирования должно быть произведено разбиение всей принципиальной схемы машины на отдельные подсхемы, каждая из которых может реализовываться в виде БИС.

В процессе выполнения технического проектирования каждый узел машины должен быть отмакетирован.

Итог технического проекта – макет всей машины или образец, который должен пройти испытания. Основной конструкторской документации присваивается литера «Т».

К конструкторской документации относятся: сборочные чертежи всех устройств, пояснительная записка, полный комплект электрических схем, инструкции по эксплуатации.

В отчете приводятся все основные механические и электрические схемы и расчеты, результаты исследований и испытаний. По результатам технического проектирования проводят корректировку ТЗ.

При получении положительного решения по результатам технического проекта необходимо разрабатывать рабочую документацию, производя корректировку электрических схем и чертежей. Конструкторской документации присваивается литера «О».

В процессе изготовления ЭВМ проводятся приемо-сдаточные испытания отдельных узлов и блоков, а после изготовления – приемо-сдаточные испытания опытного образца по электрическим, техническим, климатическим и другим требованиям. Испытания проводятся представителями ОТК (отдела технического контроля) и представителями заказчика в соответствии с ТУ (техническими условиями). ТУ обязательно входят в состав конструкторской документации (КД), передаваемой на завод-изготовитель. По результатам опытной эксплуатации и государственных испытаний проводится окончательная корректировка КД.

Этап 13-14: выпуск установочной серии.

Откорректированная техническая документация (ТД) с литерой «О₁» передается предприятием- разработчиком предприятию-изготовителю для выпуска установочной серии ЭВМ и запуска в серийное (массовое) производство.

Взаимоотношения между разработчиком и заводом-изготовителем регламентируются договором, который заключается на период освоения ЭВМ в серийном производстве. Разработчик передает заводу-изготовителю несколько копий КД и ТД, обучает представителей завода процессам наладки и изготовления.

После выпуска и испытания установочной партии ЭВМ, разработчик передает все оригиналы ТД заводу-изготовителю, который при необходимости ее перевыпускает и присваивает литеру «А».

По окончательно отработанной документации производится массовый (серийный) выпуск ЭВМ.

Этап 15-16: этапы эксплуатации и ремонта.

При производстве серии образцов ЭВМ, очень часто возникает необходимость корректировки функциональных, принципиальных и других схем КД и ТД или же ТЗ. Эти изменения вносятся в установленном порядке и, по откорректированной документации производится изготовление опытного образца и его испытание в полном объеме. В случае положительного результата корректируется документация на заводе-изготовителе.

Из обзора всех этапов ясно, что по первичной рабочей документации нельзя запускать изготовленное изделие в серийное производство, так как она содержит какие-то ошибки и, зачастую, очень серьезные. Например, неправильный расчёт временной диаграммы для какой-то операции, или ошибка в принципиальной электрической схеме, или в элементах конструкции. Эти ошибки, как правило, приводят к дополнительным затратам и к увеличению срока изготовления изделия. Уменьшение такого рода ошибок достигается использованием автоматизированных с помощью ЭВМ методов разработки и обработки технической документации.