Системный подход как основа проектирования.

Системный подход – понятие, означающее представление проектируемого объекта в виде замкнутой системы и комплексное, с учетом всех взаимосвязей, изучение рассматриваемого объекта как единого целого с позиций системного анализа. В основе системного подхода лежит известный диалектический закон взаимосвязи и взаимообусловленности явлений. С точки зрения проектирования электронный прибор или система является сложным по своей структуре многопараметрическим и многоцелевым диалектически противоречивым объектом.

Сложным является и весь жизненный цикл прибора или системы, начиная от замысла его создания до снятия с эксплуатации.

Ж изненный цикл системы или прибора можно представить такой цепочкой этапов:

Этапы и стадии жизненного цикла:

ТТ – технические требования;

НИР – научно-исследовательские работы;

ОКР – опытно-конструкторские работы;

ИЗ – изготовление;

ЭК – эксплуатация;

ТХ – технические характеристики;

ТЗ – техническое задание;

АП – аванпроект (техническое предложение);

ЭП – эскизное проектирование;

ТП – техническое проектирование;

РП – рабочее проектирование;

ТПП – техническая подготовка производства;

ГАП – гибкое автоматизированное производство;

ИС – испытание;

ТО – техническое обслуживание.

Этапы жизненного цикла раскрыты цепочкой нижних блоков (стадий).

На всех стадиях проектирования осуществляется разработка принципиальной схемы, конструирование и технологическая подготовка производства, Этапом называют законченную часть стадии разработки, в течение которой производятся отдельные работы из числа установленных для данной стадии.

В многостадийности такого сложного процесса заложен глубокий смысл, выработанный многолетней инженерной практикой: переход к более детальной проработке возможен только по завершении предшествующей разработки, проведенной в общих чертах. Это экономит труд, дисциплинирует мысль. Каждая стадия завершается проведением промежуточных итогов. Проектирование радиоэлектронных приборов и систем имеет особенности, которые связаны с неопределенностями исходных данных при решении проектных задач. Например, в начале проектирования при расчете принципиальной схемы нет точных данных о паразитных проводимостях, ёмкостях и индуктивностях монтажа, о значениях температур на радиоэлементах, т.к. нет детальных чертежей конструкции. В то же время проработка конструкции прибора не может быть осуществлена до разработки принципиальной схемы. В результате и электрический и тепловой расчёты могут быть проведены вначале приближенно по ориентировочным параметрам, затем эти параметры итеративно уточняются.

А налогично связаны между собой и другие расчеты схем, конструкций и технологических процессов.

При разработке современных приборов трудно говорить о чисто конструкторских и технологических задачах вне их связи со схемотехникой. Фактически разработка высоконадежного прибора представляется как последовательность комплексных проектных исследований схем, конструкций и технологий производства для обеспечения требуемых выходных характеристик в заданных условиях эксплуатации. Комплексность достигается системным подходом, а расчет выходных характеристик сводится к расчетам условия протекания соответствующих физических процессов в схемах и конструкциях.

Т.к. при функционировании приборов в них одновременно протекает множество разнородных физических процессов (электромагнитных, тепловых, механических, влаго-диффузионных, радиационных и пр.), то системный подход может быть сформулирован, с этой точки зрения, в виде требования проследить как можно большее количество внутренних и внешних связей протекающих процессов. Цель – не упустить существенные связи и факторы и оценить их эффект.

В то же время системный подход обращает внимание на недостаточность, а иногда и вредность чисто локальных решений, полученных на основе охвата небольшого числа факторов. Окончательные решения в целом для прибора или системы в этом случае могут быть не правильными.

С точки зрения возможности нарушения системного подхода в проектных исследованиях описана специализация инженерных работ (отделы системотехников, схемотехников, конструкторов, технологов).

Тем более группы по тепловым, прочностным и другим расчетам, группы надежности, испытаний и пр. В результате, обеспечив по отдельности механическую, тепловую и другие прочности, электромагнитную совместимость и другие характеристики, разработчики могут встречаться с тем фактом, что эти характеристики не выдерживаются при комплексном испытании или при эксплуатации. Т.е. когда все воздействия прикладываются к системе одновременно.

Сказывается системный эффект. Например, тепловой процесс протекает по-разному при отсутствии или наличии других факторов.

Особенно важен системный подход при исследовании надежности приборов и систем.

При системном подходе к проектированию происходит переход от понятия технической системы к методологическому понятию системы. Это дает возможность выявить и четко сформулировать проблемы проектирования системы в условиях неопределенности исходных данных.

Разделение системы на подсистемы может проводиться с различных точек зрения. Часто рассматривают состав прибора исходя из функциональных назначений узлов или конструктивных особенностей. Рассмотрим состав сложного прибора или системы с позиций обеспечения высокой надежности и качества прибора

Изобразим графически состав ионного прибора как системного объекта проектирования:

- Группа схемотехников занимается разработкой алгоритма или системы, т.е. составляет наилучшую последовательность преобразования сигналов и помех, обеспечивающих передачу, приём, накопление информации в соответствии с ТЗ.

- Разработчики принципиальной схемы электрической, или схемотехники, реализуют алгоритм через совокупность соединенных между собой радио элементов.

- Конструкторы создают проект пространственного – материального воплощения электрической схемы в виде конструкции (напр. печатной платы).

- Технологи разрабатывают технологическую документацию на изготовление прибора с помощью существующего оборудования.

- Эксплуатационники занимаются использованием готового прибора по назначению.

Даже из такой краткой характеристики видна тесная связь пяти подсистем «Алгоритм», «Схема», «Конструкция», «Технология» и «Эксплуатация» внутри системы.

Эта связь вытекает не только из последовательности работ. Из системного анализа следует, что все подсистемы связанны между собой, причём важно эти связи обхватить с единых позиций.

Общесистемным свойством прибора или системы, объединяющим все подсистемы, является свойство надёжности. Оно закладывается при проектировании, обеспечивается при производстве и поддерживается во время эксплуатации. То же самое можно сказать о другом (более общем) свойстве прибора – свойстве качества. Оно характеризуется не только показателями надёжности, но и показателями назначения (включая технические характеристики), показатели технологичности (включая затраты на производство, разработку, эксплуатацию), показателями стандартизации и унификации. Все эти показатели характеризуют прибор в целом, т.е. как систему.

Решая задачу анализа, а также обеспечения надёжности и качества прибора или системы проводится на всех этапах его проектирования.

Достоверно показатели надёжности и качества могут быть оценены только при реализации системного подхода в этих задачах.