5 МЕТОДИ КОНСТРУЮВАННЯ БМА

Якість конструкції БМА, а також оптимальність процесу конструювання залежать не тільки від організації самого процесу, а і від методології його проведення. Зміна методів конструювання сучасної БМА порівняно з апаратурою перших поколінь характеризується:

а) більш широким використанням системного підходу, що підвищило роль конструктора і технолога на усіх етапах проектування виробу;

б) зменшенням тривалості циклу і трудомісткості конструкторських робіт завдяки широкому використанню засобів автоматизованого конструкторського проектування;

в) більш широким використанням стандартизації та уніфікації.

До змінних в процесі конструювання факторів відносяться, наприклад, марки використаних матеріалів, форма та розміри елементів конструкції, взаємне розміщення компонентів та вузлів і т. ін. Обмеженнями є фактори, які не змінюються конструктором: ресурсні, системо- та схемотехнічні, конструкторські, технологічні, експлуатаційні.

До ресурсних належать матеріальні, тимчасові, кадрові та енергетичні обмеження. Системотехнічні обмеження: тип БМА – аналогові або цифрові, наземні або бортові, з інформаційним або структурним резервуванням, або без нього, періодичного використання і под. Схемотехнічні обмеження: задаються електричною схемою і включають у себе: елементну базу, кількість та типи функціональних вузлів, вимоги до їх взаємного розташування і под. Конструкторські обмеження: вага та габарити; рекомендовані типи базових несучих конструкцій; засоби реалізації електричних зв’язків, вимоги до зовнішнього вигляду і под.

Технологічні обмеження – тип виробництва, вид технологічних процесів, час запуску у виробництво і под. Експлуатаційні обмеження: рівень дестабілізуючих факторів – механічних, кліматичних, радіаційних, теплових і т. д. Система показників якості Z визначає придатність конструкції для використання її за тим чи іншим призначенням, яке регламентується технічним завданням на розроблення конструкції. Кожний показник залежить від характеру конструкції та обмежень, тобто Z = φ(F,Xі,Yі).

Як зазначалося раніше, в основу проектування БМА покладено принцип системного підходу, який при пошуку оптимального варіанта конструкції приладу полягає в тому, що відшуковується оптимальне рішення при одночасному врахуванні різних груп факторів і обмежень, які раніше мали місце на окремих етапах проектування. При цьому структура БМА, її конструкція і технологія виробництва розглядаються з точки зору всієї системи. Ефективність використання системного підходу залежить від виду БМА. Цей підхід найефективніший при проектуванні цифрових пристроїв, які мають регулярну структуру і дозволяє проводити моделювання при пошуку оптимальної конструкторської ієрархії з урахуванням різних обмежень. Для аналогових пристроїв системний підхід застосовувати значно важче, оскільки вони мають значно меншу регулярність структур внаслідок великої різноманітності виконуваних функцій. Пошук оптимального варіанта пов’язаний з визначенням екстремуму одного або декількох показників якості. Відрізняють локальний та глобальний екстремуми: при цьому слід знати, що локальних екстремумів може бути декілька, а глобальний – один. Досить часто виникає ситуація, при якій для того, щоб пристрій відповідав заданому показнику якості, достатньо знайти тільки один локальний екстремум. В цьому випадку маємо не оптимальне, а найбільш відповідне рішення і отримуємо скорочення строків прийняття рішення.

Робота конструктора має такі складові: творча – І  (аналіз та синтез різних варіантів); технічна – ІІ  (розрахунки, розроблення КД); організаційна – ІІІ (керівництво виконавцями, перевірка та супроводження КД); виробнича – IV (супроводження виробу); корегувальна – V (внесення змін до КД). Аналіз варіантів конструкції можна виконати логіко-розрахунковим методом, евристичним методом і методом моделювання.

Евристичний метод – метод експертних оцінок – полягає в тому, що групі спеціалістів-експертів ставлять ряд запитань. Кожен з них, відповідно до своєї кваліфікації і рівня знань, дає відповіді на поставлені запитання, які потім усереднюються для кожного питання і таким чином отримується експертна оцінка. Метод моделювання характеризується тим, що аналіз проводять не на реальних об’єктах, а на їх моделях, в основному математичних, іноді – фізичних. В процесі конструювання використовується розумова діяльність та фізична праця конструктора. Розумова діяльність має місце на всіх етапах конструювання, але найбільшу вагу – в творчій частині роботи. Кожна нова конструкція використовує в своїй більшості компоненти вже існуючих конструкцій та нові компоненти.

На початкових етапах розроблення, коли необхідно синтезувати нові компоненти, найчастіше використовуються евристичні методи, які базуються на інтуїції конструктора і потребують перевірки. Такі методи дозволяють виконати розумову екстраполяцію за межами відомого.

Логіко-розрахункові методи базуються на використанні формалізованих процесів, повторне застосування яких дає порівнювані результати. В цьому випадку конструктор працює за певним алгоритмом.

Логіко-розрахунковий метод інтерполяції та екстраполяції базується на перенесенні динаміки та етапів, які мали місце у недалекому минулому, на сучасне та майбутнє. Цей метод застосовується у випадках, коли не очікується різних змін і не потрібен довгостроковий прогноз.

Логіко-розрахункові методи використовуються на завершальних етапах конструювання, коли завдання сформульоване і необхідно прискорити детальні та багаторазово повторювані операції проектування або вибрати оптимальний варіант. Використання логіко-розрахункових методів на початкових етапах проектування є невигідним внаслідок низької гнучкості прийняття рішень в умовах нечіткості вихідних даних.

Етапи розумової діяльності людини поділяються на такі: а) підготовка, накопичення знань з даного питання, формулювання завдання (аналіз та початковий етап синтезу); б) концентрація зусиль – кропітка робота з метою синтезу нового рішення (генерація ідей та їх оцінювання); в) перерва – період відпочинку; г) відкриття – винахід нової ідеї або зміна вже відомої, яка веде до необхідного рішення; д) доведення роботи до кінця, оцінювання отриманих результатів. Таким чином, весь комплекс завдань, що вирішуються конструктором, поділяється на дві групи: а) генерація можливих варіантів конструкції; б) аналіз та оцінювання кожного варіанта конструкції з метою вибору найкращого.

Нові методи генерації ідей базуються на використанні унікальних можливостей людини та посиленні спеціалізації і концентрації зусиль конструкторів. До них належать: діаграма ідей; матриця ідей; асоціація; інверсія; метод мозкової атаки; синектика. Використання діаграми ідей ґрунтується на тому, що досить важко думати одночасно над кількома проблемами. Це дозволяє зобразити можливі варіанти конструкції БМА у вигляді відповідної діаграми.

Матриця ідей – це засіб врахування різних варіантів конструкції шляхом їх упорядкованого перебору. Метод асоціації базується на здатності конструктора так перетворювати отримані раніше знання, щоб їх можна було використовувати для нових умов. Метод інверсії має на увазі розгляд завдання з протилежних позицій відносно загальноприйнятих, наприклад: порівняння параметрів конструкції починати не з нижнього значення, а з верхнього і под. Метод мозкової атаки ґрунтується на можливості отримання нових ідей та рішень завдяки творчому співробіт-ництву членів організованої групи. Найкращі результати дає група у складі 5 – 10 чоловік, яка працює  не більше години. Для проведення такої атаки потрібні керівник, лідер та магнітофон. Керівник не має права робити критичні зауваження. Метод синектики базується на збільшенні продуктивності розумової праці людини при використанні аналогій.

Контрольні запитання:

1. Які обмеження вам відомі і яку роль вони відіграють в проектуванні БМА?

2. Які  види робіт конструктора ви знаєте?

3. В чому відміна методу моделювання від логіко-розрахункових методів?

4. Що таке метод інверсії? Наведіть приклад.

5. Що являє собою діаграма ідей? Наведіть приклад.

6. Наведіть приклад застосування методу мозкової атаки при роботі БМА.