2472

ское решение для РЭА этого поколения полностью осуществляется разработчиком ИС, а радиоинженер определяет только системотехнику сложной системы.

Представленный классификатор РЭА позволяет определить уровень специализации современных инженеров и установить соотношения между отдельными инженерными специальностями при разработке РЭА различного функционального назначения и различных поколений.

Разработка современной РЭА осуществляется по ряду основных направлений рационального конструирования. Первое из них – миниатюризация с целью уменьшения веса и габаритов. Это достигается благодаря широкому использованию полупроводниковых приборов, микросборок, микромодулей, различных интегральных схем, пленочных микросхем и устройств молекулярной электроники.

В настоящее время наиболее полно разработана микромодульная система миниатюризации, представляющая собой конструкцию в виде отдельных функциональных блоков. В результате внедрения микромодулей в десятки раз снижается вес и габариты аппаратуры, при этом плотность монтажа может быть до 2000 элементов 1 дм3.

Второе направление — повышение надежности элементов, что дает возможность исключать дублирование их и тем самым снижать вес и габариты изделий.

Третье направление — рациональная компоновка аппаратуры: максимальное сокращение количества несущих элементов, которые не служат для выполнения основных функций изделия; обеспечение надежных и удобных при регулировке, настройке и контроле соединений, позволяющих осуществить монтаж со значительной плотностью расположения элементов; наиболее рациональное использование заданных для изделия объемов и габаритов; создание необходимых условий для защиты изделия в целом и его составных частей от воздействия неблагоприятных условий.

Четвертое направление — применение функционально-узлового метода конструирования. Ранее применявшийся блочный метод конструирования характеризовался тем, что электрическая схема устройства собиралась непосредственно на шасси из дискретных элементов (сопротивления, конденсаторы и т. п.). В этом случае для каждого вида аппаратуры разрабатывались свои электрические и монтажные схемы, а также свое конструктивное исполнение устройства. Между тем любая схема независимо от степени ее сложности может быть разбита на элементарные функциональные схемы, выполняющие простейшие задачи. Функциональ- но-узловой метод характеризуется тем, что сложные блоки разделяются на отдельные конструктивно законченные части, выполняющие определенные, но не имеющие самостоятельного эксплуатационного назначения функции (усиление, формирование, преобразование и т. п.).

Наличие функциональных узлов значительно сокращает время макетирования, изготовления конструкторской документации, дает возможность специализи-

21

ровать производство, что, в свою очередь, позволяет его механизировать и автоматизировать. Сокращается трудоемкость сборки и монтажа изделий на основе функциональных блоков.

Снижаются эксплуатационные расходы благодаря ускорению процесса отыскания неисправностей и быстрой замены неисправных блоков.

Пятое направление — конструктивная унификация и стандартизация РЭА. Снижение трудоемкости конструирования и изготовления изделий существенно зависит от их конструктивной преемственности. Конструктивная преемственность изделий достигается: созданием базовой конструкции и нескольких ее вариантов, имеющих различные назначения и различные эксплуатационные параметры; максимальным использованием деталей и узлов из ранее выпущенных изделий; максимальным использованием стандартизованных деталей и узлов; максимальным сокращением числа наименований материалов, деталей, узлов и их типоразмеров.

Шестое направление—повышение технологичности конструкции. Основными факторами, которые определяют технологичность конструкции РЭА, являются:

1. Количество деталей в конструкции и их распределение по назначению. По конструктивному назначению детали в изделии условно распределяются на четыре группы: основные — служат для выполнения функций, связанных с непосредственным назначением изделия (лампы, проводники, шестерни и т. д.); дополнительные — аналогичны основным, но не связаны с непосредственной функцией изделия, а служат для пространственной компоновки изделия (каркасы, шасси, панели, станины и т. д.); вспомогательные специальные и нормализованные (кроме крепежных) служат для поддержания, закрывания, крепления (футляры, замки, крышки, кожухи и т. д.); крепеж нормализованный.

Показатель экономичности конструктивного оформления (Kэк) изделия может быть выражен следующим коэффициентом:

где Nд—количество дополнительных;

Nв — вспомогательных; Nк— крепежных;

NОСН — основных деталей.

При сопоставлении вариантов конструкций более технологичной будет та, у которой данный коэффициент будет меньше.

2. Конструктивные формы деталей. Конструктивные формы должны представлять собой сочетание наиболее простых и удобных для обработки поверхностей, что обеспечивает: минимальное количество перестановок в процессе обработки; свободный доступ рабочего инструмента к обрабатываемой поверхности; простоту установки детали для обработки, применение универсального инструмента, возможность обойтись без специальных приспособлений. Кроме того, в це-

22

лях обеспечения технологичности конструкции, необходимо: увеличивать количество деталей, обрабатываемых без снятия стружки, т. е. таких, которые изготовляются методом штамповки, резки, литьем под давлением, точным литьем и т. д.; увеличивать количество круглых деталей, как наиболее удобных для обработки; предъявлять обоснованные требования к точности и чистоте обработки деталей.

3.Обоснованность применения тех или других материалов. Выбор материала обусловливается прежде всего технико-эксплуатационными соображениями. Однако если надлежащее качество работы изделия может быть обеспечено несколькими видами материалов, то при выборе последних необходимо учитывать следующее: легкость обработки; возможность получения точных заготовок с применением рациональных методов формообразования (литье подавлением, прессование, холодная штамповка и т. д.); максимальное использование материала в процессе изготовления деталей, обеспечение рационального раскроя, подбор рациональных форм и сечений, обеспечивающих необходимую жесткость при минимизации массы и габаритов изделия; снижение количества марок, сортаментов и типоразмеров применяемых материалов.

4.Расчлененность конструкции. Данный фактор обеспечивает сокращение длительности цикла изготовления изделия за счет простоты сборки, монтажа и настройки, упрощает обслуживание при эксплуатации и ремонте. Расчлененность конструкции позволяет широко использовать такой рациональный принцип организации производственного процесса, как параллельность, расширяет возможности кооперирования производства на основе организации специализированных предприятий, цехов и участков по изготовлению типовых конструктивных элементов. Одновременно с этим появляется возможность использовать эти элементы в других изделиях.

Седьмое направление — широкое использование при конструировании РЭА современных методов генерирования новых идей, таких, как «мозговая атака», теория решения изобретательных задач, морфологический и функциональностоимостной анализ и тому подобное. К важнейшему направлению рационального конструирования следует отнести и внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР).

3.3 Технологичность изделия, ее показатели и пути обеспечения

Под технологичностью конструкции изделия (ГОСТ 14.205—83) понимает-

ся совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества и принятых условий изготовления, эксплуатации и ремонта. К условиям изготовления или ремонта изделия относятся: тип производства, его специализация и организация, годовая про-

23

грамма и повторяемость выпуска, а также применяемые технологические процессы.

Стандарты ЕСТПП предусматривают обязательную отработку РЭА на технологичность на всех стадиях ее создания с целью повышения производительности труда, снижения затрат и времени на проектирование, технологическую подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и ремонт при обеспечении необходимого качества изделий.

Количественная оценка технологичности РЭА строится на системе показателей (ГОСТ 14.201—73), которая включает, базовые показатели технологичности, достигнутые при разработке изделия и внесенные в стандарты или ТУ.

Различают производственную и эксплуатационную технологичность. Пер-

вая проявляется в сокращении затрат при подготовке и изготовлении изделий, вторая — в сокращении затрат на обслуживание и ремонт. При отработке изделия на технологичность для условий производства необходимо учитывать: объемы выпуска и уровень специализации рабочих мест, виды заготовок и методы их получения; виды и методы обработки; виды и методы сборки, монтажа, настройки, контроля и испытаний, возможность использования типовых технологических процессов, имеющегося технологического оборудования и оснастки; возможность механизации и автоматизации процессов изготовления и технологической подготовки производства; условия материально-технического обеспечения, квалификационный уровень рабочих.

При рассмотрении РЭА как объекта эксплуатации анализируются условия работы с аппаратурой, удобства обслуживания, ремонта, требования техники безопасности, возможности хранения и транспортировки.

лия и не входящих в EСТ (стандартные крепежные детали не учитываются) . Коэффициент стандартизации сборочных единиц Кст.е=Ест/Е.

24

25

Нп.с — общее количество паяных соединений в изделии.

Относительная трудоемкость сборочно-монтажных работ при изготовлении изделия

Базовые показатели и уровень технологичности конструкции РЭА.

На основании отраслевого стандарта все блоки РЭА по номенклатуре используемых показателей технологичности условно разбиты на четыре класса: электронные, электромеханические, механические и радиотехнические. В специальную группу блоков выделены соединительные, коммутационные и распределительные устройства. Для каждого класса установлен состав показателей технологичности, которые принимаются как базовые для данного класса. Общее количество показателей, характеризующих технологичность блоков каждого класса, не должно превышать 7.

26

К перечисленным выше показателям технологичности, из которых выбираются базовые, добавляется еще ряд обобщенных базовых показателей или один из них. К последним относится трудоемкость изготовления блока

Тбб = ТаКслКт, (3.20)

где Та — трудоемкость конструкции-аналога проектируемого блока или трудоемкость, полученная по данным статистики; Ксл — коэффициент сложности блока, определяемый сравнением соответст-

вующих технических требований к старым и новым конструкциям или как отношение технических параметров проектируемой конструкции к параметрам аналога или прототипа; Кт — коэффициент снижения трудоемкости изготовления изделия,

где Кп.т — планируемый рост производительности труда;

t — период времени от начала проектирования до запуска в производство. Удельный базовый показатель трудоемкости изготовления изделия опреде-

ляется как отношение базового показателя трудоемкости изготовления Тб к номинальному значению основного технического параметра Р (Ту.б = Тб/Р). Уровень технологичности изделия (блока) определяется как отношение значения достигнутого показателя технологичности к базовому.

Числовые значения базовых показателей устанавливаются и утверждаются для каждого конкретного предприятия с учетом специфики выпускаемых изделий и достигнутого организационно-технического уровня производства. Естественно, что ниже уровня базовых показателей технологичности новая разрабатываемая конструкция РЭА быть не должна.

Основным показателем оценки технологичности конструкции является комплексный показатель технологичности К, который определяется с помощью базовых показателей по формуле

i

i 1

где ki — значение показателя по таблице базовых показателей соответствующего класса блоков;

φi — весовая значимость i-го показателя; s — общее количество показателей.

Независимо от полноты состава определяемых показателей на различных стадиях проектирования φi, принимается для каждого показателя в соответствии с установленной весовой значимостью.

В целях обеспечения высокого технического уровня изделий для всех пред-

27

приятий отрасли, разрабатывающих и выпускающих РЭА, устанавливаются нормативы комплексных показателей, которые характеризуют достигнутый предел технологичности, ниже которого показатели вновь разрабатываемого изделия быть не должны. Расчет нормативного комплекса показателя проводится по формуле

Кн = КаКслКт.уКо.пКо.тКп (3.23)

где Ка — комплексный показатель изделия-аналога; Ксл — коэффициент сложности (технического совершенства) нового изделия по сравнению с аналогом;

Кт.у — коэффициент, учитывающий изменения технического уровня основного производства завода-изготовителя нового изделия по отношению к за- воду-изготовителю изделия-аналога; Ко.п и Ко.т — коэффициенты, учитывающие изменения уровня организации

производства и труда завода-изготовителя нового изделия по отношению к заводу-изготовителю изделия-аналога; Кп—коэффициент, учитывающий изменения типа производства (отношение

коэффициента серийности нового изделия по отношению к изделиюаналогу) .

Нэ — общее количество ЭРЭ в блоке, шт.

К оригинальным деталям относятся те, которые впервые разрабатываются самим предприятием или в порядке кооперации. К электрорадиоэлементам относятся транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, разъемы, дроссели, трансформаторы, микросхемы, микромодули и т. п. Под типоразмером ЭРЭ понимается габаритный размер (без учета номинальных значений).

28

Нм — общее количество монтажных соединений.

Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу

Км.п.э = Нм.п.э/Нэ, (3.29)

где Нм.п.э — количество ЭРЭ, подготовка которых к монтажу может быть механизирована или автоматизирована, шт.

Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки электрических параметров

порошковой металлургией, литьем по выплавляемым моделям, под давлением и в кокиль, пайкой, сваркой, склеиванием, из профилированного материала), шт.

Все остальные показатели технологичности конструкции блоков определяются аналогично показателям технологичности для изделий, формулы расчета которых приведены выше.

3.4 Функционально-стоимостной анализ схемных и конструктивных решений

В процессе конструирования РЭА технические вопросы тесно связаны с экономическими, при этом технические характеристики схемных и конструктивных решений нередко находятся в противоречии с экономическими показателями. Так, даже незначительное улучшение качественных характеристик часто влечет за собой резкое увеличение затрат, что ухудшает экономические показатели.

Наиболее приемлемым для выполнения экономической проработки изделий представляется метод функционально-стоимостного анализа (ФСА). Цель ФСА — снижение затрат на изготовление и эксплуатацию изделия путем выбора такой конструкции РЭА, которая позволила бы сократить совокупные затраты при одновременном сохранении или повышении качества изделия в пределах его функционального назначения.

Основной принцип ФСА заключается в том, что он априорно предполагает для любого изделия при его изготовлении или эксплуатации наличие необходимых и излишних затрат. Под необходимыми понимается тот минимум затрат на изготовление и эксплуатацию, без которых изделие не сможет выполнять заданную функцию. К категории излишних относятся затраты, не имеющие прямого отно-

29

шения к функциональному назначению данного изделия.

Сущность метода заключается в последовательном осуществлении конкретных целевых программ, предусматривающих: выявление излишних затрат (или потерь ресурсов) при создании и функционировании деталей, изделий, процессов; установление объективных причин возникновения этих затрат и потерь; разработку и реализацию мероприятий по предупреждению или устранению неоправданных затрат на основе поиска более эффективных технических решений.

Для обеспечения минимальных совокупных затрат на создание и функционирование изделия при том же или повышенном его качестве метод ФСА исходит из следующих принципов: функциональный подход, сравнительная оценка функций, ориентация на новые нестандартные технические решения

Функциональный подход. Решение задач, связанных со снижением затрат на изделие, предполагает возможность применения двух подходов: предметного и функционального. Традиционным, применяемым в течение многих десятилетий, является предметный подход. В этом случае внимание концентрируется на поиске лучших способов изготовления изделия в рамках уже принятого конструкторского решения. При данном подходе большая часть ненужных затрат остается за пределами внимания исследователя, который рассматривает принятое решение как рациональное, упуская возможность принципиально иной постановки задачи. Поэтому при предметном подходе, даже используя прогрессивный метод сравнительного анализа, можно обеспечить снижение себестоимости в пределах 5—7% (а чаще всего не более 2—3%). Другим слабым местом предметного анализа является его обращенность в прошлое — анализируются чаще всего уже произведенные затраты.

При функциональном подходе, лежащем в основе ФСА, объектом анализа является не конкретный предмет в его реальной форме, а комплекс функций, которые он выполняет или должен выполнять. Цель анализа — поиск новых альтернативных способов выполнения его функций с наименьшими затратами.

Функция в ФСА является выражением потребительских свойств изделия и отражает его способность сохранять заданные свойства. Различные по своему назначению изделия имеют общие функции, например: соединение элементов, передача усилия, измерение, обеспечение пространственной компоновки и т. д. При этом один и тот же элемент конструкции может одновременно выполнять несколько функций.

Процесс ФСА начинается с определения и классификации функций изделия и его элементов с последующим построением функциональной структуры или «дерева функций» изделия. При определении функций необходимо соблюдать следующие правила: функция должна быть сформулирована по возможности двумя словами — глаголом и существительным (передать сигнал, обеспечить поворот и т. п.); лаконичность формулировки исключает возможность неправильного толкования; желательно использовать существительные, которые обозначают величины,

30