КОНСТРУИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Development and creation of geophysical instruments. Stages of the development

Тема 2: ПОРЯДОК И ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ

РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Самое главное в науке – идеи. Эксперимент нужен лишь для того, чтобы показать их несостоятельность.

Якоб Дистель.

Идей у нас в избытке, еще с советских времен. На весь мир хватает, и нам иногда остается. Научиться бы еще делать хорошую аппаратуру.

Владимир Петухов. Уральский геофизик, ХХ в.
Содержание:

1. 
   Общие положения. Жизненный цикл изделий. Государственная стандартизация. Модели работ. Главные этапы работ.
   
2. 
   Научно-исследовательская разработка (НИР). Виды научно-исследовательских работ. Этапы НИР. Патентные исследования. Содержание патентных исследований. Порядок проведения патентных исследований. Выполнение НИР. Методы оценки научно-технической результативности НИР.
   
3. 
   Опытно-конструкторская разработка (ОКР). Подготовительный этап. Разработка ТЗ и договора на ОКР. Аванпроект или техническое предложение. Эскизное проектирование. Техническое проектирование. Разработка рабочей документации. Изготовление и настройка опытных образцов. Испытания опытных образцов. Приемка результатов ОКР. Постановка продукции на производство. Освоение производства изделий. Интегральный технический показатель качества изделия.
   
4. 
   Подготовка производства на заводе – изготовителе. Пробный маркетинг. Цель рыночных испытаний. Конструкторская подготовка производства. Технологическая подготовка производства. Отработка изделий на технологичность. Выбор оптимального варианта технологического процесса. Организационная подготовка производства. Ускорение организации производства.
   
5. 
   Особенности создания единичных и мелкосерийных изделий. Техническое задание. Стадии разработки конструкторской документации. Рабочая конструкторская документация. Изготовление и испытания изделий.
   
6. 
   Постановка на производство продукции по лицензиям. Обоснование приобретения лицензии. Подготовка технической документации. Подготовку производства.
   

Введение

Под конструкцией радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) понимается совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, находящихся в опреде­ленной пространственной, механической и электромагнитной взаимосвязи, которая определяется электрическими схемами и конструкторской документацией и обеспечивает выполнение аппаратурой определенных функций в условиях воздействия на нее различных факторов: эксплуа­тационных, производственных, человеческих.

Производство РЭА представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов, посредством которых из сырьевых ресурсов и изделий электронной техники человеком создаются необходимые продукты, предназначенные для использования в сфере потребления или производства. Развитие современного производства характеризуется непрерывным процессом обновления материально-технической базы и технологии производства, усложнением цикла подготовки производства, комплексной механизацией и автоматизацией производственных процессов.

Технология производства, или технологический процесс, это часть производственного процесса - опре­деленных действий, направленных на изменение свойств объекта производства в соответствии с технологической документацией и достижение им состоя­ния, соответствующего технической (конструкторской) документации.

Конструирование и технология производства являются частями сложного процесса разработки РЭА и не могут выполняться в отдельности, без учета взаимосвязей между собой и с другими этапами разработки, и определяют в конечном итоге общие потребительские свойства изделий.

Рабочие функции РЭА характеризуется набором параметров, номинальные значения которых задаются техническим заданием (ТЗ) на разработку изделия. Реализация этих параметров в эксплуатации зависит как от общего комплекса дестабилизирующих факторов условий эксплуатации (климатических, механических и пр.), так и от качества разработки и технологии производства. Учет этих факторов требует от разработчика РЭА знаний по всем вопросам конструкторско-технологического проектирования, а именно:

• 
  виды и порядок разработки технической документации;
  
• 
  влияние внешних факторов на работоспособность РЭА;
  
• 
  методы конструирования элементов, узлов и устройств РЭА и изготовления изделий;
  
• 
  обеспечение электромагнитной совместимости, механической прочности, нормальных тепловых режимов и надежности изделий;
  
• 
  общие вопросы организации производства РЭА;
  
• 
  стандартные и специальные технологические процессы в производстве РЭА;
  
• 
  методы сборки и монтажа;
  
• 
  методы регулировки, настройки и испытаний РЭА
  и т. д.
  

Развитие информационных технологий и применение их при проектировании изделий дает возможность разработчику РЭА ис­пользовать принципиально новые инструменты и подходы для сокращения сроков разработки, улучшения техниче­ских и снижения экономических показателей создаваемой РЭА.

2.1. Общие положения [3, 5, 7]

Конструирование геофизических измерительных приборов (ГИП) и геофизических измерительно-вычислительных систем (ГИВС), как один из видов инженерной деятельности, есть процесс определения, разработки и отражения в конструкторской, технологической и программной документации

• 
  формы, размеров и состава изделия,
  
• 
  входящих в него деталей и узлов,
  
• 
  используемых материалов и комплектующих изделий,
  
• 
  взаимного расположения частей и связей между ними,
  
• 
  указаний на технологию изготовления,
  
• 
  указаний на метрологию поверки и методику эксплуатации изделий.
  

С самых общих позиций ГИП – это подкласс приборов специализированного профессионального назначения радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Соответственно, на конструирование и производство ГИП распространяются все нормы, требования, метрология, методики и стандарты РЭА с дополнением специальными требованиями, определяемыми назначением и условиями эксплуатации ГИП. В рамках общих требований и норм к РЭА мы и будем рассматривать разработку ГИП и ГИВС, учитывая, при необходимости, специфику их применения в геофизике.

Появление нового технического изделия – сложный и противоречивый процесс. Особенно это касается радиоэлектронных изделий, функционирование которых основано на широком спектре физических, химических и иных явлений. Новая техника, воплощая результаты последних научно-технических достижений, способствует развитию производительных сил общества и удовлетворению его потребностей в продукции более высокого качества. Важнейшим вопросом в сфере производства новой техники является прогнозирование. Определение главных направлений исследований и разработок проводится в ходе научно - исследовательских работ (НИР) и опытно-конструкторских работ (ОКР).

Разработка и организация производства нового изделия требует затрат времени и крупных финансовых вложений. Величина этих расходов зависит от уровня новизны продукции и частоты смены моделей. Затраты на изготовление изделия в первый год его выпуска могут в несколько раз превышать затраты последующих лет. Это снижает уровень эффективности производства новой техники, а иногда приводит к большим убыткам.

Жизненный цикл изделий. Быстрые темпы технического прогресса требуют такого периода смены моделей продукции (жизненного цикла продукции), при котором суммарные затраты на разработку и внедрение новых моделей, а также потери от морального износа были бы минимальны, а уровень экономической эффективности был бы максимальным.

В жизненном цикле изделия можно выделить два периода. Первый – в течение которого осуществляется разработка новой продукции. Второй – в течение которого новая продукция осваивается, производится и реализуется до прекращения выпуска и утилизации.

В первый период жизненного цикла изделия входит полный комплекс работ по созданию новой техники:

1. Научно-исследовательская разработка (НИР). На этой стадии проходят проверку новые идеи и изобретения. Теоретические предпосылки решения научных проблем проверяются в ходе опытно-экспериментальных работ.

2. Опытно-конструкторская разработка (ОКР). На этой стадии идеи и решения, возникающие в процессе НИР, реализуются в технической документации и опытных образцах.

3. Конструкторская подготовка производства (КПП). Осуществляется проектирование нового изделия, разрабатываются рабочие чертежи и техническая документация.

4. Технологическая подготовка производства (ТПП). Разрабатываются и проверяются новые технологические процессы, проектируется и изготавливается технологическая оснастка для производства изделия.

5. Организационная подготовка производства (ОПП). На этой стадии выбираются методы перехода на выпуск новой продукции, проводятся расчеты потребности в материалах и комплектующих изделиях, определяются продолжительность производственного цикла изготовления изделия, размеры партий, и пр.

6. Отработка изделия в опытном производстве (ООП). Осваивается выпуск опытного образца (опытной партии), проводится отладка новых технологических процессов.

Во второй период жизненного цикла включается освоение изделия в промышленном производстве (ОСП). Практика показывает, что на этой стадии возникают и конструкторские изменения, и изменения в технологических процессах, и изменения уровня оснащенности производства специальными видами оснастки и оборудования. Точное соблюдение технологического процесса – одно из важнейших организационных условий повышения эффективности выпуска нового изделия, включая высокое качество продукции и высокие технико - показатели производства.

Завершающим этапом жизненного цикла является эксплуатация новой продукции, когда продукция используется в соответствии с ее назначением и приносит экономический эффект. Предприятию было бы выгодно продлить второй период жизненного цикла изделия на максимальный срок, однако этот период имеет свой предел. Новая продукция с момента ее появления обеспечивает социально-экономический эффект до определенного времени, после которого она морально стареет.

Государственная стандартизация. Разработка и постановка продукции на производство, безотносительно к ее назначению, регламентируется комплексом стандартов Системы разработки и постановки продукции на производство (СРПП). Основополагающим стандартом Российской Федерации по СРПП является ГОСТ Р 15.000-94 "Система разработки и постановки продукции на производство. Основные положения".

Порядок разработки и постановки на производство продукции общетехнического назначения устанавливается ГОСТ Р 15.201-2000 "Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство". Стандарт устанавливает основные положения по разработке технического задания (ТЗ), конструкторской и технологической документации, приемке результатов разработки, подготовке и освоению производства, испытаниям опытных образцов продукции, а также по подтверждению их соответствия обязательным требованиям государственных стандартов. Требования стандарта допускается конкретизировать в методических документах. Рассматриваются следующие стадии и виды работ жизненного цикла продукции:

- стадия “Разработка”, вид работ “Опытно-конструкторская работа по разработке продукции”;

- часть стадии “Производство”, вид работ “Постановка на производство”.

Существует также ГОСТ 15.005-86 "Создание изделий единичного и мелкосерийного производства, собираемых на месте эксплуатации". Стандарт устанавливает порядок разработки, согласования и утверждения технического задания, технической документации, порядок изготовления, контроля, монтажа, приемки и сдачи в эксплуатацию изделий единичного и мелкосерийного производства и их составных частей, окончательная сборка, наладка, испытания и доводка которых могут быть проведены на месте эксплуатации в составе конкретного производственного объекта. Стандарт, по-видимому, устарел, и будет заменен новым.

Расширение связей с иностранными фирмами вызвало появление ГОСТ 15.311-90. "Постановка на производство продукции по технической документации иностранных фирм". Стандарт устанавливает основные положения постановки на производство серийной продукции по рабочей технической документации иностранных фирм и распространяется на продукцию, предназначенную целиком или частично к реализации в стране. Продукция должна соответствовать требованиям, обеспечивающим безопасность для жизни и здоровья населения, охрану окружающей среды, и быть пригодной к совместному применению с отечественной продукцией.

Модели работ. Широкое внедрение вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности предопределяет необходимость разработки таких ГИВС и ГИП, которые бы имели широкие возможности применения, малую стоимость, небольшую длительность этапа разработки и внедрения ее в производство, максимальную технологичность и т.д. Для геофизической аппаратуры, учитывая ее малосерийность, это возможно только при максимальном использовании узлов, блоков и изделий крупносерийного РЭА общетехнического и народно-хозяйственного назначения.

В зависимости от наличия целевых программ развития продукции, наличия или отсутствия конкретного заказчика, разработку и постановку продукции на производство осуществляют по следующим моделям организации работ:

1 - создание продукции по государственным и муниципальным заказам, финансируемым из федерального бюджета и бюджетов субъектов РФ (госзаказ);

2 - создание продукции по заказу конкретного потребителя;

3 - инициативные разработки продукции.

При создании продукции по госзаказу и заказу конкретного потребителя разрабатывают техническое задание (ТЗ) и заключают договор (контракт) на выполняемые работы. В договоре или ТЗ указывают нормативные документы, регламентирующие порядок выполнения работ, и документы, определяющие обязательные правила и требования к продукции, а также требования, установленные законами и нормативными документами органов государственного надзора.

Главные этапы работ. В зависимости от назначения изделий, предыстории данного вида РЭА, технических заделов разработчика, возможностей производства, объема рынка, и прочих достаточно многочисленных факторов, включая финансовые, конкретные этапы работ при разработке изделий, равно как и их содержание, могут существенно изменяться. Кратко отметим три стадии работ, которые обычно содержатся в разработках изделий на основе принципиально новых технических решений:

• 
  техническое предложение (аванпроект);
  
• 
  эскизный проект (ЭП);
  
• 
  технический проект (ТП).
  

Основой для разработки является техническое задание. В ТЗ излагаются назначение и область применения разрабатываемой РЭА, технические, конструктивные, эксплуатационные и экономические требования, условия хранения и транспортирования, требования по надежности, правила проведения испы­таний и приемки образцов в производстве.

На стадии технических предложений проводится анализ существую­щих технических решений, патентные исследования, проработка возмож­ных вариантов создания РЭА, выбор оптимального решения, макетирование отдельных узлов РЭА, выработка требований для последующих этапов раз­работки.

На стадии эскизного проектирования осуществляют проработку выбранного варианта реализации РЭА. Изготавливается действующий образец, проводятся испытания в объеме, достаточном для подтверждения заданных в ТЗ тех­нических и эксплуатационных параметров, организуется разработка необходимой конструкторской документации, которой присваивается литера «Э». Прорабатываются основные вопросы технологии изготовления, наладки и испытания элементов, узлов, устройств и РЭА в целом.

На стадии технического проекта принимаются окончательные реше­ния о конструктивном оформлении РЭА и составляющих ее узлов, разраба­тывается полный комплект конструкторской и технологической документа­ции, которой присваивается литера «Т», изготавливается опытный образец (образцы) РЭА, проводятся испытания на соответствие ТЗ.

В последующем осуществляется технологическая подготовка произ­водства, выпуск установочной серии и организация серийного (массового) выпуска РЭА.

Стадии разработки ТЗ, технических предложений и ЭП включаются, как правило, в научно-исследовательскую работу, а стадии разработ­ки технического проекта и технологической подготовки производства - в опытно-конструкторскую разработку.

Для изделий, не требующих проведения НИР, разработка и постановка продукции на производство в общем случае предусматривает:

1) разработку ТЗ на опытно-конструкторскую работу;

2) проведение ОКР, включающей:

- разработку конструкторской (КД) и технологической (ТД) документации,

- изготовление и испытания опытных образцов,

- приемку результатов ОКР, утверждение разработанной документации и технических условий (ТУ) на изготовление установочной (опытной) партии изделий.

3) постановку изделий на производство, включающую:

- подготовку производства,

- изготовление установочной серии и квалификационные испытания.

При разработке РЭА выпускают большое количество технической документации (конструкторской, технологической, программной), состав которой определяется Государственными стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), Единой системы технологической документации (ЕСТД) и Единой системы программной документации (ЕСПД).

Продукты интеллектуального труда, полученные в процессе создания и постановки продукции на производство и являющиеся объектами охраны интеллектуальной собственности, используют в порядке, установленном законодательством Российской Федерации.

Государственные стандарты устанавливают несколько этапов разработки конструкторской документации с соответствующими требованиями к их содержанию и выполнению. Однако жесткой номенклатуры этапов, общей и обязательной для разработки изделий, существовать не может. Во многом, это зависит от вида изделий и их сложности, предыстории развития данного направления техники, существующих аналогов, и т.п., включая остроту потребности в изделии и перспективы обеспечения конкурентоспособности на рынках сбыта.