Об одном подходе к разработке электронных блоков авиационной автоматики

В настоящей статье рассмотрены подходы к разработке электронных блоков авиационной автоматики. Изложены основные пути решения задачи сокращения времени технологического цикла разработки электронных блоков, на основе анализа которых предложена технология разработки и построения электронных блоков авиационной автоматики по распределенной схеме, использование которой позволит сократить затраты времени и средств на разработку электронных блоков.

Введение

Качественный конкурентоспособный продукт последовательно формируется в процессе успешного выполнения каждого из этапов принятой технологии разработки. Подходы к формированию технологии конструирования электронной аппаратуры и в частности электронных блоков авиационной автоматики (ЭБ), а также определению ее этапов уникален практически для каждого предприятия, однако существует ряд общих принципов и этапов технологии конструирования подобной аппаратуры, о которых далее пойдет речь.

1 Обзор существующих технологий разработки ЭБ

Компоновка — это процесс создания из отдельных составных частей функционально законченной конструкции устройства или системы [1,2,3].

Вообще говоря, выбранная компоновочная схема во многом определяет успешное существование продукта на рынке. От компоновки зависят не только функциональные характеристики (надежность, масса, габаритные размеры), технологичность при производстве и эксплуатации, но и количество и сложность разрабатываемых деталей и узлов блока, то есть трудоемкость и время технологического цикла самого процесса конструирования.

При конструировании любой электронной аппаратуры применяются следующие основные принципы компоновки:

-       моносхемный;

-       схемно-узловой;

-       функционально-модульный [1,2].

Моносхемный принцип подразумевает размещение всех электронных компонентов на одной печатной плате. При этом упрощается сборка и снижается стоимость устройства, но могут возрасти его габаритные размеры из-за нерационального использования объема корпуса. Моносхемный принцип широко применяется в аппаратуре с относительно небольшим числом компонентов.

Схемно-узловой принцип используется при дроблении на части сложных функциональных узлов и предполагает расположение на отдельных печатных платах частей схемы, имеющих четко выраженные входные и выходные характеристики. Дробление функциональных узлов на части нежелательно и должно осуществляться лишь в обоснованных случаях.

Функционально-модульный принцип, при котором отдельные электронные модули являются функционально и конструктивно законченными элементами общей системы. Примером может служить построение персонального компьютера, в состав которого входят следующие модули: блок питания, процессор, материнская плата, жесткий диск, привод оптических дисков и др. [1,2].

Несмотря на очевидные преимущества функционально-модульного принципа компоновки:

-          минимум связей между модулями;

-          возможность параллельной сборки, регулировки и проверки разных модулей, что сокращает длительность технологического цикла изготовления изделия;

-          обеспечение полной взаимозаменяемости, благодаря чему неисправный модуль может быть быстро заменен запасным без подгонок и регулировок;

-          возможность производить модернизацию устройства путем усовершенствования отдельных модулей независимо от других;

-          реализовывать на одном и том же базисе технических средств различную конфигурацию аппаратуры.

При конструировании ЭБ авиационной автоматики в отличие от электронной аппаратуры наземного применения, в зависимости от сложности того или иного изделия применяют моносхемный либо схемно-узловой принципы компоновки. Использование данных принципов компоновки диктуют сложность и большое количество связей между функциональными узлами, а также жесткие требования по надежности и массогабаритным показателям ЭБ.

2 Определение инструментов и путей решения задачи сокращения времени технологического цикла разработки ЭБ авиационной автоматики.

Анализ технологического цикла разработки электронной аппаратуры, в том числе электронных блоков современных авиационных систем автоматического управления (САУ) показал, что сокращение затрат средств и времени на разработку при реализации новой технологии разработки и принципов построения ЭБ может быть достигнут за счет:

-          уменьшения затрат времени и средств на разработку уникальных для каждого нового изделия аппаратно-программных конструктивных решений;

-          упрощения сертификации и внедрения аппаратных и программных изменений;

-          уменьшения затрат времени и средств на доводку изделий, на введение дополнительных функций, адаптацию к модификациям летательного аппарата и изменениям характеристик взаимодействующих с блоком изделий;

-          уменьшения сроков и средств на внедрение в систему новых типов изделий, в том числе интеллектуальных.

Сокращение сроков разработки, повышение качества разрабатываемых изделий, также может быть достигнуто за счет:

-          внедрения системы руководящих технических материалов (РТМ), позволяющих стандартизировать и упростить (например, при помощи их автоматизации) ряд трудоемких процедур, в том числе выбор того или иного конструкторского решения (например, создание базы данных готовых, проверенных конструктивных решений) при разработке новых изделий;

-          организации тесного взаимодействия между подразделениями за счет создания единого информационного пространства;

-          разработки или приобретения дополнительных инструментов (программных модулей к используемым САПР), обеспечивающих возможность формирования проектной документации в соответствии с российскими ГОСТами, подготовки и передачи данных для других функционирующих на предприятии информационных подсистем.

3 Технология разработки электронных блоков авиационных САУ, позволяющая сократить время технологического цикла их разработки.         

Предлагаемая для реализации технология создания электронных блоков предусматривает структуру построения блока на основе комплекта унифицированных устройств, представленную на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема 2-канального блока САУ

Комплект функциональных устройств, объединенных скоростным каналом информационного обмена типа TTP или др. При этом каждое функциональное устройство аппаратно и программно специализировано для выполнения конкретной логически завершенной функции. На структурной схеме блок управления представлен на уровне функциональных устройств.

Конструктивно, в зависимости от особенностей реализации электронной части САУ, функциональные устройства могут быть размещены как в корпусе электронного блока, на одной или двух печатных платах — соответственно реализуются основные преимущества моносхемного подхода к конструированию ЭБ, так и в корпусах датчиков и исполнительных механизмов. В случае применения в системе интеллектуальных датчиков или исполнительных механизмов информационные выходы данных устройств могут быть непосредственно подключены к информационному каналу обмена блока.

При разработке схемотехнических решений, конструкции и ПО устройств блока за основу должны быть приняты следующие принципы:

1)        использование минимального числа типов устройств за счет их универсальности;

2)        обеспечение автономности устройств — изменение конструкции или ПО одного устройства не должно приводить к изменениям конструкции или ПО других устройств;

3)        применение единых отработанных универсальных решений при разработке унифицированных функциональных узлов и схем контроля их исправности;

4)        унификация конструкции функциональных устройств с учетом применения в различных конструктивных исполнениях блока.

5)        специальное программное обеспечение ЭБ (ПО) должно быть реализовано по модульному принципу с минимальными связями между программными модулями, что обеспечивает относительно прозрачную структуру ПО и позволяет с минимальными затратами модифицировать ПО при изменении функциональных требований к аппаратуре.

Заключение

Выполнен краткий обзор существующих технологий разработки электронных блоков, определены основные пути решения задачи сокращения времени технологического цикла разработки ЭБ авиационной автоматики.

Предложен подход к разработке электронных блоков по распределенной схеме на основе функционально законченных устройств, использование которого позволит существенно сократить затраты времени и средств на разработку электронных блоков. Изложены базовые принципы реализации функциональных устройств электронных блоков, их конструкции, алгоритмического и программного обеспечения в рамках предложенного подхода.

Литература:

1.                  Григорьян С. Г. «Конструирование электронных устройств систем автоматизации и вычислительной техники» / Григорьян С. Г. — Ростов н/Д: Феникс, 2007. — 303, [1] с. — (Высшее образование).

2.                  «Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры»: Учебник для вузов. — М.: Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. — 528 с.

3.                  Ненашев А. П. «Конструирование радиоэлектронных средств»:Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1990.