Проектирование параметров

Проектирование системы — это процесс применения научных и тех­нических знаний, позволяющий создать функциональный базовый проект опытного образца. С помощью модели опытного образца определяют пер­воначальный набор параметров продукта (процесса). Проектирование си­стемы предполагает понимание, как потребностей заказчика, так и усло­вий производства. Продукт не сможет удовлетворить потребности заказ­чика, если он не будет спроектирован, как следует. Обеспечение технологичности продукта при проектировании также требует глубокого знания условий производства.

Проектирование параметров — это процесс установления номиналь­ных значений параметров продукта (процесса), которые снизят чувствительность технических проектов к источникам отклонений.

В качестве при­мера рассмотрим некоторую электрическую схему. Предположим, что важ­ной рабочей характеристикой является напряжение на выходе этой схе­мы, равное Yо. Допустим, что выходное напряжение схемы в большой сте­пени определяется усилением X транзистора, входящего в состав схемы, и проектировщик не ограничен в выборе номинального значения этого усиления. Допустим также, что влияние усиления транзистора на выход­ное напряжение нелинейно (рис.3.6). Чтобы получить выходное на­пряжение Yо, проектировщик может выбрать номинальное значение усиле­ния равным Хр. Если усиление на самом деле отклоняется от номинально­го значения Хо, выходное напряжение отклонится от Yо. Усиление транзи­стора может отклоняться от Хо из-за дефектов производства, износа на протяжении срока службы (выработки ресурса), изменчивости условий эксплуатации. Если распределение транзисторного усиления такое, как показано на рисунке, то у выходного напряжения будут значительные от­клонения. Один из путей снижения отклонения выходного напряжения от номинальной величины — применить дорогостоящий транзистор, распре­деление которого относительно Хо будет очень узким. Другой путь умень­шения отклонения на выходе — выбрать иное значение усиления. Напри­мер, если номинальное значение усиления транзистора равно X1, выход­ное напряжение Y1, будет иметь значительно меньшее отклонение. Но сред­нее значение Y1 соответствующее X1, значительно удалено от заданного значения Yо. Теперь допустим, что имеется еще элемент схемы — резис­тор, влияющий на выходное напряжение линейно, и разработчик схемы не ограничен в выборе номинального значения сопротивления резистора. Тогда разработчик может подобрать этот элемент так, чтобы сместить среднее значение выходного напряжения от Y1 до Yо. Подгонка среднего значения рабочей характеристики до заданного обычно намного более простая инженерная задача, чем уменьшение отклонений рабочей харак­теристики.

Рис. 3.6. Зависимость выходного напряжения от усиления транзистора

Когда схема спроектирована так, что номинальное усиление X транзистора есть X1, может быть применён недорогой транзистор, имею­щий широкое распределение относительно X1. Конечно, не обязательно удаётся таким образом улучшить проект схемы, поскольку возможно сопутствующее увеличение отклонений другой рабочей характеристики.

Использование нелинейных зависимостей рабочих характеристик про­дукта (процесса) от параметров в целях уменьшения чувствительности технических проектов к источникам отклонений является сущностью про­ектирования параметров. Проектирование параметров позволяет снизить неустойчивость функционирования посредством уменьшения влияния ис­точников отклонений гораздо лучше, чем путём контроля за ними, поэто­му данный метод экономически весьма эффективен при улучшении техни­ческих проектов.

Концепция расчёта параметров не нова для многочисленной армии разработчиков схем. «Различные воздействия — про­цесс производства, внешние условия, изнашивание — будут вызывать статистические отклонения схем, которые номинально одинаковы. Экономи­ческие соображения заставляют разработчиков создавать проекты, толерантные к статистическим отклонениям». Сущность проектирования параметров знакома также агрономам, как отмечают, многие из них обычно проводят экспери­менты для определения сортов культур, допускающих широкий диапазон почв, влажности и погодных условий.

Расчёт допустимых отклонений — это процесс определения допус­тимых отклонений относительно номинальных значений, определённых на этапе проектирования параметров. Существующая в промышленности практика — назначать допустимые отклонения по соглашению, вместо того, чтобы научно обосновывать выбор. Слишком узкие пределы отклонений обусловливают повышение затрат на изготовление, а слишком широкие — ведут к увеличению отклонений в функционировании. Следовательно, расчёт допусков включает в себя компромиссное решение, принимая которое срав­нивают потери заказчика (покупателя) вследствие отклонений рабочих ха­рактеристик и потери из-за увеличения стоимости производства. По дан­ному вопросу требуются более глубокие исследования, чтобы понять под­ход Г. Тагути.