В статье предложена система показателей эффективности для технических решений, направленных на обеспечение электромагнитной совместимости.
Введение
Современные проектные задачи, весьма разные как по уровню сложности, так и по сферам приложения, должны решаться в известной степени оптимально. В особенности это относится к созданию технически сложных систем [1]. Затраты на осуществление решений, связанных с такими сложными объектами и процессами, непрерывно возрастают, а последствия неудачных решений становятся все серьезнее. Необходимость оптимизации проектных решений не обошла и такое направление радиоэлектроники, как электромагнитная совместимость (ЭМС).
Если вести речь об эффективности вообще, то для её определения в приложении к проектам в целом развиты и широко используются подходы, основанные на групповых оценках показателей эффективности. Однако такие методы, как правило, относятся к проекту в целом, и потому не могут применяться непосредственно для технических решений в области ЭМС. Помимо этого, существуют специальные методы оценки эффективности программных продуктов, но для рассматриваемой задачи они не состоятельны.
Проведенный анализ показал, что в настоящее время в явном виде отсутствуют подходы к оценке эффективности решений в области ЭМС. Целью настоящей работы является разработка метода четкой и строгой методики оценки эффективности решений, предпринимаемых разработчиками для обеспечения электромагнитной совместимости технических средств.
Необходимость оценки технической эффективности решений в области ЭМС
Поскольку целесообразность такой оценки не очевидна, вначале надо установить, не является ли проблема надуманной. Это еще одна, пусть и не самая сложная операция, требующая аналитического подхода и трудозатрат, и потому следует подтвердить её полезность для проектного процесса.
Известно, что произвольная задача в области ЭМС может иметь принципиально различные решения. Например, в случае мешающего действия излучения передающей антенны на прием сигналов в смежной полосе частот концептуально возможны следующие подходы к обеспечению ЭМС:
— установка дополнительных канальных фильтров на приемное и/или передающее устройство;
— увеличение пространственного разнесения между приемником и мешающим передатчиком;
— снижение мощности мешающего передатчика.
Эти меры имеют разные значения показателей эффективности, в то время как варианты реализации каждой из них в целом требуют приближенно одинаковых затрат, поскольку, например, дополнительные фильтры разных производителей имеют одни порядок стоимости, исключая уникальные приборы. Узконаправленное сопоставление таких вариантов, например, по параметрам подавления, часто приводит к реализации неоптимальных решений и, более того, неоправданно сужает круг поиска технических решений.
Таким образом, общесистемные и частные технические решения по ЭМС должны подвергаться анализу на предмет эффективности. Сопоставлению должны подвергаться качественно разные технические решения.
Существующие подходы к оценке эффективности
В настоящее время техническую эффективность разработок принято оценивать группой показателей. Среди рассмотренных подходов наиболее полным представляется изложенный в [2].
В [2] справедливо предложено рассматривать показатели эффективности разработок в зависимости от этапа жизненного цикла продукции. В частности, предложено использовать следующие показатели:
— на этапе опытно-конструкторской разработки: новизна, патентная чистота, уровень стандартизации и унификации, затраты на выполнение работы, экономическая эффективность, наукоемкость, конструкторская преемственность, сложность изделия, способность к модификациям, эргономические показатели, эстетические показатели, безопасность, экологические показатели;
— на стадии производства: производительность, скорость, параметры и габариты, управляемость, оптимальная структура, оптимальность функционирования, надежность и безопасность; экономические показатели производства: трудоемкость, материалоемкость, фондоемкость, себестоимость, производительность труда, удельные капиталовложения, уровень механизации, автоматизации;
— на стадии эксплуатации: надежность, безопасность, стабильность, производительность, мощность, технологичность, длительность жизненного цикла, экономичность, дизайн, эксплуатационные расходы, наличие комплектующих и запчастей, ремонтопригодность, гарантийные обязательства.
Совершенно очевидно, что такая совокупность показателей оценки эффективности для технических решений в сфере ЭМС избыточна и потому не рациональна. Однако здесь за основу следует принять учет влияния выбранного проектного решения на производственный и эксплуатационный этап.
Рассмотрим сформированный на основе изложенного подход к оценке эффективности технических решений в области ЭМС (ТР ЭМС).
Предлагаемый подход к оценке эффективности технических решений в области ЭМС
Применительно к решениям в области ЭМС показатели первых двух групп целесообразно сгруппировать в единую, соответствующую этапу реализации. Предлагаемая классификация показателей приведена на рис. 1, где к первичным отнесены наиболее важные показатели. Цифрами обозначен предполагаемый порядок рассмотрения групп показателей для конкретного ТР ЭМС при оценке эффективности.
В рамках определения экономической целесообразности ТР ЭМС на качественном уровне определяется приемлемость финансовых трат для данного проекта. Реализуемость ТР ЭМС определяется на основе накопленного опыта разработчиков путем анализа экспертных мнений для тех случаев, когда она не очевидна. Суть ТР ЭМС позволяет выявить объем необходимых исследований или измерений, которые могут, во-первых, подтвердить или опровергнуть реализуемость ТР, и, во-вторых, сделать его экономически не целесообразным.
Последнее утверждение требует пояснения. В практике ЭМС можно вести речь о таких ТР, реализуемость которых допускается законами физики, но по каким-либо причинам не может быть однозначно подтверждена теорией. Примером является использование пассивных сетчатых ретрансляторов для телевизионных сигналов [3] при наличии затенения рельефом местности. Поскольку модели распространения радиоволн имеют значительную погрешность, решение об использовании такого ТР принимается на основе экспериментальной проверки путем измерений напряженности электромагнитного поля в месте предполагаемого развертывания ретранслятора.
Далее, ТР следует оценить с точки зрения безопасности конкретного производственного процесса. Производственная оптимальность оценивается с учетом конкретного воплощения ТР ЭМС в составе проектируемого объекта. Сложность производства элементов конструкции может также повлиять на экономическую целесообразность ТР ЭМС, а в отдельных случаях – и на предшествующую оценку реализуемости.
Рассмотрим состав второй группы показателей эффективности, относящихся к эксплуатации (использованию) ТР ЭМС. Понятие надёжности здесь определяется в первую очередь на качественном уровне. Надёжность ТР ЭМС следует определить на уровне постоянства устранения проблемы электромагнитной совместимости с учетом возможных флюктуаций характеристик взаимодействующих систем. Широко используемый вероятностный подход здесь уместен только при наличии данных для получения численных оценок вероятностно-временного характера.
Использование понятия надежности в качественном ключе приводит к выводу о необходимости достижения разумно высокой вероятности обеспечения ЭМС для любого ТР. Отсюда следует, что в ТР должен быть заложен запас, обеспечивающий его действенность при упомянутых флюктуациях.
Рассматриваемое ТР следует проанализировать на предмет уровня санитарной безопасности и электробезопасности, долговечности. Эксплуатационные расходы следует учитывать, когда ТР ЭМС состоит в использовании специальных конструкций и/или электрических схем, блоков, узлов. Это же относится и к ремонтопригодности.
Важные результаты дает анализ вероятных последствий нарушения ТР либо выхода из строя составляющих его элементов. Как это принято в технической диагностике, здесь следует рассматривать постепенные и внезапные отказы и сформулировать ответы на вопросы:
— как изменятся характеристики влияющей и воздействующей систем (узлов, блоков, элементов) при выходе из строя/нарушении ТР;
— возможно ли возникновение катастрофической потери их функциональности каждой из нежелательно взаимодействующих систем;
— возможен ли отказ систем (узлов, блоков, элементов);
— какие признаки отказа/нарушения ТР ЭМС будут наблюдаться и какие средства диагностики следует использовать для его подтверждения.
Теперь рассмотрим вторичные показатели эффективности ТР ЭМС. Уровень стандартизации и унификации важен при использовании схемных решений, в меньшей степени – для конструкторских. Во многих случаях не удается ограничиться использованием унифицированных решений, поскольку каждая проблема ЭМС по-своему уникальна.
Показатели эргономики важны в первую очередь для носимых устройств, поэтому те ТР ЭМС, которые существенно увеличивают массу, габариты устройств, затрудняют их использование должны быть тщательно проанализированы на предмет целесообразности.
Иногда в сфере ЭМС используются не технические, а административные решения, например, для целого класса новых радиоэлектронных средств или новой радиотехнологии. Административные меры включают в себя получение решений ГКРЧ и других уполномоченных органов, которые позволяют устранить проблемы межсистемной ЭМС за счет выделения полос частот, ограничения мощности и других возможностей. Если проблема ЭМС выходит на системный уровень проектирования, то получение административного одобрения её решения в большинстве случаев прописано на законодательном уровне.
Важно помнить, что процесс административной манипуляции с правилами использования радиочастотного спектра занимает длительное время и может закончиться неудачей. Поэтому нужно реально оценивать сроки проектирования систем с учетом времени на подачу радиочастотных заявок, получения решений ГКРЧ и других согласований. Однако при решении проблем внутрисистемной, внутриаппартаной ЭМС административная сторона вопроса, как правило, не требует каких-либо действий разработчика.
В последнюю очередь должны быть проанализированы вторичные показатели эффективности ТР ЭМС при эксплуатации — дизайн в составе изделия, необходимость и трудоемкость технического обслуживания, вероятность гарантийного случая, вызванного отказом ТР ЭМС. Трудоемкость технического обслуживания важна, если ТР ЭМС состоит в создании отдельного блока, устройства, радиотехнического пункта, антенной системы. Вероятность гарантийного случая следует оценивать на качественном уровне.
Подход к оценке экономической эффективности ТР ЭМС
Бесспорно, что техническая эффективность должна рассматриваться в совокупности с экономическими показателями. Поскольку меры обеспечения ЭМС принято разделять на административные и технические, то и экономический, стоимостный эффект также требует такого разделения.
Эффект административных процедур в области обеспечения ЭМС оценивается только в экономической плоскости. Поскольку сфера ЭМС регламентируется общими для всей радиопромышленности нормативными документами, начиная с национальной таблицы распределения радиочастот, то итоги административных процедур доводятся до разработчиков как условия и ограничения проектирования. Следовательно, административную составляющую в сфере ЭМС в части её технического эффекта рассматривать не следует вообще.
Экономическая эффективность технических решений по ЭМС оценивается в составе проекта при прочих равных условиях его реализации. Здесь следует использовать широко распространенные подходы, принятые в экономике предприятий, например, [4, 5].
Заключение
Таким образом, в настоящей работе предложена система и классификация показателей, позволяющих оценить эффективность технических решений в области ЭМС. Потребность в такой оценке на сегодняшний день продиктована практикой проектирования электронных устройств.
Результаты, полученные в работе, могут использоваться непосредственно в проектном процессе для сопоставления эффективности технических решений в области электромагнитной совместимости.
Литература
1. Бусленко Н.А., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. — М.: Советское радио, 1973. — 440 с.
2. Интернет-ресурс http://www.studfiles.ru/preview/5753310/page:3/
3. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны. — М.: Радио и связь, 1985. — 536 с.
4. Интернет-ресурс http://www.intuit.ru/studies/courses/3542/784/lecture/30124
5. Мазурина Е.В. Оценка экономической эффективности научно-технических решений в сфере электроснабжения и автоматики промышленных установок и технологических комплексов. — Ухта: УГТУ, 2014. — 83 с.
Искренне Ваш, Главный научный сотрудник
P.S. Прошу подписываться на мой канал! Считаю, что мой опыт и научные достижения должны стать общедоступными. Только оригинальные статьи, собственные наработки!
