Вновь разрабатываемая РЭА должна отвечать тактико-техническим, конструктивно-технологическим, эксплуатационным, надежностным и экономическим требованиям. Все эти требования взаимосвязаны, и оптимальное их удовлетворение представляет собой сложную инженерную задачу.
Тактико-технические требования. Эти требования обычно содержатся в техническом задании на аппаратуру и включают в себя такие характеристики, как вид измеряемой физической величины, диапазон измерений, точность измерений, быстродействие, объем памяти для регистрации данных, точность выполнения вычислительных операций и т. д.
В основном данные требования удовлетворяются на ранних этапах разработки аппаратуры, когда определяются состав изделия, его структура, математическое обеспечение, основные требования к отдельным устройствам.
Конструктивно-технологические требования. К этим требованиям относят: обеспечение функционально-узлового принципа построения конструкции РЭА, технологичность, минимальную номенклатуру комплектующих изделий, минимальные габариты и массу, меры защиты от воздействия климатических и механических факторов, ремонтоспособность.
Функционально-узловой принцип конструирования заключается в разбиении принципиальной схемы изделия на такие функционально законченные узлы, которые могут быть выполнены в виде идентичных конструктивно-технологических единиц. Применение этого принципа конструирования позволяет автоматизировать процессы изготовления и контроля конструктивных единиц, упростить их сборку, наладку и ремонт.
Технологичность конструкции в существенной степени определяется рациональным выбором ее структуры, которая должна быть разработана с учетом автономного, раздельного изготовления и наладки основных элементов, узлов, блоков. Конструкция РЭА тем более технологична, чем меньше доводочных и регулировочных операций приходится выполнять после окончательной сборки изделий.
Понятие технологичности тесно связано с понятием экономичности воспроизведения в условиях производства. Наиболее технологичные конструкции, как правило, и наиболее экономичны не только с точки зрения затрат материальных ресурсов и рабочей силы, но и с точки зрения сокращения сроков освоения в производстве. Для них обычно характерны взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность, инструментальная доступность элементов и узлов.
В технологичной конструкции должны максимально использоваться унифицированные, нормализованные и стандартные детали и материалы. Аппаратура считается также более технологичной, если в ней предусматривается минимальная номенклатура комплектующих изделий, материалов, полуфабрикатов.
Необходимость разработки для изделий новых материалов с улучшенными свойствами или новых технологических процессов определяется технико-экономическим эффектом их использования в данной аппаратуре.
Конструкция РЭА, и ГИП в особенности с учетом условий ее эксплуатации, должна иметь минимальные габариты и массу, что особенно важно для бортовой аппаратуры, где ее объем и масса ограничиваются размерами и мощностью летательного аппарата, и для переносных (носимых) приборов, предназначенных для производства измерений в полевых условиях, в шахтах и горных выработках.
В конструкции аппаратуры необходимо предусматривать меры защиты от воздействия климатических и механических факторов, состав и значение которых определяются объектом, где будет эксплуатироваться разрабатываемая РЭА.
К числу важных характеристик конструкции РЭА следует также отнести ремонтоспособность - качество конструкции к восстановлению работоспособности и поддержанию заданной долговечности. Для повышения ремонтоспособности в конструкции предусматривают:
а) доступность ко всем конструктивным элементам для осмотра и замены без предварительного удаления других элементов;
б) наличие контрольных точек для подсоединения измерительной аппаратуры при настройке и контроле за работой аппаратуры;
в) применение быстросъемных фиксаторов и т. д.
Конструкция аппаратуры тем ремонтоспособнее, чем меньшую конструктивную единицу она позволяет оперативно заменять.
Эксплуатационные требования. К эксплуатационным требованиям относят: простоту управления и обслуживания, различные меры сигнализации опасных режимов работы (выход из строя, обрыв заземления и т. д.), наличие аппаратуры, обеспечивающей профилактический контроль и наладку конструктивных элементов (стенды, имитаторы сигналов и т. д.). В последнее время развивается направление построения систем высокой надежности и живучести, имеющих в своем составе средства самодиагностики и автореконфигурации системы.
С эксплуатационными требованиями тесно связаны требования обеспечения нормальной работы оператора. Важна также такая организация органов управления РЭА, которая бы отвечала современным эргономическим требованиям и требованиям инженерной психологии.
Требования по надежности. Данные требования включают в себя обеспечение:
1) вероятности безотказной работы,
2) наработки на отказ,
3) среднего времени восстановления работоспособности,
4) долговечности,
5) сохраняемости.
Вероятность безотказной работы есть вероятность того, что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работы в аппаратуре не произойдет ни одного отказа.
Наработкой на отказ называют среднюю продолжительность работы аппаратуры между отказами.
Среднее время восстановления работоспособности определяет среднее время на обнаружение и устранение одного отказа. Эта характеристика надежности является также важным эксплуатационным параметром.
Долговечностью прибора называют продолжительность его работы до полного износа с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Под полным износом при этом понимают состояние аппаратуры, не позволяющее ее дальнейшую эксплуатацию.
Сохраняемость аппаратуры - способность сохранять все технические характеристики после заданного срока хранения и транспортирования в определенных условиях.
Экономические требования. К экономическим требованиям относят:
1) минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуатацию изделия;
2) минимальную стоимость аппаратуры после освоения в производстве.
Тесная связь предъявляемых к аппаратуре требований приводит к тому, что стремление максимально удовлетворить одному из них ведет к необходимости снизить значение других. Так, желание увеличить надежность введением структурной избыточности неизбежно влечет за собой увеличение габаритов, массы, мощности потребления, стоимости. В данном случае выходом служит дальнейшее повышение степени интеграции микросхем.
Соотношение между различными требованиями может быть установлено исходя из типа, назначения и характера эксплуатации проектируемых изделий.
Для больших универсальных ГИВС наиболее важное требование — обеспечение максимального быстродействия, поскольку оно в существенной степени определяет их производительность. Наименее важное требование - обеспечение небольших габаритов и массы.
Для универсальных встраиваемых приборов наиболее важные требования - высокая надежность и малая стоимость в серийном производстве.
Приборы для массового потребления должны, прежде всего, иметь малую стоимость. Достижение высокого быстродействия для этого класса приборов - желательное, но не обязательное требование. Обычно стремятся достичь относительного высокого быстродействия, доступного в определенной ценовой категории.
Бортовые изделия должны обладать высокой степенью надежности. При этом стоимость приборов в некоторых случаях не имеет существенного значения.
Применение РЭА в комплексах геофизической техники накладывает на их конструкцию дополнительные жесткие требования. Это связано с тем, что при комплексном использовании успех выполняемой технологической операции в целом, например, каротажа скважины, может зависеть от правильной и безотказной работы даже одного прибора.
О ремонте какого-либо прибора в составе ГИВС в процессе эксплуатации не может быть и речи. Здесь должна быть обеспечена возможность быстрой замены вышедших из строя блоков запасными. Поэтому основным требованием к приборам, установленным в ГИВС, является надежность. Не менее важные требования - способность работать практически во всех известных условиях эксплуатации, ремонтоспособность, малые габариты, масса, мощность потребления.