Інноваційна діяльність підприємства та економічна оцінка інноваційних процесів - Монографія (Кириленко В.В.)

2.2.1. економічні аспекти використання інтегральних схем у радіоелектронній апаратурі

 

У зв’язку з вимогами технічного прогресу до підвищення якості радіоелектронної апаратури постійно покращуються її експлуатаційні параметри, що зазвичай приводить до її ускладнення. Так, число елементів, з яких складається найскладніша апаратура, збільшується на порядок за кожні   десять   років   [38].   У   недалекому   минулому   радіоелектронна апаратура  була  лише  засобами  зв'язку  і  радіомовлення, що  налічували сотні, рідше тисячі, елементів, котрі працюють одночасно. Більш пізня апаратура нараховувала вже 106 – 107  елементів. Наприклад, універсальні цифрові обчислювальні машини налічували понад мільйон радіоелементів.

Ускладнення апаратури знижує її надійність, приводить до збільшення її маси, габаритів, споживаної потужності та вартості обслуговування.  Зниження  надійності  складної  радіоелектронної апаратури викликане збільшенням числа елементів, а отже кількості з’єднань між ними. При цьому слід пам’ятати, що паяні контакти та механічні з’єднання найненадійніші складові РЕА.

Для наземної стаціонарної апаратури збільшення маси, габаритів і споживаної потужності не є вирішальними параметрами, оскільки її живлення здійснюється від мережі, а переміщується вона надзвичайно рідко. У той же час дані параметри є визначальними для бортової і портативної апаратури, бо оснащення літальних апаратів навігаційною й іншими видами РЕА постійно збільшується, а для портативної апаратури особливо гостро стоїть питання її живлення.

Вирішення проблем зниження маси, габаритів, споживаної потужності та підвищення надійності досягається шляхом мініатюризації і мікромініатюризації   радіоелектронної   апаратури,   що   ґрунтується   на

використанні  якісно  нових  методів  конструювання  і  нових  надійних радіоелементів.

Першим етапом мініатюризації апаратури був ущільнений монтаж, при якому позитивний результат досягався завдяки різкому зменшенню габаритів радіоелементів. Найгроміздкішими елементами радіоапаратури були електровакуумні прилади, котрі згодом почали замінюватися пальчиковими і надійнішими мініатюрними електронними лампами. Одночасно освоювався промисловий випуск напівпровідникових приладів, винайдених у 1948 р., які в значній мірі сприяли вирішенню проблем зниження маси, габаритів і споживаної потужності.

Використання РЕА в бортовій, обчислювальній та інших видах техніки вимагало подальшого покращення її експлуатаційних параметрів, що досягалося застосуванням нових методів конструювання на основі друкованого монтажу. Таким чином, ущільнюючий монтаж був способом конструювання радіоелектронної апаратури, що ґрунтувався на використанні мініатюрних деталей, напівпровідників і друкованого монтажу, а також на застосуванні функціонально-вузлового методу конструювання, при якому складні пристрої поділялися на прості, функціонально завершені вузли, що називалися модулями.

Перехід до модульного конструювання апаратури дав змогу попри покращення таких експлуатаційних параметрів, як маса, габарити і ремонтопридатність, знизити вартість РЕА за рахунок автоматизації процесів складання і монтажу модулів, котрі при ручному   виконанні становили близько 75\% від усіх прямих виробничих витрат на їх виготовлення.

Зростання складності РЕА та неможливість подальшого зменшення габаритів і маси без зміни принципів її конструювання  привели до появи мікромодульного методу, що дав змогу досягти щільності заповнення об’єму 5 – 15 деталей в кубічному сантиметрі у порівнянні з 0,5 – 2 деталі для апаратури у модульному виконанні. Таку щільність заповнення об’єму вдалося  досягти  завдяки  тому,  що  всі  елементи  мали  форму паралелепіпеда, що дало змогу щільно компонувати їх у мікромодулі, а ті,

в свою чергу, – на друковані плати. Найширше розповсюдження одержали мікромодулі з квадратними керамічними пластинами розміром   9,6 × 9,6 мм,     на     яких     розміщувалися     мініатюрні     транзистори,     діоди,

 

трансформатори, дроселі, а опори і ємності наносилися на керамічні пластини методом напилення. Деталі складалися в стовпчики (у вигляді етажерки) і виводи радіоелементів, розміщені на торцях пластин, з’єднували прямими нікельовими провідниками та заливали епоксидною смолою. Однотипність керамічних пластин давала можливість використовувати при складанні і монтажі мікромодулів автомати.

Мікромодулі в меншій мірі, ніж модулі, чутливі до коливань температури і механічних навантажень, що збільшувало надійність радіоелектронної апаратури і давало змогуо використовувати її у перших вітчизняних космічних кораблях. Однак при цьому методі конструювання важко досягти значне підвищення надійності, оскільки в апаратурі на мікромодулях залишалася значна кількість паяних контактів.

В міру подальшого ускладнення апаратури і зниження її надійності продовжувалися пошуки нових методів конструювання РЕА, які б дали змогу зменшити кількість паяних контактів, а отже, підтримати надійність складної радіоелектронної апаратури на достатньо високому рівні. У квітні

1958 р.   (вже через десять років після відкриття напівпровідникового ефекту) американський вчений Дж. Кілбі запропонував створювати еквівалентні елементи всієї схеми, такі, як опори, конденсатори, діоди і транзистори в монолітному куску чистого кремнію. Дж. Кілбі в лабораторних умовах створив першу напівпровідникову інтегральну схему (ІС) у серпні 1958 р., а вже через два роки деякі американські фірми випустили серії таких схем для обчислювальної техніки. Це було зроблено не випадково, оскільки цей вид радіоелектронної апаратури на той час був найскладнішим і проблема його надійності стояла найбільш гостро.

Паралельно до розробки напівпровідникових інтегральних схем здійснювалася розробка тонкоплівкових ІС. Початкова думка, що вони будуть успішно конкурувати з напівпровідниковими ІС виявилася помилковою, оскільки тут не вдалося створити стабільні активні плівкові

елементи.  Це  викликало  необхідність  розробки  гібридних  інтегральних

 

схем.

 

У 1962 р. в США   відбувся перехід від лабораторних досліджень і створення макетних зразків до промислового виробництва інтегральних схем. При цьому було завершено створення експериментальних зразків мікроелектронних обчислювальних машин на напівпровідникових і плівкових інтегральних схемах.

“Інтегральна схема – це блок, всередині якого єдиним технологічним процесом створюються всі елементи електричної схеми і з’єднання між ними” [117]. Інтегральні схеми, в свою чергу, є дискретними елементами з яких компонується радіоелектронна апаратура. Інтегральні методи конструювання, котрі змінили методи конструювання на дискретних елементах, грунтуються на передових досягненнях фізики твердого тіла і електроніки.  Вони  якісно  змінюють  характер  конструювання  і виробництва радіоелектронної апаратури. Перехід від виготовлення дискретних елементів до виробництва інтегральних функціонально- завершених вузлів і блоків дає змогу: значно зменшити габарити, масу і споживану апаратурою потужність; підвищити її швидкодію, чутливість, точність, ремонтопридатність і, що найголовніше для бортової апаратури і обчислювальної техніки, – підвищити надійність, термін служби і оперативну готовність.

Наступним етапом  на шляху розвитку мікроелектроніки був перехід до розробки інтегральних схем з високим рівнем інтеграції – багатофункціональних ІС або, як їх ще називають, великих інтегральних схем. Цей перехід обумовлений прагненням до подальшого покращення технічних й економічних показників радіоелектронної апаратури і в першу чергу до підвищення її надійності.

Нині є багато прикладів використання інтегральних схем в РЕА. Інтегральні схеми широко використовуються у системах обробки даних, обчислювальній техніці, апаратурі зв’язку, космонавтиці, контрольно- вимірювальній,  радіотелевізійній,  медичній   електронній   апаратурі   та інших побутових приладах. Наприклад, в медицині лише завдяки малим

розмірам і високій надійності стало можливим використання вживлюваних в організм стимуляторів серцевої та інших видів життєдіяльності, приладів для обстеження діяльності внутрішніх органів, діагностики тощо.

Однак ступінь використання інтегральних схем у різних типах радіоелектронної апаратури різний. Так, у цифрових обчислювальних машинах на інтегральні схеми можна перевести майже всі 100\% пристроїв, в апаратурі зв’язку – до 80\%, в контрольно-вимірювальній апаратурі – до

50\%, у портативній радіолокаційній апаратурі – до 60\%, а в крупно- габаритній радіолокаційній апаратурі – до 20\% [148]. В останній навіть значне збільшення процента використання інтегральних схем не приведе до значного зменшення маси і габаритів, оскільки вони визначаються в основному габаритами антени і потужного передавача.

У радіоелектронній апаратурі   використовуються декілька типів інтегральних схем, що відрізняються між собою як за технологією виготовлення, так і за   вартістю. У зв’язку з цим виникла потреба в диференційованому підході до вибору найраціональніших типів інтегральних  схем  залежно  від  конкретних  вимог  виробництва, призначення апаратури, сфери застосування, а також тенденцій зміни вартості різних типів інтегральних схем у часі.

Оцінка доцільності використання різних типів інтегральних схем у радіоелектронній апаратурі та дослідження їх впливу на основні робочі й економічні характеристики РЕА повинні базуватися на класифікації інтегральних схем.

Відомі наступні п’ять основних типів інтегральних схем.

 

Напівпровідникові (твердотілі)    ІС – функціональні блоки, виготовлені методами напівпровідникової технології в єдиному об’ємі кремнію, при цьому в них можна розрізнити окремі компоненти.

Тонкоплівкові  ІС – функціональні блоки, виконані на ізоляційній пластині (найчастіше керамічній) методами нанесення тонких плівок, що включають як пасивні елементи (опори і ємності), так і активні тонкоплівкові елементи (діоди і транзистори).

Гібридні   ІС  (мікросхеми)  –  поєднання тонкоплівкових пасивних елементів  з  вмонтованими  безкорпусними  напівпровідниковими приладами, розташованими на керамічній пластині.

Суміщені     ІС   –   функціональні блоки, виконані на поверхні пластини кремнію, де створено активні елементи, а опори, ємності і з’єднання між ними створюються методами тонкоплівкової технології.

Молекулярні схеми   –   функціональні блоки, одержані шляхом впливу на внутрішню структуру напівпровідника, де неможливо виділити елементи, еквівалентні дискретним компонентам.

Як зазначалося, використання у радіоелектронній апаратурі інтегральних схем і в першу чергу твердотілих підвищує її надійність та значно зменшує габарити і масу. Теоретична  межа щільності компонентів для кремнію за умов 100\% виходу придатних схем у виробництві та 10\% допусків становить 108    елементів у кубічному сантиметрі [117]. Реально можлива щільність пакування елементів напівпровідникової інтегральної схеми становить 200 тисяч елементів у кубічному сантиметрі [77]. Якщо цю величину порівняти зі щільністю пакування компонентів радіоелектронної апаратури на дискретних елементах (2 елементи/см3), то

співвідношення  становить  105.  Однак  апаратура  на  ІС  має  перевагу  в

 

порівнянні з апаратурою на дискретних елементах стосовно розмірів лише в 102 – 103 разів. Ця розбіжність між можливою і фактичною щільністю пакування елементів в РЕА на ІС пояснюється проблемами забезпечення нормального теплового режиму і міжсхемних з’єднань. Задоволення цих вимог призводить до того, що габарити системи виводів значно перевищують габарити напівпровідникової схеми.

Для забезпечення нормального теплового режиму зі збільшенням щільності  пакування  необхідно  зменшувати  напругу  живлення,  а  це знижує коефіцієнт передачі, швидкодію та завадозахищеність схем. Якщо потужність розсіювання не визначає щільності пакування компонентів, то зменшення розмірів можна досягти за рахунок конструктивних чинників: по-перше, зменшенням числа інтегральних схем за рахунок використання

схем  з  вищим  рівнем  інтеграції;  по-друге,  створенням  досконаліших систем міжсхемних з’єднань.

Аналогічне становище і при конструюванні РЕА на тонкоплівкових і гібридних ІС. При цьому проблема відведення тепла для тонкоплівкових схем значно складніша, ніж для напівпровідникових. Практично розміри тонкоплівкових ІС визначаються розмірами пластини, де вони розміщені і котра є не лише механічною опорою, а й засобом для відведення тепла. Збільшуючи число плівок, що послідовно наносяться на пластину, а також використовуючи матеріали, котрі витримують більш високі температури та пластини з кращою якістю тепловіддачі, можна було б досягти значного підвищення щільності компонування в тонкоплівкових інтегральних схемах.

Переваги РЕА на ІС стосовно зменшення габаритів, маси та споживаної потужності очевидні, а щодо надійності, то для системи на дискретних елементах, яка нараховує 107  елементів, середній час напрацювання на відмову становить дві хвилини, а це означає, що  система практично непрацездатна. Саме мікроелектроніка дала змогу вирішити проблему підвищення надійності складних електронних систем.

Інтегральні схеми, як і інші елементи радіоелектронної апаратури, компонують на друкованих платах, що дає змогу автоматизувати значну частину  складальних  і  монтажних  робіт.  Мала  маса  і  габарити інтегральних схем дають можливість розміщувати їх по обидва боки плати,

відповідно на друкованій платі площею 100 × 127 мм можна розміщувати

320  ІС  у  плоских  корпусах  з  розмірами  6,5  ×   6,5  мм,  при  цьому

 

забезпечуються нормальні температурні умови роботи [31]. Аппаратура, виконана на ІС, займає на платі в 4 – 10 разів меншу площу в порівнянні з варіантом на дискретних елементах. Отже, кількість плат для РЕА на ІС значно менша, ніж для апаратури на дискретних елементах, що спрощує її конструкцію.

Радіоелектронна аппаратура на інтегральних схемах має ряд переваг над апаратурою на дискретних елементах як за технічними, так і за економічними   показниками.   В   апаратурі   на   дискретних   елементах

покращення більшості технічних параметрів, таких, як надійність, продуктивність, точність, чутливість, стабільність, – збільшує економічний ефект за рахунок витрат експлуатації, але досягається це за рахунок значного зростання її вартості. Наприклад, підвищення надійності радіоелектронної  апаратури  шляхом  резервування  окремих  блоків збільшує її вартість і одночасно дає змогу зменшити кількість ремонтів. Перехід від методів проектування апаратури на дискретних елементах до проектування РЕА на ІС покращує її основні експлуатаційні параметри не шляхом ускладнення конструкції апаратури, а внаслідок застосування якісно нових методів її будови, що дає можливість підвищити економічний ефект за рахунок зміни витрат експлуатації   незалежно від вартості апаратури. Наприклад, використання ІС У цифро-аналогових перетворювачах дало змогу розташувати всі компоненти на одній платі замість чотирьох, тобто знизити витрати на виготовлення плат на  75\%  і вартість   монтажу   на   50\% [148]. Як бачимо, покращення таких експлуатаційних показників, як   надійність, швидкодія, маса, габарити і споживана потужність, не збільшило вартості радіоелектронної апаратури, а, навпаки, дало змогу її знизити.

Перехід до інтегральних схем доцільний, якщо їх використання дає економічні переваги при проектуванні, виробництві та експлуатації радіоелектронної апаратури.

При проектуванні РЕА на ІС скорочуються витрати на розробку і конструювання у порівнянні з апаратурою на дискретних елементах. З появою мікроелектроніки розробникам апаратури довелося переглянути існуючі способи і принципи побудови електронних апаратів і систем. Тісний зв’язок між розробниками апаратури і розробниками інтегральних схем дає можливість значно скоротити час (підвищити продуктивність праці розробників) на розробку РЕА на ІС у порівнянні з розробкою апаратури на дискретних елементах.

Зростання продуктивності праці розробників  пояснюється тим, що у випадку РЕА на ІС: немає потреби в розробці схем на дискретних елементах,  замінених  інтегральними  схемами;  трудомісткість  процесу

макетування значно знижується з набуттям початкового досвіду роботи з інтегральними схемами; знижується обсяг робіт з налагодження систем.

Зменшення складності конструкції РЕА з переходом   до ІС значно скоротить  обсяг  конструкторської  і  технологічної  підготовки  її виробництва за рахунок зменшення кількості креслень деталей і вузлів, схем, специфікацій та інших конструкторських документів, а відповідно і обсяг конструкторсько-копіювальних робіт, що дає змогу знизити витрати на виготовлення цієї документації. Процес розробки плат для РЕА на ІС складніший, ніж для апаратури на дискретних елементах, але значне зменшення їх кількості дає змогу майже вдвічі скоротити витрати на їх конструювання.

Таким чином, перехід до інтегральних схем дає можливість знизити вартість проектування радіоелектронної апаратури на порядок [31;148] та скоротити час від початку проектування до впровадження розробленої апаратури у виробництво. Відомо, що для радіоелектронної апаратури питання терміну служби є специфічним, оскільки тут більший вплив має моральне,    а не фізичне зношення. Ось чому скорочення термінів проектування і впровадження у виробництво нової РЕА на ІС має важливе значення. Максимальне скорочення часу проектування слід очікувати у випадку розробки обчислювальної техніки, котра має однорідну структуру і майже повністю може виконуватися на інтегральних схемах з використанням обмеженого числа їх типів. Ці висновки стосуються проектування радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах, які серійно випускаються промисловістю і мають ту перевагу, що випуск їх у великих кількостях дає змогу досягти низької їх вартості і високої надійності.

У процесі виробництва радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах досягається зниження її вартості в порівнянні з апаратурою на дискретних  елементах  у  час  всіх  етапів  виробництва,  починаючи  від витрат на придбання основних матеріалів, купованих напівфабрикатів і комплектуючих виробів й закінчуючи виготовленням деталей конструкції,

складанням, монтажем, наладкою, регулюванням і випробуванням готової продукції.

Вплив   переходу   до   інтегральних   схем   на   вартість   основних матеріалів і купованих виробів можна виявити, порівнюючи вартість ІС  з вартістю дискретних елементів і основних матеріалів, котрі вони замінюють. Зокрема для військової апаратури ці витрати були рівними вже в 1965 р. [31]. Якщо до того ж врахувати ще й витрати на складання і монтаж дискретних елементів у модулі, які замінені ІС, а також витрати на контроль, комплектування і зберігання додаткової кількості елементів (кількість дискретних елементів у 30 і більше разів вища за кількість ІС), то витрати на основні матеріали і комплектуючі вироби в РЕА на ІС нижчі, ніж в апаратурі на дискретних елементах. Так, для обчислювальної техніки з 80\% рівнем використання інтегральних схем    вартість основних матеріалів  і  купованих  виробів     становить  71\%  від  їх  вартості  для апаратури на дискретних елементах [111]. Це стало можливим завдяки тому, що темпи зниження початково високої вартості інтегральних схем майже вдвічі вищі за темпи зниження вартості інших напівпровідникових приладів, що легко пояснюється постійним зростанням процента виходу придатних інтегральних схем в результаті підвищення культури виробництва та нагромадження досвіду робітниками й інженерно- технічними працівниками.

Вартість виготовлення корпусів та інших деталей конструкції радіоелектронної апаратури на ІС   зменшується завдяки скороченню їх кількості в результаті зниження складності її конструкції. Використання ІС дає змогу скоротити кількість операцій зі складання і монтажу радіоелектронної апаратури, знизити їх складність, збільшити повторюваність і скоротити можливість виникнення помилок. В результаті витрати на складання і монтаж РЕА на ІС становлять близько 25\% від аналогічних витрат для апаратури на дискретних елементах [111].

Зазвичай трудомісткий процес настройки і регулювання у випадку радіоелектронної  апаратури на інтегральних схемах зводиться до простої перевірки функціонування, що знижує витрати на випробування на 75\%

[111], оскільки в апаратурі на дискретних елементах кожен елемент герметизований і випробовується окремо. Ця перевага РЕА на ІС зростає в міру  зростання  рівня  інтеграції,  тобто  з  переходом  до  великих інтегральних схем.

Зниження  витрат,  пов’язаних  з  реалізацією  апаратури  на інтегральних схемах, пояснюється значним зниженням її маси і габаритів, що   скорочує   транспортні  витрати,   а   також   збільшує   стійкість   цієї апаратури до динамічних навантажень, а це  знижує витрати на пакування і виплати за рекламації пов’язані з її пошкодженням у процесі транспортування. Слід зазначити, що всі переваги РЕА на ІС зростають зі збільшенням у ній процента використання інтегральних схем. Ще одним резервом зниження витрат виробництва радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах є перехід до використання великих інтегральних схем, що можуть замінювати цілі пристрої і блоки.

Перехід до розробки радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах дає змогу поряд зі зниженням витрат на проектування і виробництво, досягти покращення цілого ряду її експлуатаційних параметрів, таких, як надійність, ремонтопридатність, швидкодія, маса, габарити, споживана потужність, стійкість до динамічних навантажень і кліматичного впливу. Покращення більшості цих параметрів впливає на вартість експлуатації радіоелектронної апаратури.

Відомо, що головною перевагою РЕА на ІС є її висока надійність, що пояснюється наступним:

– сумісністю компонентів інтегральних схем.  Виробництво ІС  у єдиному технологічному циклі і виготовлення всіх компонентів за декілька операцій у строго контрольованих умовах забезпечує однакову їх надійність, а в схемах на дискретних елементах вона залежить від елемента з найнижчою надійністю. Усі компоненти ІС розраховані для спільного виготовлення і використання, а дискретні елементи виготовляють різні підприємства, в різних умовах  і  для  різних  цілей,  тому  вони  не  завжди  за  своїми

параметрами точно відповідають елементам,      з якими використовуються;

–                                                                     зменшенням    кількості         міжкомпонентних     паяних                                                                       з’єднань.

 

Основна частина цих з’єднань (за винятком зовнішніх виводів) здійснюється            в  єдиному  технологічному  процесі  одночасно  з виготовленням всіх компонентів інтегральної схеми. У твердих і гібридних інтегральних схемах число цих з’єднань скорочується на

70 – 80\%, а в тонкоплівкових вони можуть бути повністю відсутні [77].  Наприклад,  інтегральна  схема  тригера  має  92  з’єднання  і лише 14 з них є зовнішніми [31], це значно підвищує надійність, оскільки паяні з’єднання є серйозним джерелом відмовлень радіоелектронної апаратури. Ця перевага зростає зі збільшенням рівня інтеграції мікросхем;

–                                                                      захищеністю    найбільш    чутливих    елементів     схеми.     У напівпровідникових інтегральних схемах, що  виготовляються за планарною            технологією,   поверхня   схеми    захищена   плівкою двоокису кремнію, а пізніше, як і   інші типи  ІС, герметизована і надалі        не  підлягає  руйнівному  впливу   вологи   й  агресивного середовища;

– малою масою інтегральних схем. Це обумовлює високу стійкість до впливу вібрацій, ударних і лінійних навантажень.

 

Надійність систем на інтегральних схемах на порядок вища за надійність систем на дискретних елементах [111]  тому, що, крім малих габаритів і потужності розсіювання, технологія їх виготовлення дає змогу автоматизувати ручні операції, а отже, знизити ймовірність невірного використання компонентів. Таким чином, перехід до інтегральних схем збільшує надійність і довговічність систем шляхом зменшення кількості джерел відмовлень і збільшення надійності самих компонентів. Відомо [148], що надійність інтегральної схеми середньої складності (близько 30 компонентів)  з  незначною  кількістю  зовнішніх  виводів  дорівнює надійності одного планарного транзистора.

Зрозуміло,  що  експлуатація  ненадійної  апаратури  вимагає додаткових витрат на її ремонт і заміну, а також призводить до втрат від порушення виробничого ритму на підприємствах-споживачах. Скорочення часу простою апаратури в ремонті досягається шляхом збільшення її надійності і ремонтопридатності. На відміну від РЕА на дискретних елементах, що складається з блоків, апаратура на ІС будується на модулях, що дає змогу швидко її ремонтувати, замінюючи цілий модуль запасним. При  цьому  час  на  виявлення  і  усунення  пошкодження  значно скорочується, а вартість замінених частин може зрости. Але якщо врахувати, що зіпсутий модуль ремонтують пізніше у спеціалізованій майстерні, то вартість цих частин відповідає вартості заміненої ІС (відомо, що темпи зниження вартості інтегральних схем становлять 50\% на рік проти 27\% для інших напівпровідникових приладів [111;148] ). Крім того, такі ремонти будуть проводитися рідко з огляду на високу надійність ІС.

Значною перевагою РЕА на ІС    є зменшення витрат на її обслуговування. Для обчислювальної техніки на дискретних елементах щорічна вартість експлуатації вища за початкову вартість виробу в середньому на 1,5 раза [148], а для тактичного обладнання річні експлуатаційні витрати, за даними США, були вищими за його закупівельну вартість більш ніж у 10 разів [111].

Основним показником прогресу щодо розвитку обчислювальної техніки є різке зростання її швидкодії (продуктивності), котру визначають числом операцій, що виконуються за одну секунду. Використання інтегральних  схем  в  електронно-обчислювальних  машинах  дало можливість значно збільшити їх швидкодію. Це пояснюється тим, що затримка сигналу в схемах обумовлена впливом паразитних ємності та індуктивності, котрі в ІС зведені до мінімуму, в результаті різкого зменшення розмірів компонентів.

Економічні переваги від зниження маси і габаритів можна охарактеризувати вартістю перевезення додаткового вантажу різними засобами пересування. Максимальний економічний ефект від зниження маси становить 450 доларів за грам у випадку використання апаратури при

польотах у глибокий космос, при польотах по навколоземній орбіті він становить 45 дол./г, а при коротких суборбітальних польотах – 4,5 дол./г [111]. У випадку портативної апаратури економічний ефект за рахунок зменшення маси становить 1,76 дол./г,  для авіаційної РЕА  – 0,6 дол./г, а для наземної пересувної апаратури – 0,015 дол./г. [105;111]. Для стаціонарної апаратури зменшення маси та габаритів РЕА на ІС дає змогу економніше використовувати виробничі площі, що також забезпечить економію засобів близько 0,11 дол./кг [111].

Ще однією перевагою РЕА на ІС є значне зростання її стійкості до механічних навантажень. Це пояснюється тим, що маса конструкції пропорційна третьому степеню розмірів, а міцність – їх квадрату, відповідно зменшення розмірів збільшує співвідношення міцності до маси.

Зниження  споживаної  радіоелектронною  апаратурою  на інтегральних схемах потужності по-різному впливає на різні типи апаратури. У стаціонарній апаратурі проблем з живленням немає, оскільки воно може здійснюватися від джерел, розташованих на значних віддалях. Однак і тут зниження кількості спожитої енергії і потужності розсіювання зменшує витрати на живлення і охолодження апаратури і покращує умови праці обслуговуючого персоналу, а отже, підвищує її продуктивність. Для порівняння, потужність, споживана універсальною електронно- обчислювальною машиною на електровакуумних приладах «Урал-2» становила 30 кВт. без системи охолодження, машиною на базі вакуумних приладів і напівпровідників «Мінськ-1» – 14 кВт., а машиною, виготовленою на дискретних напівпровідникових приладах «Раздан-2» –

3 кВт. Потужність живлення аналогових обчислювальних машин на інтегральних схемах не перевищує 0,6 кВт.

Апаратура, призначена для використання на рухомих об’єктах, живиться або від включених у неї джерел (батареї, акумулятори), або від встановлених на об’єкті додаткових конструкцій (генератори, сонячні батареї). Зниження споживаної потужності у випадку РЕА на ІС   значно зменшує габарити і масу джерел живлення і збільшує термін їх служби. Менші витрати енергії дають змогу використати батареї меншої ємності

або при тій самій ємності джерел живлення рідше замінювати комплекти батарей чи заряджати акумулятори.

Для живлення бортової апаратури літаків і космічних кораблів використовують акумулятори, що підзаряджаються від генераторів чи сонячних батарей, а також хімічні батареї. Тут економічний ефект від зменшення потужності досягається в результаті зменшення потужності генератора (скорочуються витрати  пального), і  в  результаті зменшення маси й габаритів усіх джерел живлення. Відомо [105], що вартість однієї ват-години електроенергії хімічних батарей з терміном служби 1000 годин коливається від 3 до 10 дол., сонячних батарей з терміном служби 10000 годин 10 – 50 дол., а хімічних батарей, що використовуються сумісно з генераторами – 50 – 500 дол.

Наведені вище переваги апаратури на інтегральних схемах забезпечують зниження експлуатаційних витрат за термін служби у порівнянні  з  аналогічною  апаратурою  на  дискретних  елементах. Наприклад,  використання  короткохвильового приймача  на  ІС  вартістю

3500 дол. проти аналога на дискретних елементах вартістю 3000 дол., за термін служби дає економію у 9200 дол. [31].

Враховуючи, що РЕА на ІС має ряд  особливостей при проектуванні,

 

виробництві та експлуатації, коротко зупинимося на їх розгляді.

 

Специфіка процесів проектування і виробництва ІС залежить від особливостей технології їх виготовлення. Знання цих особливостей дає змогу повністю реалізувати ті переваги інтегральних схем, котрі вони мають у порівнянні з аналогічними схемами на дискретних елементах.

Відомо, що при виробництві напівпровідникових   ІС перевага надається активним елементам (транзисторам і діодам) над пасивними (опори і ємності), оскільки вони займають меншу площу і простіші у виготовленні. Враховуючи це, необхідно змінювати схеми так, щоб число пасивних компонентів було мінімальним.

Технологія виробництва тонкоплівкових інтегральних схем дає змогу одержати  широку  гаму  номіналів  пасивних  елементів  при  високій  їх

точності, тоді  як  досягти  високої  стабільності напівпровідникових приладів тут важко.

Отже, логічні схеми з переважанням напівпровідникових елементів краще виконувати у вигляді твердотілих ІС, а при проектуванні лінійних інтегральних схем краще використовувати тонкоплівкову технологію для виготовлення пасивних елементів і з’єднань сумісно з вмонтованими активними елементами, тобто у вигляді гібридних ІС (мікросхем).

Відомо, що проектування і виготовлення тонкоплівкових й гібридних інтегральних схем у невеликих кількостях вимагає значно менших витрат ніж  твердотілих  ІС.  У  масовому  чи  крупно  серійному  виробництві перевагу слід надавати напівпровідниковим інтегральним схемам, оскільки процес їх виготовлення можна в значній мірі автоматизувати і за один технологічний цикл обробити одночасно декілька пластин кремнію, на кожній з яких розташовано до 500 інтегральних схем. Отже, тип і параметри компонентів інтегральних схем обирають з врахуванням технології   виготовлення і, навпаки, тип схем і необхідна їх кількість можуть впливати на вибір технології їх виготовлення.

При проектуванні інтегральних схем з’являється багато специфічних процесів, що не мають місця при розробці схем на дискретних елементах. Проектована інтегральна схема перетворюється інженером-технологом у топологічне креслення схеми, де в певному масштабі зображено всі компоненти і з’єднання між ними. Пізніше виготовляють збільшені в 200 –

1000  разів     топологічні  креслення  для  всіх  операцій  технологічного процесу виробництва інтегральних схем, за якими шляхом багатократного зменшення і мультиплікації, виготовляють фотошаблони. На цьому процес проектування ІС можна вважати завершеним.

До  основних  особливостей  виробництва  інтегральних  схем відносять: нову технологію виготовлення, підвищені вимоги до чистоти вихідних матеріалів, високу точність регулювання температури і тиску, групову обробку, низький процент виходу придатних інтегральних схем, особливо на початкових етапах випуску і т.п. При виробництві ІС всі компоненти  схеми виготовляються у єдиному технологічному процесі, що

значно покращує їх технічні та економічні характеристики. Так, групова обробка напівпровідникових інтегральних схем є високопродуктивною і її економічні   переваги особливо відчутні при масовому виробництві. Позитивний ефект від групової обробки ІС значно знижується внаслідок низького процента виходу придатних інтегральних схем, що викликано невірним вибором робочих характеристик або відхиленнями в технологічному процесі, наприклад, низька якість пластин вихідного матеріалу,   не   достатньо   точне   регулювання   тиску,   температури   та кількості домішок, низька якість фотошаблонів тощо. Крім того, процент виходу придатних ІС залежить від складності схеми, фізичних її розмірів, потрібних робочих параметрів і помилок оператора. Складними вважають не ті схеми, де багато елементів взагалі (як у випадку апаратури на дискретних елементах), а ті, де велика їх різноманітність. Від різноманітності компонентів інтегральної схеми залежить кількість технологічних  операцій, а відповідно і процент виходу придатних ІС, оскільки  кожна  додаткова  операція  збільшує  ймовірність  виникнення браку. Для того, щоб виробництво ІС було економічним, процент виходу придатних схем на кожній операції повинен бути близьким до 100\%. Підвищення процента виходу придатних ІС досягається лише шляхом скрупульозного дослідження кожної операції і виявлення причин браку, а також встановленням жорсткого поопераційного контролю. Скажімо, при проведенні фотолітографії зниження процента виходу придатних ІС слід очікувати від: недбалого поводження з пластиною, неточного суміщення і низької якості фотошаблонів, пористості полімеризації фоторезисту, неякісного травлення, низької адгезії, відслоювання і розриву плівки і т.п. У значній мірі на процент виходу придатних ІС впливає також дотримання вимог вакуумної гігієни.

З наведеного видно, що інженер-схемотехнік повинен не лише добре знати технологію виготовлення, а й уміти вибирати найкращу апаратуру, що використовується у процесі проектування схем. На відміну від проектування схем на дискретних елементах, що здійснюється інженером- схемотехніком  (розробником),  конструктором  і  технологом,  розробкою

інтегральних схем займається, по суті, одна людина, що дає змогу в ряді випадків скоротити час на проектування і уникнути випадкових помилок, що часто виникають при роботі декількох спеціалістів, які розробляють різні елементи однієї системи. З набуттям розробниками певних навичок скорочується час на проектування інтегральних схем у порівнянні з часом розробки аналогічних схем на дискретних елементах.

Основні  переваги  інтегральних  схем  виявляються  при  їх використанні в радіоелектронній апаратурі, тобто при її проектуванні, виготовленні та експлуатації. Початкові етапи проектування РЕА на ІС (такі як визначення функцій системи, розробка вимог до габаритів, маси, споживаної потужності й інших технічних характеристик) майже нічим не відрізняються від аналогічних етапів проектування апаратури на дискретних елементах. Однак при розробці принципової схеми апаратури з’являються особливості, викликані наявністю ІС серійно випущених промисловістю, котрі можна використовувати в проектованій апаратурі як комплектуючі вироби. Враховуючи, що кожна ІС замінює собою певну схему, наприклад, підсилювач, тригер, мультивібратор тощо, а часом і декілька таких схем, процес розробки принципової схеми виробу значно спрощується. Ця перевага зростає у випадку застосування інтегральних схем з високим рівнем інтеграції, що можуть замінювати цілі блоки. Оскільки ІС застосовуються як комплектуючі вироби, розробників цікавлять лише їх вхідні і вихідні параметри, а отже, немає потреби в їх розрахунку, макетуванні та конструюванні схем і блоків, замінених інтегральною схемою.

Процес  конструювання  РЕА  на  ІС  можна  значно  спростити  за рахунок використання типових конструкцій вузлів, блоків і приладів у цілому, що не завжди вдається у випадку апаратури на дискретних елементах, оскільки вони на відміну від інтегральних схем мають різні конфігурацію, габарити і масу, що ускладнює можливість застосування типових (заздалегідь розроблених) конструкцій. Відомо [155], що використання типових конструкцій    знижує трудомісткість процесу розробки радіоелектронної апаратури на 40 – 66,5\% за рахунок зменшення обсягу  конструкторських  і  креслярсько-копіювальних  робіт  (на  вузли,

блоки і прилади, розроблені раніше, не потрібно оформляти конструкторську документацію), а також за рахунок скорочення витрат часу на макетування і виготовлення дослідних зразків (маючи типову конструкцію  апаратури,  залишається  розробити  лише  комплект друкованих плат і з’єднання між ними).

Час освоєння розробленої апаратури в серійному виробництві залежить від процента використання типових деталей, вузлів і блоків. Чим вищий цей процент, тим менші витрати часу на розробку і підготовку технологічного процесу виготовлення радіоелектронної апаратури, тобто на розробку    й оформлення технологічної документації, обсяг якої скорочується на 33 – 47\% [168]. Одночасно скорочуються витрати на виготовлення спеціального інструменту та оснащення. Наприклад, для формування виводів радіоелементів використовують спеціальні приспособлення, кількість яких у випадку РЕА на ІС мінімальна, бо вони випускаються у стандартних корпусах, різноманітність яких незначна.

У процесі виробництва радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах у порівнянні з виробництвом апаратури на дискретних елементах досягається зменшення собівартості за рахунок зниження трудомісткості складання, монтажу, наладки, регулювання, випробувань і збуту продукції.

Як зазначалося,  переведення РЕА на ІС  значно спрощує процес її конструювання,    зменшує матеріаломісткість і скорочує асортимент матеріалів та комплектуючих виробів, що знижує витрати на їх придбання, транспортування та зберігання на складах. Крім того, слід очікувати скорочення   витрат,   пов’язаних зі здійсненням вхідного контролю комплектуючих виробів, оскільки кількість та асортимент інтегральних схем значно менший за кількість та асортимент дискретних елементів.

Застосування типових конструкцій апаратури та блочної її системи збільшує обсяги виробництва однотипних механічних деталей конструкції (корпуси, касети, направляючі тощо), що зменшить витрати на проведення робіт   механічними  цехами  підприємства.  Слід   очікувати  зменшення обсягів робіт і в інших цехах підприємства, оскільки зменшиться потреба в додаткових  штампах,  пресформах  та  інших  видах  оснастки.  У гальванічних  цехах  скорочення  обсягів  робіт  відбудеться  не  лише  в

результаті зменшення числа механічних деталей, а й за рахунок зменшення

 

(в 4 – 10 разів) кількості друкованих плат.

 

Однак основною особливістю виробництва РЕА на ІС   є значне зниження трудомісткості робіт у складальних цехах. Це пояснюється як скороченням кількості друкованих плат, так і можливістю застосування для їх складання та монтажу високопродуктивних засобів автоматизації, а також зниженням обсягів робіт зі складання і монтажу самої апаратури, бо використання інтегральних схем скорочує кількість зовнішніх з’єднань більше, ніж у 6 разів. Кожна друкована плата є окремим блоком, а не його частиною, як часто буває у випадку апаратури на дискретних елементах, тому зменшення їх кількості значно скорочує кількість з’єднань між ними, що, в свою чергу, знижує витрати на монтаж і його контроль.

Можливість автоматизації складальних і монтажних робіт в результаті переходу   на   інтегральні схеми збільшує обсяг робіт цеху механізації і автоматизації виробничих процесів, а у випадку використання інтегральних схем власного виготовлення – збільшить і обсяг  санітарно- гігієнічних робіт у зв’язку з необхідністю дотримання правил вакуумної гігієни. Слід зазначити, що на початковій стадії переходу до виробництва РЕА на ІС потрібні додаткові кошти на стажування і навчання співробітників у заводських та інших навчальних закладах.

Основною особливістю радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах на стадії її експлуатації є покращення її параметрів у порівнянні з апаратурою на дискретних елементах, що безпосередньо впливає на ефективність її використання. Але висока вартість інтегральних схем, неминучість їх повної заміни при ремонті, необхідність у деяких випадках використання інтегральних схем власного виготовлення не дає змоги апріорі підходити до економічної оцінки використання радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах. Для цього необхідно здійснювати детальний економічний аналіз такого використання, котрий повинен грунтуватися на системі показників, що визначають економічну ефективність радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах.

Радіоелектронна аппаратура призначена для виконання широкого кола завдань і тому різні її види можуть бути охарактеризовані різними

технічними та економічними показниками. Отже, для оцінки економічної ефективності РЕА її необхідно класифікувати, тобто поділити на групи, підгрупи і види, для кожної з яких властиві певні комплекси показників. Перехід на інтегральні схеми  збільшує кількість технічних параметрів, котрі впливають на розрахунок економічної ефективності радіоелектронної апаратури, що необхідно враховувати при розробці класифікації РЕА на

ІС.

 

Всю апаратуру доцільно розбити на дві групи – наземну і бортову. Апаратура кожної з цих груп у значній мірі відрізняється   умовами експлуатації, а отже, і вимогами до неї.

Наземна радіоелектронна апаратура – апаратура, призначена для експлуатації у наземних умовах. Залежно від умов її експлуатації вона поділяється на підгрупи: стаціонарну, пересувну і портативну.

Стаціонарна радіоелектронна апаратура – апаратура, призначена для експлуатації у стаціонарних умовах і встановлена на нерухомих об’єктах.

Пересувна радіоелектронна апаратура – апаратура, призначена для встановлення і експлуатації на наземних засобах пересування (рухомих об’єктах).

Портативна радіоелектронна апаратура  –  апаратура,  пристосована для носіння, має автономне живлення і призначена для експлуатації у стаціонарних і похідних умовах.

Бортова радіоелектронна апаратура – апаратура, яка встановлена та експлуатується на неназемних рухомих об’єктах. Вона, як і наземна, поділяється на підгрупи: корабельну, авіаційну та апаратуру космічних апаратів (космічну).

Корабельна радіоелектронна апаратура – апаратура, що встановлена і експлуатується на засобах надводного і підводного пересування.

Авіаційна радіоелектронна апаратура – апаратура, котра встановлена й експлуатується на борту літальних апаратів усіх типів, що не залишають межі атмосфери.

Космічна радіоелектронна апаратура – апаратура, що встановлена й експлуатується на борту всіх штучних космічних об’єктів.

Вказані групи і підгрупи радіоелектронної апаратури залежно від призначення та умов експлуатації, а отже, і особливостей визначення економічної ефективності можуть поділятися на види. Основні види радіоелектронної апаратури, що використовується у виробничих цілях з різними системами економічних показників, такі: обчислювальна, вимірювальна, зв’язку, апаратура для ядерних досліджень, апаратура для біологічних досліджень, медична, навігаційна, апаратура для геофізичних досліджень, регулююча, радіолокаційна і апаратура життєзабезпечення. Решта видів РЕА можуть приєднуватися до вказаних видів залежно від їх призначення і системи показників, що визначають їх економічну ефективність.

Апаратура широкого вжитку не розглядається, оскільки розрахувати економічний ефект за рахунок зміни витрат її експлуатації немає можливості.

Поділ радіоелектронної апаратури на наземну і бортову обгрунтований   специфікою   її   виробництва   та   експлуатації,   котра   і визначає склад технічних й економічних показників для апаратури кожної групи з точки зору її економічної оцінки (аналізу). Оскільки умови експлуатації наземної і бортової апаратури, призначеної для виконання однакових функцій, істотно відрізняються, то виникає необхідність використання різного складу показників для кожної з цих груп. Якщо для першої групи визначальними є такі показники, як економія на витратах експлуатації, термін окупності, точність, чутливість, стабільність, ремонтопридатність, то для другої – надійність, споживана потужність, маса,  габарити,  стійкість  до  динамічних  навантажень  і  кліматичних впливів.

Істотна відмінність умов експлуатації, а отже, і показників, що визначають економічну ефективність кожної групи радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах, обумовила необхідність поділу її на підгрупи. Наприклад, для бортової корабельної апаратури показниками, що мають визначальне значення, є стійкість до кліматичних впливів, довговічність, ремонтопридатність, а для бортової авіаційної – стійкість до динамічних навантажень, габарити, маса, надійність.

Класифікація окремих видів радіоелектронної апаратури і рекомендовані показники, що визначають її економічну ефективність, подано в табл. 2.3. (Дана таблиця охоплює деякі види апаратури, не претендуючи на всю РЕА. Аналогічно можуть бути визначені показники для інших видів апаратури. У деяких випадках подані види РЕА можна розбити на підвиди, наприклад, вимірювальну апаратуру на цифрову, показуючу і осцилографічну).

Для радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах спеціфічним є кількісний склад показників економічної ефективності і їх розрахунок.

Найхарактернішими показниками технічного рівня апаратури на інтегральних схемах є: надійність, довговічність, ремонтопридатність, швидкодія (продуктивність), універсальність, стабільність, а також показники, що уточнюються на пізніших стадіях розробки РЕА (технічний проект або стадія розробки робочої документації) – споживана потужність, маса,  габарити,  стійкість  до  динамічних  навантажень  і  кліматичних впливів.

Зупинимося на  визначенні та характеристиці технічних параметрів й економічних показників, що визначають економічну ефективність радіоелектронної апаратури, які або не вказані в нормативній літературі, або  мають  специфіку  стосовно  радіоелектронної  апаратури  на інтегральних схемах.

Швидкодія – максимальний час між моментом введення інформації і часом одержання її на виході. Цей показник має важливе значення при оцінці ефективності апаратури на інтегральних схемах, особливо обчислювальної техніки, де її можна охарактеризувати часом виконання елементарної логічної операції. Затримка розповсюдження сигналу в електронних схемах завдяки використанню інтегральних схем значно знижується, тому РЕА на ІС має значно вищу швидкодію, ніж аналогічна апаратура на дискретних елементах.

Таблиця 2.3

Система показників для оцінки техніко-економічної ефективності деяких видів радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах

 

Група

Підгрупа

 

 

Вид апаратури

Економічні показники

Технічні показники

Економічний ефект на

витратах виробництва

Економічний ефект на

витратах експлуатації

Сумарний економічний

ефект

Термін окупності

Коефіцієнт відносної ефективності

Надійність

Довговічність (техн. рес.)

Ремонтопридатність

Швидкодія

Продуктивність

Універсальність

Точність

Чутливість

Стабільність

Маса

Споживана потужність

Габарити

Стійкість до динамічних навантажень

Стійкість до кліматичних впливів

Н а з е м н а

Стаціонарна

Обчислювальна

0

+

+

0

 

0

0

+

+

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вимірювальна

0

+

+

0

0

0

0

0

 

0

0

+

+

+

 

 

 

 

 

Зв’язку

0

+

+

0

 

+

0

+

 

 

 

 

+

0

 

 

 

 

 

Для ядерних досліджень

 

+

 

0

 

0

 

 

0

 

0

 

+

 

0

 

0

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

Для біологічних досліджень

 

+

 

0

 

0

 

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

Медична

+

0

0

 

0

0

0

0

 

 

 

 

+

0

 

 

 

 

 

Навігаційна

+

0

0

 

0

+

0

+

 

 

 

+

+

0

 

 

 

 

 

Пересувна

Обчислювальна

0

+

+

0

 

0

0

+

+

+

 

 

 

 

0

0

0

+

0

Вимірювальна

0

+

+

0

0

0

0

+

 

0

0

+

+

+

0

0

0

+

0

Зв’язку

0

+

+

0

 

+

0

+

 

 

 

 

+

0

0

0

0

+

0

Для геофізичних досліджень

 

0

 

+

 

+

 

0

 

0

 

0

 

+

 

+

 

0

 

 

 

+

 

+

 

 

0

 

0

 

0

 

+

 

0

Медична

+

0

0

 

 

0

0

0

0

 

 

 

+

 

0

0

0

+

0

Радіолокаційна

+

0

0

 

0

+

0

+

 

 

 

0

+

0

0

0

0

+

0

Портативна

 

Вимірювальна

 

0

 

0

 

0

 

 

+

 

0

 

0

 

0

 

 

 

0

 

+

 

+

 

0

 

+

 

+

 

+

 

 

0

 

Зв’язку

 

0

 

0

 

0

 

 

+

 

+

 

0

 

0

 

 

 

 

 

+

 

 

+

 

+

 

+

 

 

0

 

Медична

 

0

 

0

 

0

 

 

+

 

0

 

0

 

0

 

 

 

 

 

+

 

 

+

 

+

 

+

 

 

0

Б о р т о в а

Корабельна

 

Зв’язку

 

+

 

0

 

0

 

 

+

 

+

 

0

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

0

 

0

 

0

 

0

 

+

 

Навігаційна

 

+

 

0

 

0

 

 

0

 

+

 

0

 

+

 

 

 

 

+

 

+

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

+

 

Вимірювальна

 

+

 

0

 

0

 

 

+

 

0

 

0

 

0

 

 

 

0

 

+

 

+

 

+

 

0

 

0

 

0

 

0

 

+

Авіаційна

Навігаційна

+

0

0

 

0

+

0

+

 

 

 

+

+

 

+

+

+

+

0

Зв’язку

+

0

0

 

0

+

0

+

 

 

 

 

+

0

+

+

+

+

0

Вимірювальна

+

0

0

 

+

+

0

0

 

 

0

+

+

+

+

+

+

+

0

Радіолокаційна

+

0

0

 

+

+

0

+

 

 

 

0

+

 

+

+

+

+

0

Космічна

Зв’язку

+

0

0

 

0

+

+

0

 

 

 

 

+

+

+

+

+

+

+

Для біологічних досліджень

 

+

 

0

 

0

 

 

+

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

+

 

+

 

+

 

+

 

+

 

+

Життєзабезпечення

+

0

0

 

0

+

 

0

 

 

 

 

 

+

+

+

+

+

+

Вимірювальна

+

0

0

 

+

+

0

 

 

 

 

0

+

+

+

+

+

+

+

Навігаційна

+

0

0

 

0

+

0

0

 

 

 

 

+

+

+

+

+

+

+

+ –  основний показник;                             0  –  допоміжний показник

Продуктивність – кількість операцій, що здійснюються РЕА в одиницю  часу.   Наприклад,  для   обчислювальної  техніки   –   кількість операцій віднімання, додавання і т.д. за одну секунду. В загальному випадку ця величина, обернена часу спрацьовування, а в граничному випадку – величина, обернена швидкодії. Такий зв’язок продуктивності зі швидкодією свідчить про важливість цього показника   для визначення технічного рівня та економічної ефективності радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах.

Універсальність – широта використання даного пристрою для різних цілей. Основним показником універсальності є кількість різних операцій, що виконуються даним пристроєм. У випадку РЕА на ІС універсальність легко досягти за рахунок більш повного використання об’єму апаратури.

Стабільність  – стійкість параметрів роботи апаратури в часі (за час роботи). Кількісну характеристику стабільності можна одержати, визначивши зміну параметрів апаратури в часі. Стабільність визначається співвідношенням зміни параметрів до часу спостереження. Стабільність РЕА на ІС вища за стабільність апаратури на дискретних елементах, оскільки тут схеми не потребують тривалого припрацювання компонентів, до того ж, на них менше впливають кліматичні чинники і старіння.

Технічні показники – маса, габарити, споживана потужність у випадку РЕА на ІС значно кращі, ніж для апаратури на дискретних елементах. З переходом на ІС покращуються такі показники апаратури, як стійкість до динамічних навантажень і кліматичних впливів, що важливо для деяких її видів.

Економічними показниками, що характеризують ефективність радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах, є: економічний ефект за рахунок зміни витрат виробництва, економічний ефект за рахунок зміни витрат експлуатації, сумарний економічний ефект за термін служби, термін окуплення додаткових витрат і коефіцієнт відносної ефективності. Перший показник наближено може бути визначений уже на стадії ескізного проектування,  коли розроблена принципова електрична схема апаратури, а  уточнений  –  по  завершенні  технічного  проекту.  Решта  показників можуть бути визначені лише після уточнення усіх технічних параметрів,

коли  виготовлена  експлуатаційна документація на  апаратуру,  тобто  по завершенні стадії розробки робочої документації.

Економічний ефект за рахунок зміни витрат виробництва можна визначити як різницю цін порівнюваних варіантів радіоелектронної апаратури, за умов, що норма прибутку для порівнюваних варіантів буде прийнята однаковою.

За необхідності визначення ціни на ранніх стадіях проектування апаратури можна застосовувати наближені методи, описані у [130;131], з деякими змінами, що враховують специфіку РЕА на ІС.

Економічний ефект за рахунок зміни витрат експлуатації – показник, що   залежить   від   зміни   технічних   показників   і   розраховується   як алгебраїчна сума економічних ефектів за рахунок зміни всіх видів експлуатаційних витрат нової РЕА в порівнянні з аналогічною. За аналог у даному випадку вибирається апаратура того ж експлуатаційного призначення (морально не застаріла), котра має ту саму сферу використання. Аналог може бути виконаний  на дискретних елементах або з використанням інтегральних схем (зазвичай з меншим процентом використання ІС, ніж в новій апаратурі).

З метою спрощення розрахунків доцільно спочатку визначати даний показник у розрахунку на один рік (річний економічний ефект на витратах експлуатації). Економічний ефект за рахунок зміни витрат експлуатації за термін служби визначиться як добуток річного економічного ефекту за рахунок покращення усіх експлуатаційних параметрів апаратури на термін її служби.

Сумарний економічний ефект характеризує загальну економічну ефективність нової радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах і визначається як алгебраїчна сума економічного ефекту за рахунок зміни витрат виробництва та економічного ефекту за рахунок зміни витрат експлуатації протягом всього  терміну служби. На основі цього показника можна стверджувати, що апаратура високоефективна тоді, коли обидві складові більші за 0. Якщо економічний ефект на витратах виробництва і сумарний економічний ефект нижчі за 0 – апаратура неефективна. Якщо ж економічний ефект за рахунок зміни витрат виробництва нижчий за 0, а

сумарний економічний ефект вищий за 0, то для визначення економічної ефективності (доцільності впровадження) нової РЕА на ІС слід використовувати додаткові показники.

Термін окуплення додаткових витрат розраховують лише в тому випадку, коли ціна нової РЕА на ІС вища за ціну аналога, тобто коли економічний ефект за рахунок зміни витрат виробництва від’ємний. Цей показник визначає, протягом якого часу окупляться додаткові витрати на впровадження нової РЕА на ІС. За цим показником судять про економічну ефективність апаратури, прирівнявши його до нормативної величини. Вважається, що апаратуру доцільно впроваджувати у виробництво лише тоді, коли розрахунковий показник терміну окупності   менший або дорівнює його нормативній величині.

Коефіцієнт відносної ефективності визначається за наявності двох або більше варіантів покращення технічних показників, котрі неможливо

оцінити у грошовому виразі.

 

ε                                                                   = ∆Π

Ο                                                                   ∆Β

 

 

,                                                                      ( 2.25)

 

 

 

 

де                                                                   εΟ

 

–                                                                     коефіцієнт  відносної  ефективності  покращення

 

 

експлуатаційного    параметра; ∆Π – покращення експлуатаційного параметра в процентах до початкового значення; ∆Β – збільшення витрат у зв’язку з покращенням експлуатаційного параметра в процентах до початкового значення.

При одночасному покращенні декількох експлуатаційних параметрів коефіцієнт      відносної                                                                       ефективності  визначається  як        добуток          цих

коефіцієнтів по кожному з параметрів. Умовами ефективності є нерівності:

 

 

εΟ  > 1                                                        або

εΟ 2

> ε Ο 1

 

(2.26)

 

 

 

Поділ показників у табл. 2.3  на основні та допоміжні не означає ігнорування останніх. Дотримання умов економічної ефективності (визначення числових значень показників або їх меж) обов’язкове для тих і

інших. Мова йде про те, що за інших рівних умов перевага надається основним показникам, а допоміжні мають підпорядковане значення. Якщо, наприклад, покращення одного показника досягається за рахунок іншого, то перевагу слід надавати основному показнику.

Склад показників, рекомендований таблицею, не стабільний; у ній вказано лише найтиповіші випадки. Для конкретних умов експлуатації різних видів радіоелектронної апаратури на інтегральних схемах основні і допоміжні показники можуть мінятися місцями. У певних ситуаціях (різке збільшення   якихось   технічних   параметрів)   економічна   ефективність деяких видів апаратури може характеризуватися окремими показниками, не поміченими в даній таблиці. Наприклад, при різкому зниженні маси, габаритів і споживаної потужності стаціонарної апаратури у порівнянні з аналогічною, що особливо актуально для обчислювальної техніки, при розрахунку економічного ефекту за рахунок зміни витрат експлуатації слід враховувати економічний ефект за рахунок зменшення площі (частковий показник), що зайнята цією апаратурою.