Размер текста:
A A A

Концепция разработки РТС 1

11 Июля 2014

Где мы находимся

В настоящее время разработкой радиотехнических систем в РФ занимаются государственные предприятия, бывшие НИИ, превратившиеся в коммерческие предприятия-производители, либо бывшие серийные заводы, пытающиеся организовать у себя разработку новой продукции. Ни та, ни другая модель предприятия-разработчика за более чем 20-летний срок не показала свою жизнеспособность.

Государственные предприятия-разработчики слишком забюрократизированы и не могут обеспечить необходимую степень гибкости для этого рода деятельности в кадровой политике, управлении проектами по разработке сложных систем, внедрении современных систем обеспечения реального качества и т.д.

Как результат этого – низкая производительность труда, высокая стоимость разработки, затянутые сроки, и часто низкое качество продукции. Все это, за редким исключением, не позволяет продукции российских предприятий радиопромышленности конкурировать с лучшими мировыми компаниями.

Решение проблемы видится в создании (частного?) предприятия нового типа, где ключевым процессом будет процесс разработки. В таком предприятии все остальные процессы будут обеспечивающими, и таким образом, будут созданы необходимые начальные условия для построения эффективного предприятия-разработчика. Только в таких условиях возможно создавать и развивать практически утраченную в 90-е годы инженерную и научную школу.

Технология разработки, основные трудности и пути решения

Современные радиотехнические системы (РТС) – это результат совместной работы инженеров разных специализаций, с высокой долей специального программного обеспечения. Эффективная разработка такого класса систем требует специальной технологии, гарантирующей качество разработки, в смысле обеспечения заданной функциональности при соблюдении сроков и ограничений по используемым финансовым и человеческим ресурсам.

О том, что такие технологии востребованы в мировой практике, свидетельствует, например существование в Европе и США процедур сертификации программного обеспечения продуктов в области авионики и наземных средств управления воздушным движением.

Основными технологическими причинами неудовлетворительного качества разработки, а иногда и полного провала проектов, являются плохо сформулированные требования и, как одно из следствий, неудовлетворительный уровень верификации. Это приводит к тому, что критические дефекты проявляются на позднем этапе проектирования, когда их исправление стоит в десятки и сотни раз дороже. Далеко не редкость, когда серьезные проблемы выявляются уже на этапе эксплуатации, а в этом случае поиск причин и исправление таких дефектов стоит в тысячи раз дороже.

Другой серьезной проблемой является недостаточная проработка технических рисков на раннем этапе проектирования. Опыт разработки показывает, что только несколько процентов всей работы в новом проекте является по-настоящему рискованным, и именно эта часть работы не позволяет закончить проект в срок. Для минимизации технических рисков организация-разработчик обязана постоянно проводить исследования с целью заранее проработать новые технические решения, поиска и апробирования новых технологий. Такие исследования на постоянной основе также необходимы для того, чтобы каждый новый продукт был действительно инновационным.

Существенным фактором, влияющим на сроки разработки в сегодняшних условиях, являются сроки изготовления электронных узлов. Гарантированный срок разработки и изготовления сложной печатной платы (10-14 слоев) с монтажом компонентов сегодня составляет 4-5 месяцев, из которых ‘большую часть времени занимает поставка электронных компонентов. Следующей по важности проблемой при изготовлении электроники является доступ к качественной технологии поверхностного монтажа. Предприятие-разработчик обязано либо развивать такую технологию у себя, либо установить стратегические отношения с контрактными производствами.

Повторное использование проверенных решений - основной фактор повышения производительности труда разработчиков

Основная идея повышения производительности труда при разработке РТС – это аккумулирование и повторное использование (reuse) уже проверенных решений. Понятие reuse подразумевает повторное использование всех артефактов процесса разработки, включая: требования, тесты, тестовое окружение, разработку кода и электрических схем, конструкторскую документацию. Внедрение повторного использования в реальную практику проектирования позволит сэкономить многие годы труда инженеров.

Несмотря на большое разнообразие различных изделий, в большинстве случаев можно выделить “стандартные “ компоненты, требующие наибольших усилий со стороны разработчиков.

К числу таких компонентов можно отнести:
       —  СВЧ усилители мощности различных диапазонов для сосредоточенных передатчиков
                          • 2 КВт L-Диапазон 1030/1090 МГц для использования в ВРЛ, активных многопозиционных системах 
                             наблюдения, использующих сигналы ВРЛ для вычисления местоположения источников сигнала
                          • 2 КВт L-Диапазон 1500 МГц для использования в системах ГО
                          • 1.5-1.8 КВт S-Диапазона 2700-2900/3100 МГц для использования в первичных радиолокаторах
                          • Другие частоты и мощности по требованиям Заказчика
       —  Приемные/передающие модули АФАР в перечисленных выше диапазонах, а также приемопередающие модули 
             Х-диапазона мощностью до 100 Вт
       —  Платформа для построения цифрового АФАР (ЦАФАР) любого диапазона с возможностью распределенного 
             или сосредоточенного синтеза сигнала и цифровым формированием приемных диаграмм. 
       —  Вычислительные платформы на базе систем на кристалле, сочетающие функции
                          • Многоядерных процессоров с предустановленной операционной системой, драйверами и инструменталь-
                            ной цепочкой для разработки и отладки прикладного ПО и драйверов, в том числе средства отладки 
                            реального времени
                          • Сетевых интерфейсов Ethernet с различными видами физического уровня (100BASE-TX, 1000BASE-TX/
                            FX) и с возможностью построения системы единого времени на базе протокола IEEE-1588
                          • Сопроцессоров на базе программируемой логики (FPGA), средства сопряжения сопроцессоров 
                            с центральным процессором и соответствующие драйверы ОС
                          • Утилит для низкоуровневого тестирования периферийных устройств и их драйверов
                          • Высокоскоростных мультигигабитных последовательных интерфейсов на базе технологии CDR 
                            с возможностью передачи данных по оптоволокну с использованием стандартизированных или разрабо-
                            танных под заказ протоколов, а также средства для высокоскоростной синхронной передачи данных 
       —  Цифровые синтезаторы сигналов с возможностью программного формирования сигнала практически с любыми 
             законами амплитудной или угловой модуляции. 
       —  Программно-аппаратные аналогово-цифровые компоненты для цифровой обработки сигналов – аппаратные 
             платформы с инструментальными средствами, пригодные для программирования алгоритмов цифровой обработки 
             сигналов, либо уже запрограммированные для решения задач первичной обработки радиолокационных сигналов
       —  Программно-аппаратные средства для обработки сигналов и данных различных режимов ВРЛ, например режимов 
             RBS, УВД, S или режима АЗН-В 1090 ES, в том числе средства моноимпульсной обработки.
       —  Антенны и элементы антенн, например пассивные ФАР или ДОС-ы для них, всенаправленные или секторные 
             антенны.

Все аппаратные и аппаратно-программные компоненты проходят интенсивное тестирование с использованием современного измерительного оборудования по согласованным с Заказчиком методикам.

В зависимости от особенностей того или иного изделия повторное использование может быть реализовано на разных уровнях:

  • Использование готовых компонентов: “взять и использовать прямо сейчас”: плат, блоков, шкафов, программных и аппаратных компонентов – элементов архитектуры системы
  • Использование компонентов, не оформленных конструктивно: “сконструировать под заказчика” - схемотехнических и технологических решений, форма которым придается в зависимости от требований Заказчика
  • Использование компетенций и апробированных технологий для создания новых решений под заказ

В зависимости от уровня интеграции “стандартным” можно считать электронную плату или полнофункциональный канал МВРЛ или АЗН-В в форме шкафа с ВЧ входом и выходом в виде сообщений стандартного протокола передачи данных. Причем второй подход является наиболее эффективным, т.к. позволяет кардинально уменьшить количество межсоединений, объем аппаратуры, повысить надежность, технологичность и уменьшить стоимость.

Взаимодействие организаций в проектах

Типичной ситуацией на предприятиях-разработчиках, корни которых уходят в советские НИИ и КБ, является нехватка инженерных ресурсов для поддержания высокого технического и технологического уровня аппаратуры. Положение особенно обострилось в последние годы, когда от предприятий теперь требуется создание техники мирового уровня.

Решение проблемы видится в создании отдельной компании, специализацией которой будет отслеживание новейших технологий и технических возможностей применительно к РТС и создание на их базе конкурентоспособных компонентов. Постоянный фокус компании на всех аспектах разработки позволит постоянно повышать профессиональный уровень инженеров и технического менеджмента, технологические возможности и, как результат, обеспечивать высокую производительность труда и поддерживать качество продукции на самом высоком уровне. 

Философия такого подхода базируется на слоистой модели компетенций.



             1. Технология разработки – интегрированный набор процессов, практик, организационных мероприятий, систем 
                 мотивации и пр., гарантирующий, что из начальной идеи о создании продукта будет получен опытный образец 
                 и КД на него, и эта работа будет выполнена в срок, с использованием известного ресурса и за известные средства.
             2. Инженерные компетенции – профессиональный персонал – носитель компетенций во всех необходимых 
                 для разработки областях деятельности, оборудование и приборы, средства моделирования и расчетов и пр.
             3. Готовые технические решения и компоненты – аппаратные и программные компоненты, пригодные для использо-
                 вания в радиотехнических системах.
             4. Радиотехнические системы, например МВРЛ, НС АЗН, ПРЛ и пр.
             5. Системы систем – комплексные решения для заказчика, например оборудование наблюдения для аэропорта или 
                 система посадки

В такой модели взаимодействуют два типа предприятий: Разработчики Систем и Разработчики Компонентов, причем каждый из субъектов взаимоотношений имеет возможность сконцентрироваться в своей деятельности на той области, где он действительно эффективен. Разработчики Систем получают возможность сосредоточить ресурсы больше на научных и прикладных аспектах, относящихся к области использования систем, отдав особенности реализации Разработчику Компонентов.

При таком разделении функций эффективность результата (сроки, стоимость, функциональность) будет напрямую зависеть от эффективности взаимодействия разработчиков систем и разработчиков компонентов. 

Решение проблемы эффективности этого взаимодействия лежит в области наведения порядка в управлении требованиями, а именно, в создании практик сбора, документирования, согласования, верификации и анализа требований раздельно по слоям, относящимся к области проблем и области реализации. Именно на стыке этих двух слоев требований должна формироваться техническая основа для интерфейса взаимодействия Разработчика Систем и Разработчика Компонентов.

Частью взаимодействия Разработчика Систем и Разработчика Компонентов должны стать и совместные испытания (верификация и валидация) компонентов и систем, использующих эти компоненты. Предметом этих испытаний будет проверка соответствующего оборудования на предмет соответствия требованиям. Проведение совместных испытаний по согласованным методикам должно полностью снять все потенциальные разногласия между компаниями.

Тенденции в разработке РТС

Развитие электронных компонентов и связанных с их использованием технологий в последние годы происходит экспоненциально, давая инженерам все новые возможности по наращиванию ранее недоступной функциональности и уменьшения стоимости продуктов.

Отчетливо выделяются следующие направления развития разработки РТС:

  • уменьшение стоимости аппаратной части за счет новых технологий и более интегрированных электронных компонентов 
  • возможность построения всё “более цифровых“ систем, чем раньше, приближение цифровых технологий к антенне - ЦАФАР 
  • создание программируемых цифровых РТС (ЦРТС), в которых можно получить принципиально лучшие характеристики за счет ранее не реализуемых цифровых методов обработки сигналов и данных
  • ЦРТС – это сокращение сроков и повышение качества новых разработок за счет более глубокого моделирования. При таком подходе апробирование новых технических решений выполняется на моделях, а не на реальном оборудовании
  • ЦРТС – это возможность глубокой автоматизации измерительных процессов в производстве, что повышает технологичность продукта и уменьшает затраты человеческого труда.
  • ЦРТС – это повторяемость и стабильность характеристик в процессе эксплуатации

Ожидается, что реализация перечисленных выше технических возможностей вместе с реализацией организационных и технологических мероприятий позволит в каждом новом поколении техники:

  • Уменьшать объем электронного оборудования в 2-5 раз 
  • Уменьшать стоимость электронного оборудования в 3-4 раза
  • Повышать минимальное время наработки на отказ на 20-100%
  • Уменьшить сроки разработки нового продукта с сегодняшних 5-10 лет до 2-3 лет, с соответствующим уменьшением стоимости разработки
  • Уменьшить эксплуатационные расходы за счет минимизации или полного исключения критических дефектов проекта к моменту передачи техники в эксплуатацию.
  • Уменьшить долю ручного непроизводительного труда в процессе производства и ввода объектов в эксплуатацию.