Приклад: техніко-економічне обгрунтування розробки ВІС канального інтерфейсу цифрової системи передачі інформації
Техніко-економічне обгрунтування основних завдань дипломного проекту або роботи
Обсяг розділу, присвяченого техніко-економічному обгрунтуванню дипломного проекту або роботи, повинний складати 5-7 сторінок пояснювальної записки. Крім того, у відповідних розділах дипломного проекту можуть бути наведені розрахунки, пов'язані з аналізом і вибором можливих варіантів технічного рішення.
У розрахунках повинен бути використаний конкретний і фактичний матеріал, зібраний студентом під час переддипломної практики на підприємствах і у відповідності з економічним законодавством України. Так, ціни, тарифи на матеріальні й енергетичні ресурси - відповідно до ринкових (прайс-листам) чи заводських цін.
Студент зобов'язаний у процесі написання розділу консультуватися з керівником, давати на перегляд виконані частини роботи, доопрацьовувати їх відповідно до отриманих зауважень.
У цьому розділі дипломного проекту необхідно економічно обгрунтувати потребу в новій розробці, погодивши витрати та рівень якості й надійності майбутнього приладу чи автоматизованої електронної системи або мережі.
Приклад: техніко-економічне обгрунтування розробки ВІС канального інтерфейсу цифрової системи передачі інформації
1 Обгрунтування вибору для проектування канального інтерфейсу типу інтегральної схеми
Канальний інтерфейс цифрової системи передачі можна виконати з використанням серійних ІС або однієї спеціалізованої великої ІС (ВІС), що буде виготовлятися за спеціальним замовленням.
Спеціалізовані ВІС звичайно виробляються малими партіями. Такі ВІС є дорожчими порівняно із серійними, тому що вимагають тих самих витрат на розробку при набагато меншій кількості ВІС у серії. Але при використанні серійних інтегральних схем їхня кількість у проектованому пристрої становила б кілька десятків, що істотно знизило б надійність, збільшило б кількість споживаної енергії, потребувало б набагато більшої площі при тих же реалізованих функціях. В підсумку використання десятків серійних ІС виявилося б недоцільним як з технічної, так і з економічної точки зору.
Тому в дипломному проєкті вирішено будувати інтерфейс у вигляді однієї замовленої ВІС.
2 Обгрунтування виборуструктурної схеми інтерфейсу
Вибір оптимальної будови структурної схеми ВІС інтерфейсу найбільшою мірою залежить від вибору оптимальних умов формування ущільненого часового каналу.
Порівняємо ці умови за наступними критеріями:
· За кількістю функцій, виконуваних блоками інтерфейсу;
· за внутрішньою частотою;
· за вартістю реалізації інтерфейсу;
· за раціональністю використання оперативної пам'яті.
Розглянемо три способи виділення й вставлення каналів:
1 - традиційний;
2 - реалізований у прототипі;
3 - з паралельною шиною.
Традиційний спосіб полягає у виділення (або вставленні) одного ущільненого за часом каналу з 64-х вхідних групових каналів простим витягом його із загального потоку за допомогою збільшення (або зменшення) кількості інтерфейсів.
Цей спосіб невигідний, тому що зі збільшенням кількості інтерфейсів збільшується кількість комутаторів. Це призводить до збільшення об'єму обробки, виконуваної комутатором і збільшення тактової частоти у два , чотири, вісім разів порівняно з даною. В результаті зменшується кількість операцій, виконуваних окремими блоками комутатора й ускладнюється схемотехника усього пристрою в цілому.
Спосіб, реалізований у прототипі, полягає у виділенні й вставці 16-го службового каналу, якщо тактова частота збігається зі станційною частотою. Цей спосіб хоч і дозволяє усунути деякі складності схемотехнічного плану, але не вирішує проблеми в цілому, тому що не завжди ці частоти збігаються й на вирівнювання доводиться застосовувати більш складну апаратуру .
У якості оптимального обраний 3-й спосіб: виділення 16-го каналу із внутрішньої оперативної пам'яті, у яку записуються канали, що прийшли раніше синхросигналу (нульового каналу) . Все це дозволяє дещо знизити собівартість пристрою в цілому.
3 Обгрунтування вибору технології виготовлення ВІС
До розроблювального ВІС-інтерфейсу пред'являються наступні вимоги, які дозволяють більш плідно вести роботу зі створення даного пристрою:
· можливість інтегрування в існуючі цифрові системи передачі даних (зокрема побудова одно- і багатоланкових систем на основі розроблювальної ВІС);
· простота керування;
· невисока вартість.
Для забезпечення можливості інтегрування в існуючі цифрові системи необхідно застосовувати стандартні схемотехнології побудови ВІС, що є найбільш поширеними.
На сучасному етапі продуктивність тієї або іншої технології не може бути обмірювана тільки кількістю елементів (найчастіше транзисторів) на одиниці площі. Логічна функція (І-НЕ або АБО-НЕ), що реалізована по одній технології, необов'язково еквівалентна по кількості елементів відповідній логічній функції, що реалізована на основі іншої технології. Тому число елементів на одиницю площі не є основним критерієм порівняння технологій. У цьому випадку важливі й інші характеристики ВІС, реалізованих на основі різних технологій, що відбивають їхні функціональні можливості, способи реалізації логічних функцій.
Від інших типів ВІС, замовлені інтегральні схеми відрізняються наступними своїми властивостями:
· більший ступінь інтеграції;
· менша функціональна гнучкість;
· апаратна підтримка виконуваних команд.
Всі ці й деякі інші властивості дозволяють реалізовувати на них складні алгоритми обробки цифрових сигналів при відносно низьких витратах.
Таким чином, використання замовленої ВІС, реалізованої на відпрацьованій технології виробництва, істотно зменшить обмеження на складність реалізації інтерфейсу при відносно низьких витратах на виробництво.
Для вибору технології виробництва ВІС проаналізуємо ієрархії чотирьох варіантів (табл.1), враховуючи шкалу відносної важливості (табл.2).
Таблиця 1 - Можливі варіанти технологій виробництва замовленої ВІС.
| Технологія | Короткий опис (реалізована базова функція) | |
| А | ТТЛ(Ш) | Біполярна (І-НЕ) |
| В | ЕСЛ | Біполярна (АБО-НЕ) |
| С | nМДП | МДП із n-каналом (І-НЕ й АБО-НЕ) |
| D | КМДП | Комплементарна МДП ( І-НЕ й АБО-НЕ) |
Таблиця 2 - Шкала відносної важливості
| Інтенсивність відносної важливості | Визначення |
| рівна важливість | |
| помірна перевага | |
| сильна перевага | |
| значна перевага | |
| дуже сильна перевага | |
| 2,4,6,8 | проміжні судження |
Вибір робимо за критеріями, наведеними в таблиці 3.
Встановлюємо відносну вагу кожного критерію на основі матриці попарних порівнянь для обраних критеріїв (таблиця 3),
У матриці прийняті наступні позначення:
і – номер критерію;
при порівнянні 6-ох критеріїв (табл. 3) і = 1, 2, 3, 4, 5, 6;
Xi - локальний пріоритет, тобто відносна вага і-го критерію в глобальному критерії:
Таблиця 3 – Попарне порівняння критеріїв
| Критерій | 
| Xi | ||||||
| 1. Швидкодія | 1/3 | 1/7 | 1/5 | 0,664 | 0,073 | |||
| 2. Завадостійкість | 1/3 | 1/7 | 1,042 | 0,116 | ||||
| 3. Споживання | 1/3 | 1/3 | 1/5 | 1/7 | 0,460 | 0,051 | ||
| 4. Площа | 1/5 | 2,297 | 0,254 | |||||
| 5. Сумісність | 4,277 | 0,473 | ||||||
| 6. Вартість | 1/3 | 1/5 | 1/3 | 1/7 | 1/5 | 0,293 | 0,033 | |
| å | 9,033 | 1,00 |
Xi= 
, 
- сума по стовпці 
;
Порівняння проводимо так: відносна вага кожного критерію самого до себе дорівнює 1. Почнемо, наприклад, з критерію «площа»: відносно критерію «швидкодія» він має значну перевагу (за табл.2 оцінка – 7), тоді в 4-й строці, 1-му стовпчику ставимо 7, а в 1-й строці, 4-му стовпчику ставимо 1/7;
відносно критерію «завадостійкість» він має помірну перевагу (за табл.2 оцінка – 3), тоді в 4-й строці, 2-му стовпчику ставимо 3, а в 2-й строці, 4-му стовпчику ставимо 1/3;
відносно критерію «споживання» він має сильну перевагу (за табл.2 оцінка – 5), тоді в 4-й строці, 3-му стовпчику ставимо 5, а в 3-й строці, 4-му стовпчику ставимо 1/5; і т. д. порівнюємо цей критерій з іншими.
Так само порівнючи кожний критерій з іншими, заповнюємо таблицю 3.
Далі в кожній строчці перемножуємо усі 6 значень і беремо з цього добутку корінь 6-го ступеню – так заповнюємо стовпчик ; знаходимо суму по цьому стовпчику , знаходимо Xi= для кожної строки і заповнюємо стовпчик Xi.
Далі аналогічно складаємо 6 матриць попарних порівнянь альтернатив стосовно кожного критерію (таблиці 4, 5, 6, 7, 8, 9). Оскільки тепер порівнюються 4 технології по одному критерію , то і = 1, 2, 3, 4;
Xi= 
; - сума по стовпці 
.
Таблиця 4 - Порівняння альтернатив стосовно критерію «швидкодія»
| Технологія | А | В | С | D | 
| Xi |
| A | 1/5 | 1,16 | 0,19 | |||
| B | 3,96 | 0,65 | ||||
| C | 1/3 | 1/7 | 1/2 | 0,39 | 0,07 | |
| D | 1/3 | 1/7 | 0,56 | 0,09 | ||
| å | 6,07 | 1,00 |
Таблиця 5 - Порівняння альтернатив стосовно критерію «завадостійкість»
| Технологія | А | В | С | D |
| Xi |
| A | 1/3 | 1,14 | 0,21 | |||
| B | 1/5 | 1/5 | 1/7 | 0,48 | 0,09 | |
| C | 1/3 | 1,56 | 0,29 | |||
| D | 2,20 | 0,41 | ||||
| å | 5,37 | 1,00 |
Таблиця 6 - Порівняння альтернатив стосовно критерію «споживання»
| Технологія | А | В | С | D |
| Xi |
| A | 1/5 | 1/7 | 0,61 | 0,09 | ||
| B | 1/5 | 1/7 | 1/9 | 0,24 | 0,04 | |
| C | 1/3 | 1,85 | 0,29 | |||
| D | 3,71 | 0,58 | ||||
| å | 6,41 | 1,00 |
Таблиця 7 - Порівняння альтернатив стосовно критерію «площа»
| Технологія | А | В | С | D |
| Xi |
| A | 0,99 | 0,21 | ||||
| B | 1/5 | 1/3 | 1/2 | 0,24 | 0,05 | |
| C | 1/3 | 2,03 | 0,43 | |||
| D | 1/5 | 1/3 | 1,47 | 0,31 | ||
| å | 4,73 | 1,00 |
Таблиця 8 - Порівняння альтернатив стосовно критерію «сумісність»
| Технологія | А | В | С | D |
| Xi |
| A | 1/3 | 1/5 | 0,76 | 0,13 | ||
| B | 1/5 | 1/7 | 1/9 | 0,24 | 0,04 | |
| C | 1/2 | 2,41 | 0,41 | |||
| D | 2,47 | 0,42 | ||||
| å | 5,88 | 1,00 |
Таблиця 9 - Порівняння альтернатив стосовно критерію «вартість»
| Технологія | А | В | С | D |
| Xi |
| A | 3,08 | 0,56 | ||||
| B | 1/3 | 1,41 | 0,26 | |||
| C | 1/5 | 1/3 | 0,60 | 0,11 | ||
| D | 1/6 | 1/4 | 1/2 | 0,38 | 0,07 | |
| å | 5,47 | 1,00 |
Глобальний пріоритет для кожної альтернативи обчислюється як сума добутків кожного локального пріоритету на його ваговий коефіцієнт. В таблиці 10 строка «вага» - це стовпчик Xi таблиці 3, строка «ТТЛ(Ш)» - це значення Xi таблиць 4 – 9 для технології А, строка «ЕСЛ» - для технології В і т. д. Глобальний пріоритет для кожної технології розраховуємо так:
для технології «ТТЛ(Ш)»: 0,073х0,19 + 0,116х0,21 + 0,051х0,09 + 0,254х0,21 + 0,473х0,13 + 0,033х0,56 = 0,176;
для технології «ЕСЛ»: 0,073х0,65 + 0,116х0,09 + 0,051х0,04 + 0,254х0,05 + 0,473х0,04 + 0,033х0,26 = 0,100; і т.д.
Таблиця 10 - Глобальний пріоритет для кожної альтернативи
| Пріоритети | №1 | №2 | №3 | №4 | №5 | №6 | Глобальний |
| Вага | 0,073 | 0,116 | 0,051 | 0,254 | 0,473 | 0,033 | |
| ТТЛ(Ш) | 0,19 | 0,21 | 0,09 | 0,21 | 0,13 | 0,56 | 0,176 |
| ЕСЛ | 0,65 | 0,09 | 0,04 | 0,05 | 0,04 | 0,26 | 0,100 |
| nМДП | 0,07 | 0,29 | 0,29 | 0,43 | 0,41 | 0,11 | 0,360 |
| КМДП | 0,09 | 0,41 | 0,58 | 0,31 | 0,42 | 0,07 | 0,364 |
З порівняння глобальних пріоритетів різних технологій (табл.10) видно, що найбільшим є пріоритет у варіанта реалізації ВІС-комутації з використанням КМДП- технології.
Висновки: За допомогою методу аналізу ієрархій проведене порівняння чотирьох типів технологій виробництва ВІС за наступними критеріями: 1) швидкодія; 2) завадостійкість; 3) споживана потужність; 4) площа, займана на кристалі; 5) сумісність; 6) вартість. Найбільший локальний пріоритет у критерію «сумісність» (дивись табл. 3). За даними таблиці 9 локальний пріоритет за критерієм «вартість» є найвищим для технології ТТЛ(Ш). Проте найбільший глобальний пріоритет має КМДП-технологія. Тому перевага віддається технології КМД, саме вона й буде використовуватися для реалізації замовної ВІС- інтерфейсу .
4 Розрахунок показників надійності
При розрахунку визначимо наступні показники:
наробіток на відмову Т [год]:
T=1/ L,
де L— інтенсивність відмов пристрою, годин-1;
,
де li — інтенсивність відмов i-го елемента, n – кількість елементів в пристрої;
імовірність безвідмовної роботи за рік (8760 годин):
Рбр(t = 8760) = е - Lt = e - L·8760
Таблиця 11 - Інтенсивність відмов елементів
| Найменування елемента | Кількість k | Інтенсивність відмов одного елемента li,1/год | Інтенсивність відмов всіх елементів k·li , 1/год |
| Інтегральна схема | 10-6 | 1·10-6 | |
| Разом | L=10-6 |
Таким чином,
L = 10-6 [1/год];
T= 1/ L = 1/10-6 = 106 [годин];
Рбр(t = 8760) = е - Lt = e - L8760 » 0,991.
Час наробітку на відмову виробники різних електронних компонентів намагаються зробити якнайбільшим, для того щоб при інтегруванні цих компонентів в одному пристрої (на одній друкованій платі) час наробітку на відмову теж був би більшим (при інтеграції nкомпонентів час наробітку на відмову зменшується приблизно в nразів). І тому час наробітку на відмову даної БІС становить близько 114 років, тобто набагато більше строку морального старіння.
5 Розрахунок витрат на елементи інтегральної мікросхеми
Таблиця 12 - Розрахунок вартості покупних виробів
| Найменування елемента | Тип | Кількість, шт. | Ціна за одиницю, грн | Сума, грн |
| Кристал | Кремнієвий | 0,16 | 0,16 | |
| Корпус | 2123.40 - 1 | 0,40 | 0,40 | |
| Провідники | 0,032 | 1,28 | ||
| Виготовлення фотошаблона ІС | Площа, см2 | Ціна за см2, грн. | ||
| 3,5 | 1,29 | 4,51 | ||
| Разом | 6,35 |
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Белуха М.Т.Основи наукових дослiджень. - К.: Вища шк., 1997. - 271 с.
2. Лудченко А.А., Лудченко Я.А., Приймак Т.А. Основи наукових досліджень / http://socioworld.nm.ru.
3. Дмитрієва Л.Б., Швець Є.Я. Надійність та безпека біомедичної апаратури: Методичні вказівки до практичних робіт. – Запоріжжя: ЗДІА, 2005. -38 с.