При конструкторском проектировании (или, иначе, конструировании) выбирается структура пространственных, энергетических и временных взаимосвязей частей конструкции, связей с окружающей средой и объектами, определяются материалы и виды обработки; устанавливаются количественные нормы (для связей, материалов и обработок), по которым можно изготовить изделие, соответствующее заданным требованиям.
Взаимосвязи в конструкциях ЭВМ могут иметь различную природу, чаще всего электрическую, оптическую, тепловую и механическую.
Конечным итогом процесса конструирования является комплект технических (конструкторских) документов, отображающий всю совокупность задаваемых норм на вновь разрабатываемое изделие.
Процесс разработки ЭВМ (как и любого другого изделия) обычно состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. Работа, выполненная на этих этапах подразделяется на научно-исследовательскую (НИР) и опытно-конструкторскую (ОКР).
Последовательность этапов разработки ЭВМ, выполнения работ и стадий выпуска конструкторской и технологической документации на этих этапах устанавливается государственными стандартами.
При проведении НИР выявляется принципиальная возможность создания ЭВМ, прорабатываются теоретическое и экспериментальная части разработки. В частности, осуществляется выбор и формулировка цели проектирования, обосновываются исходные данные, определяются принципы построения ЭВМ. По сути основной целью НИР является выяснение принципиальной возможности реализации выбранных принципов и решений. Объём конструкторской работы при выполнении НИР, как правило, не слишком велик, так как в этот период ведётся исследование и разработка лишь принципиально новых конструкций отдельных составных частей изделия.
Если НИР завершается отрицательным результатом, то это свидетельствует либо о неперспективности данной разработки, либо о том, что постановка её на современном уровне развития науки и техники преждевременна.
НИР вообще может не проводиться, если разработка новой ЭВМ не связана с принципиально новыми техническими решениями, а базируется на достигнутых ранее итогах.
В результате проведения НИР выполняется научно-технический отчёт с рекомендациями (или нерекомендациями) на проведение ОКР и составляется техническое задание.
Собственно разработка новой ЭВМ проводится в рамках ОКР. Основываясь на результатах НИР, ОКР имеет целью оптимальное инженерное её воплощение.
Техническое задание является основным документом на проведение ОКР. Оно составляется исполнителем на основании требований, предъявляемых к изделию заказчиком, и устанавливает основное назначение и показатели качества изделия, технические, технико-экономические, производственные и специальные требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, объёмом, срокам и стадиям разработки, комплектности и составу технической документации, порядку испытаний и ввода изделия в промышленную эксплуатацию, объёмам финансирования и др.
Технические требования являются важнейшей частью технического задания, поскольку ориентировочно определяют характеристики будущей ЭВМ.
Отдельные стадии разработки могут не планироваться, если разрабатывается несложная конструкция или проводится модернизация изделия, не связанная с принципиальными изменениями.
При разработке такого сложного изделия, как ЭВМ на основании общего технического задания составляются частные технические задания на отдельные составные части (устройства, блоки, узлы), разработка которых может выполняться различными субподрядными организациями, подразделениями, службами. Объём производственных и экономических требований в частном техническом задании меньше, однако технические требования излагаются более подробно и содержат дополнительные данные.
В процессе выполнения ОКР проводятся все конструкторские и технологические расчёты, а также необходимые экспериментальные исследования. ОКР заканчивается разработкой полного комплекта конструкторской и технологической документации на изделие и предъявление заказчиком опытного образца или опытной партии изделия, выполненного по этой документации.
ГОСТ 2.103 – 68 устанавливает стадии разработки изделий и выпуска конструкторской документации при ОКР, а также определяет основные этапы выполнения работ на этих стадиях (табл. 5).
Техническое предложение, эскизный проект, технический проект относятся к проектным стадиям. Соответственно и документацию на изделие, выпускаемую на этих стадиях, называют проектной .
Техническое предложение – совокупность конструкторских документов, которые содержат технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания и различных вариантов возможной реализации изделий, сравнительной оценки решений с учётом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентные исследования.
При разработке ЭВМ на стадии технического предложения прорабатываются следующие основные вопросы: обзор научно-технической литературы, патентов и нормативно-технических документов по рассматриваемой тематике; определение принципиальной возможности создания заказываемой ЭВМ; предварительные предложения по структуре ЭВМ и её элементной базе; формулировка общих рекомендаций по разработке нескольких возможных вариантов конструкций ЭВМ; предварительное определение состава математического обеспечения; составление перечня организации-соисполнителей ОКР, уточнение объёмов, стоимости и сроков разработки, выработка предложений по уточнению технического задания.
После уточнения, согласования и утверждения заказчиком технического задания и приёмки технического предложения приступают к разработке эскизного проекта.
Эскизный проект – совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общие представления об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габариты изделия. На этой стадии выбранный вариант конструкции подвергается детальной проработке для выявления возможности наиболее полного удовлетворения всех предъявляемых к нему требований. Прорабатываются в основном следующие вопросы: теоретико-экспериментальные исследования по направлениям, намеченным на стадии технического предложения; выбор оптимального по ряду признаков варианта, подлежащего дальнейшей разработке, т.е. осуществляется выбор главного направления конструирования ЭВМ и её составных частей; разработка технических решений, направленных на обеспечение показателей надёжности ЭВМ, технологичности, стандартизации и унификации конструкции, эргономики технической эстетики, техники безопасности и конкурентоспособности и др.; обоснование и выбор схемной реализации; составления технического задания на разработку новых компонентов, а также контрольно-измерительной аппаратуры; описание ЭВМ в целом и по устройствам; макетирование для отработки электрических схем, тепловых режимов, электромагнитной совместимости; предложения по уточнению технического задания.
После согласования, защиты и утверждения эскизный проект служит основанием для следующей проектной стадии – технического проекта.
Технический проект – совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и исходные данные для разработки рабочей документации. Здесь проводится детальная отработка схемных и конструкторских решений (на уровне чертежей на все важные узлы, блоки, устройства), отрабатывается система математического обеспечения; разрабатываются технология изготовления составных частей ЭВМ и средства автоматизации её проектирования и изготовления; выполняются пространственные компоновочные эскизы и макеты, позволяющие оценивать паразитные связи тепловые режимы, удобство монтажа, ремонта, эксплуатации и защиту от внешних воздействий, изготавливаются узлы и блоки, которые проходят необходимые контрольные испытания; проверяются и оцениваются технологичность конструкций, степень соответствия их современному уровню микроэлектроники и комплексной микроминиатюризации, степень унификации и стандартизации и т.д.
Послесогласования, защиты и утверждения технического проекта переходят к рабочему проектированию ЭВМ.
Рабочий проект – это совокупность рабочей конструкторской и технологической документации, предназначенной для изготовления и испытания опытного образца, опытной партии, серийного (массового) производства. Рабочий проект является завершающей, наиболее ответственной стадией разработки ЭВМ.
На стадии рабочего проекта разрабатывается полный комплект конструкторских документов, необходимых для изготовления, проверки, изучения и эксплуатации ЭВМ, технология изготовления отдельных узлов и ЭВМ в целом, изготовляются опытные образцы основных узлов и ЭВМ, составляются программы предварительных (заводских) испытаний основных узлов и ЭВМ, проводятся эти испытания, корректируются по результатам испытаний документация. При этом под опытным образцом понимают обычно ЭВМ, изготовленную по вновь разработанной рабочей документации для проверки его соответствия техническому заданию, проверки конструкторских решений, определение объёма и характера последующей и необходимой корректировки конструкторских документов и подготовки технологического оснащения производства.
Для оценки качеств опытного образца ЭВМ создаётся государственная или межведомственная комиссия. Она оценивает степень соответствия разработки всем требованиям технического задания, полноту и качество выполнения конструкторской и технологической документации, даёт рекомендации по целесообразности передачи новых ЭВМ в серийное производство. При необходимости определяется перечень нужных доработок и проводится дополнительные испытания ЭВМ. Приёмкой опытного образца ОКР практически завершается, и комплекты конструкторской и технологической документации передаются на производство для организации серийного или массового выпуска ЭВМ.