CC BY
18
УДК 621.3.049.75 м. Е. ОСИНКИНА
Г. Н. ЛОБОВА
АО «Омский научно-исследовательский институт приборостроения»
МЕТОД ПРОВЕРКИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ НА ОСНОВЕ 5АРТ-МЕТОДОЛОГИИ
Показано, что использование SADT-методологии улучшения качества продукции уменьшает время р азработки. Описано статистическое исследование н а двух группах участников эксперимента. Од на г руппа владела методологией структурного анализа деятельности, вторая — выполняла деятельность традиционным способом. Ключевые слова: печатная плата, SADT-методология, корреляционный метод, коэффициент ранг ов ой корреляции Спирмена.
В настоящее время область применения радиоэлектронных средств расширяется, а комплексы радиосистем становятся все более сложными. К радиотехническим устройствам предъявляют жесткие требования по снижению себестоимости, повышению надежности, уменьшению габаритов и веса. Сегодня вес и габариты стали факторами, ограничивающими применение аппаратуры, особенно в мобильных установках — на борту наземного и водного транспорта, не говоря уже о летательных аппаратах [1].
Поэтому необходимо четкое проектирование и миниатюризация печатных узлов (печатных плат), входящих в аппаратуру. Комплексная миниатюризация, существенно снижая габариты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), создает предпосылки для разработки РЭА с минимальным разнообразием по конструктивному выполнению [2]. В статье [3] было описано эффективное проектирование печатной платы с помощью SADT-методологии, где учтены все факторы влияния и требования к печатной плате.
SADT (Structured Analysis and Design Technique) — одна из известных методологий анализа и проектирования систем, предложенная Россом (Ross). SADT успешно применяют в военных, промышленных и коммерческих организациях для решения широкого спектра задач [4].
Основная цель использования этой методологии состоит в четком структурировании деятельности, которую представляют в виде системы, состоящей из блоков, разделении функций между блоками, определении входных, выходных и управляющих данных для каждого блока.
С помощью SADT-технологии проектирование печатных плат разделяют на последовательность этапов для достижения цели. Комплексное проектирование обеспечивает системный подход, так как охватывает как сам процесс проектирования, так и технологические требования к изготовлению плат [5, 6]. Современные печатные платы отвечают высоким классам точности и характеризуются многослойной топологией, при которой следует учесть необходимые расчеты теплового режима и электромагнитной совместимости (ЭМС). Моделирование по тепловым режимам и по электромагнитной совместимости должно осуществляться одновременно и интерактивно, так как они связанны друг с другом [7, 8].
В статье [3] приводились диаграммы первого и второго уровней создания печатной платы. Благо-
даря БЛОТ-методологии проектирование печатной платы становится «прозрачным» и «ступенчатым». Оно позволяет проработать каждый аспект, будь это радиотехнический, технологический или конструкторский. Такое проектирование позволяет предусмотреть и проверить зоны нагрева печатной платы и отвода тепла, установку экранов и их экранирующие свойства. Кроме того, использование БЛБТ-методологии экономически выгодно, так как время, затраченное на проектирование, уменьшается, что приводит к сокращению срока разработки изделия.
Целью данной работы является подтверждение улучшения качества и времени работы при применении БЛОТ-методологии.
Было проведено статистическое исследование с помощью двух групп участников эксперимента. Исследование заключалось в проверке печатной платы на электрическое замыкание и, при его нахождении, установлении, между какими видами «питания» или «земли» происходит замыкание.
Участникам эксперимента предварительно выданы:
а) многослойные печатные платы с заранее введенными дефектами в виде замыкания;
б) мультиметр для «прозванивания» печатной платы;
в) чертеж с расположениями шин питания и общей шины «земли» на печатной плате.
Перед участниками эксперимента ставились задачи:
1. Установить, сколько шин питания находится на печатной плате.
2. Установить, сколько шин «земли» находится на печатной плате.
3. Прозвонить печатную плату и определить шину по замыканию.
4. Установить место, где находится замыкание.
Замыкания на печатных платах были организованы с разными шинами «питания» и «земли» для более объективной проверки, исключив возможность участников заимствовать результаты у другой группы.
Так как одним из основных критериев в использовании БЛОТ-методологии при проверке печатных плат является время, то было зафиксировано начало и окончание эксперимента каждого участника.
Таким образом, две группы участников выполняли задание по поиску дефекта в печатной плате. Одна группа владела методологией структурного
Таблица 1
Время, затраченное на выполнение задания по нахождению неисправности в экспериментальной и контрольной группах участников
Группа участников, знающих БЛЭТ-технологию Контрольная группа участников, не знающих БЛЭТ-технологию
№ п/п Испытуемый Затраченное время на поиск дефекта в печатной плате, мин № п/п Испытуемый Затраченное время на поиск дефекта в печатной плате, мин
1 Р. А. 3 1 Л.П. 3
2 К.П. 3 2 Т.Л. 4
3 Ч.Л 4 3 Н.К. 5
4 Т.О. 4 4 Т.Р. 6
5 Ч.К. 5 5 С.К. 6
6 О.С. 5 6 Л.С. 7
7 С.Д. 5 7 Б.Р. 8
8 С.В. 7 8 П.Д. 10
9 Ф.К. 9 9 П.К. 10
10 Ф.Л. 10 10 В.К. 10
11 П.Т. 10 11 Б.О. 10
12 Х.Р. 10 12 Я.Е. 13
13 Ч.Е. 10 13 Р.Т. 15
14 Г.А. 11 14 Б.Ш. 16
Таблица 2
Расчет d2 для рангового коэффициента корреляции Спирмена при сопоставлении экспериментальной и контрольной групп
Группа участников, знающих БЛэТ-технологию Контрольная группа участников, не знающих БЛэТ-технологию
№ п/п Затраченное время на поиск дефекта в печатной плате, мин Ранг э № п/п Затраченное время на поиск дефекта в печатной плате, мин Ранг К
1 3 1,5 1 3 1
2 3 1,5 2 4 2
3 4 2,5 3 5 3
4 4 2,5 4 6 4,5
5 5 5 5 6 4,5
6 5 5 6 7 6
7 5 5 7 8 7
8 7 7 8 10 9,5
9 9 8 9 10 9,5
10 10 10,5 10 10 9,5
11 10 10,5 11 10 9,5
12 10 10,5 12 13 12
13 10 10,5 13 15 13
14 11 11 14 16 14
анализа деятельности, вторая группа испытуемых выполняла деятельность традиционным способом.
Результаты выполненного задания показаны в табл. 1.
Далее необходимо выяснить, существует ли корреляция в полученных значениях времени для экспериментальной и контрольной групп участников.
Учитывая, что число градаций, или уровней длительности времени невелико, целесообразно применить корреляционный метод, в котором использовать коэффициент ранговой корреляции Спирмена [9].
Основанием для выбора этого коэффициента служат: а) его универсальность, б) простота, в) широкие возможности в решении задач сравнения индивидуальных или групповых ансамблей.
Универсальность коэффициента ранговой корреляции проявляется в его применимости к любым количественно измеренным или ранжированным данным. Простота метода позволяет подсчитывать корреляцию «вручную», не прибегая к использованию компьютерных средств. Уникальность метода ранговой корреляции заключается в сопоставлении индивидуальных иерархий, или профилей, что
недоступно ни одному другому статистическому методу.
Коэффициент ранговой корреляции (г5) позволяет определить силу и направление корреляционной связи между двумя профилями признаков.
Прежде чем использовать коэффициент ранговой корреляции, укажем ограничения для этого коэффициента. К таким ограничениям относят следующие:
1.Должно быть представлено не менее пяти наблюдений. Верхняя граница выборки представляет не менее 40 [9].
2. В идеальном случае оба коррелируемых ряда должны содержать две последовательности несовпадающих значений. В противном случае необходимо вносить поправку на одинаковые ранги.
В нашем случае имеем две последовательности значений затраченного на поиск дефекта для экспериментальной и контрольной групп участников. Из табл. 1 видно, что указанные ограничения выполнены. Поэтому следует перейти к расчету коэффициента ранговой корреляции Спирмена.
Сформулируем гипотезы:
Н0: Г5ДПТ=Т=0. Корреляция между временем участников, работающих по БЛОТ-технологии, не отличается от нуля от времени участников, работавших традиционным способом, т. е. без БЛОТ-техно-логии.
Н1: Т5ДОТ^Т^0. Корреляция между временем участников, работающих по БЛОТ-технологии, отличается от нуля от времени участников, работавших традиционным способом, т. е. без БЛОТ-техно-логии.
ТДШ — затраченное время участников знающих БЛОТ-технологию;
Т — затраченное время участников, не знающих БЛОТ-технологию.
Для проверки сформулированных гипотез, про-ранжируем по формуле (1), значения времени испытуемых, работающих по БЛБТ-методологии и без нее, т. е. значения затраченного времени между экспериментальной и контрольной группами испытуемых.
= 1_ 6'pd1) ! N (N2 _1)'
(1)
где й — разность между рангами экспериментальной и контрольной групп участников, выполнивших поиск дефекта печатной платы разными технологиями; N — количество ранжируемых значений.
Далее проранжируем интервалы затраченного времени для обеих последовательностей. Припишем меньшему значению меньший ранг. Затем подсчитаем разность между рангами, каждый из которых получен в соответствующей группе. Занесем все необходимые результаты расчетов в табл. 2.
Для применения формулы (1) необходимо рассчитать разность рангов.
й = Рангэ — Рангк
где под обозначениями Рангэ, Рангк — понимаем ранги соответственно для экспериментальной и контрольной групп.
В формулу (1) необходимо подставить й2, значение которого составило 29 для данного эксперимента. В соответствии с формулой (1) коэффициент корреляции составляет значение 0,937. Заметим, что в [9] установлено при значении коэффициента корреляции г5>0,70 корреляционную связь считают сильной. Таким образом, получено значение об относительно высоком значении коэффициента корреляции.
Вывод. Полученное значение коэффициента корреляции указывает на эффективность использовании участников знаний с применением БЛОТ-методологии при нахождении дефектов в печатной плате. В статье экспериментально показано, что на основе метода ранговой корреляции, знание БЛОТ-методологии и ее использование в проектировании, в частности проверке печатных плат, позволяет создавать изделия в более короткие сроки и с качественной проработкой.
Библиографический список
1. Романова, М. П. Проектирование полосковых устройств СВЧ : учеб. пособие / М. П. Романова. — Ульяновск : УлГТУ, 2001. - 123 с.
2. Гелль, П. П. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры : учеб. / П. П. Гелль, Н. К. Ива-нов-Есипович. — Л. : Энергоатомиздат, 1984. — 536 с.
3. Осинкина, М. Е. Применение SADT-технологии в конструировании печатных плат / М. Е. Осинкина // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2012. — № 3 (113). — С. 334 — 339.
4. Марка, Д. Методология структурного анализа и проектирования / Д. Марка, К. Мак Гоуэн. — М. : МетаТехнология, 1993. — 240 с.
5. Zhang H. C. and D. Zhang Concurrent engineering: An Overview from manufacturing engineering perspectives, Concurrent Engineering : Res and App. Vol. 3, № 3, pp. 221—236, 1995.
6. Evbuomwan N. F. O., Sivaloganathan S., and Jebb A. "A state of the art report on concurrent engineering", in Anand J. Paul and Michael Sobolewski (eds) Proceedings of Concurrent Engineering : Research and Applications 1994 Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, August 29 — 31, pp. 35 — 44, 1994.
7. Skeels J. ISO 10303-227, Application protocol : Plant spatial configuration, committee draft for comment, Dec., 1994.
8. D. Leal. ISO 10303-221, Application protocol : Functional and schematic representation of process plant, committee draft for comment, Nov., 1994.
9. Сидоренко, Е. В. Методы математической обработки в психологии / Е. В. Сидоренко. — СПб. : Речь, 2003. — 350 с.
ОСИНКИНА Марина Евгеньевна, ведущий инженер-конструктор АО «Омский научно-исследовательский институт приборостроения». ЛОБОВА Галина Николаевна, кандидат физико-математических наук.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 31.08.2016 г. © М. Е. Осинкина, Г. Н. Лобова
г
