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電子系統工程

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研究大型複雜電子系統的規劃、設計、製造、應用、維護和改進的工程技術。它採用定量化系統方法,對實現一定目標所必需的硬體、軟體和分系統,從系統的全局和各組成要素的相互聯繫進行全面的研究,力圖從規劃到應用的不同階段都能更好地實現最終目標。因此,電子系統工程是建造電子系統所用的各種概念、技術、方法和理論的總合。

1 電子系統工程 -簡介

研究大型複雜電子系統的規劃、設計、製造、應用、維護和改進的工程技術。它採用定量化系統方法,對實現一定目標所必需的硬體、軟體和分系統,從系統的全局和各組成要素的相互聯繫進行全面的研究,力圖從規劃到應用的不同階段都能更好地實現最終目標。因此,電子系統工程是建造電子系統所用的各種概念、技術、方法和理論的總合。

電子系統工程的最初應用,可以追溯到20世紀初對商用電話通信網路的研究,其中較著名的是電信工程師對電話排隊問題的研究。系統工程概念的具體化,是從1930年美國無線電公司在研製電視廣播系統時開始的。1940年美國貝爾電話公司在發展微波通信網時,正式採用系統工程這一名詞,應用了一套系統工程的方法,並按時間順序把工作劃分為規劃、研究、研製、工程應用和通用工程等五個階段。在第二次世界大戰中出現了運籌學,英國首先用它來確定防空雷達的配置和潛艇搜索。50~60年代,一些大型電子信息系統和航天測控系統的研究,大大推進了系統工程的發展。從1961年起,美國應用系統工程的方法,完成了歷時11年的「阿波羅」號登月計劃,使系統工程進入了比較成熟的階段。

2 電子系統工程 -建造方案

建造一個複雜的大型電子系統,分階段有計劃地進行是十分重要的。在工程的不同階段,採取合適的分析、優化、評價和決策方法,就能以最小的風險和很高的效率達到預定的目標。一般說來,電子系統工程可以分為七個階段。

①系統規劃:對現有系統進行分析研究,並根據較長遠的需要和技術發展的前景而制定出帶戰略性的技術發展規劃。

②系統計劃:按嚴密的計劃把各項工作組織起來,互相協調以保證整個系統的實現。它包括提出整個系統的範圍和基本要求,總的進度計劃等。

③系統設計:它是電子系統工程的中心環節,要對一個擬建的大型電子系統的技術經濟指標和使用效率進行論證,其中系統的總體設計十分重要。總體設計過程可以分為幾個階段。首先是提出系統的任務和要求。在此基礎上進行系統的可行性論證,提出方案設想,選擇設計參數;通過模擬研究制定總體技術方案,進行系統功能設計,提出總體框圖和全系統流程圖。隨後根據總體方案的要求,提出分系統的技術要求和分系統之間的對接技術要求。從系統的全局來看,對於由計算機、通信系統、信息獲取處理設備和控制分系統所組成的大型電子系統,各種設備和分系統的互連方式,比單項設備和分系統的工作方式和特性更為重要。因此,在總體設計過程中,在系統內部制定嚴格的標準和各種介面約定,實現各種軟體和硬體資源的共享是十分重要的。大型複雜電子系統的設計往往是一個反覆精化的過程。

④系統實現:指研製和生產活動,其中包括進行系統的技術設計和製造結果的分析和評價;進行生產過程的質量控制,確定系統工藝規程等。

⑤系統實驗:在外場的實際使用條件下或可控制的外部環境中進行全系統的運行試驗,對系統的總體使用性能進行評價,培養系統操作人員。

⑥系統運行:把系統移交給使用部門使用,其中包括制定嚴格的使用維護制度,對系統運行維護的結果進行分析和評價,提供改進系統需要的信息。

⑦系統改進:根據系統運行中存在的問題和技術發展、功能擴充而進行的技術改造工作。

3 電子系統工程 -系統方法  

在長期的工程實踐中形成和發展起來的各種定量化系統方法,是保證系統全局取得成功的重要手段。在電子系統工程中,常用的方法或技術有預測法、系統評價法、決策分析、模型化與模擬技術、管理技術等。模型化和模擬技術是電子系統工程最重要的方法。大型電子系統由於其組成、信息關係的複雜性和包含著人的決策過程,往往只能通過模擬來研究系統全局的動態行為。系統評價是根據評價的目標對評價對象的功能、特性和效果進行科學的測定,並把測定結果變換成價值,作為領導者決策的參考。大型電子系統的評價,一般是通過在計算機上建立各種評價模型並進行模擬來完成的。計劃評審法(PERT)和關鍵路徑法 (CPM)作為科學管理方法在電子系統工程中獲得了廣泛的應用。在電子系統工程中,可靠性設計和可靠性評價也是十分重要的課題。

4 電子系統工程 -理論  

運籌學和資訊理論是電子系統工程的主要理論基礎。運籌學是各種優化法的基礎,其中主要有規劃論、決策論、排隊論、庫存論、分配論、網路理論等。資訊理論是信息(信號)檢測、編碼、傳輸、處理、識別的基礎。

5 電子系統工程 -應用  

電子系統的規劃、設計和使用,一般受到經濟、技術、時間、資源、環境等多種因素的制約。在這些條件下,如何製造出滿足要求的優化電子系統,是電子系統工程要解決的問題。例如,模擬和評價技術可以用於電子系統的綜合評價,系統或某個功能部件有效性的評價,系統各部分和它們之間的相互作用對系統總體性能影響的研究,設計方案的評價和選擇,系統在各種對抗條件下的有效性的評價,系統在隨機輸入條件下的響應行為,系統的人-機特性評價和人-機功能分配等。

優化是電子系統工程的重要概念和主要方法,它可以用來解決總體動態信息過程的優化,如具有最小反應時間的系統設計,具有最小信息延遲和最大吞吐能力的系統信息流程,網路中的路徑選擇和流程式控制制等。此外,優化法還可用來解決防空雷達、通信交換中心、網路節點、測控站的合理布局,目標威脅估計和火力分配,武器系統滿足作戰要求所必需的最低限度的彈藥儲備量和電子戰中的對策等問題。在電子系統工程中,傳輸網路、交通管制、數據處理、兵器射擊都可以看作是隨機服務系統。排隊論可以用來提高服務系統的工作能力,得到良好的運行效果。

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