Конструирование

• Название: Конструирование
• Дата: 29.10.2022
• Размер: 259 Kb.
• Имя файла: lec04 (1).doc
• Тип: Документы; #760457
• страница: 3 из 3

4.3. Требования, предъявляемые к конструкции аппаратуры

Вновь разрабатываемая РЭА должна отвечать тактико-тех­ническим, конструктивно-технологическим, эксплуатационным, надежностным и экономическим требованиям. Все эти требо­вания взаимосвязаны, и оптимальное их удовлетворение пред­ставляет собой сложную инженерную задачу.

Тактико-технические требования.Эти требования обычно содержатся в техническом задании на аппаратуру и включают в себя такие характеристики, как вид измеряемой физической величины, диапазон измерений, точность измерений, быстродействие, объем памяти для регистрации данных, точность выполнения вычислительных операций и т. д.

В основном данные требования удовлетворяются на ранних этапах разработки аппаратуры, когда определяются состав изделия, его структура, математическое обеспечение, основные требования к отдельным устройствам.

Конструктивно-технологические требования.К этим требо­ваниям относят: обеспечение функционально-узлового принципа построения конструкции РЭА, технологичность, минимальную номенклатуру комплектующих изделий, минимальные габариты и массу, меры защиты от воздействия клима­тических и механических факторов, ремонтоспособность.

Функционально-узловой принцип конструирования заключается в разбиении принципиальной схемы изделия на такие функционально законченные узлы, ко­торые могут быть выполнены в виде идентичных конструк­тивно-технологических единиц. Применение этого принципа конструирования позволяет автоматизировать процессы изго­товления и контроля конструктивных единиц, упростить их сборку, наладку и ремонт.

Технологичность конструкции в сущест­венной степени определяется рациональным выбором ее струк­туры, которая должна быть разработана с учетом автономного, раздельного изготовления и наладки основных элементов, узлов, блоков. Конструкция РЭА тем более технологична, чем меньше доводочных и регулировочных операций приходится выполнять после окончательной сборки изделий.

Понятие технологичности тесно связано с понятием эко­номичности воспроизведения в условиях производства. Наибо­лее технологичные конструкции, как правило, и наиболее экономичны не только с точки зрения затрат материальных ресурсов и рабочей силы, но и с точки зрения сокращения сроков освоения в производстве. Для них обычно характерны взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность, инструментальная доступность элементов и узлов.

В технологичной конструкции должны максимально ис­пользоваться унифицированные, нормализованные и стандарт­ные детали и материалы. Аппаратура считается также более технологичной, если в ней предусматривается минимальная номенклатура комплектующих изделий, материа­лов, полуфабрикатов.

Необходимость разработки для изделий новых материалов с улучшенными свойствами или новых техноло­гических процессов определяется технико-экономическим эффек­том их использования в данной аппаратуре.

Конструкция РЭА, и ГИП в особенности с учетом условий ее эксплуатации, должна иметь минимальные габариты и массу, что особенно важно для бортовой аппаратуры, где ее объем и масса ограничиваются размерами и мощностью летательного аппарата, и для переносных (носимых) приборов, предназначенных для производства измерений в полевых условиях, в шахтах и горных выработках.

В конструкции аппаратуры необходимо предусматри­вать меры защиты от воздействия климатических и механи­ческих факторов, состав и значение которых определяются объектом, где будет эксплуатироваться разрабатываемая РЭА.

К числу важных характеристик конструкции РЭА следует также отнести ремонтоспособность - качество конструкции к восстановлению работоспособности и поддержанию заданной долговечности. Для повышения ремонтоспособности в конструкции предусматривают:

а) доступность ко всем конструктивным эле­ментам для осмотра и замены без предварительного удаления других элементов;

б) наличие контрольных точек для под­соединения измерительной аппаратуры при настройке и контроле за работой аппаратуры;

в) применение быстросъемных фиксаторов и т. д.

Конструкция аппаратуры тем ремонтоспособнее, чем мень­шую конструктивную единицу она позволяет оперативно за­менять.

Эксплуатационные требования.К эксплуатационным требо­ваниям относят: простоту управления и обслуживания, различные меры сигнализации опасных режимов работы (выход из строя, обрыв заземления и т. д.), наличие аппаратуры, обеспечивающей профилактический контроль и наладку кон­структивных элементов (стенды, имитаторы сигналов и т. д.). В последнее время развивается направление построения систем высокой надежности и живучести, имеющих в своем составе средства самодиагностики и автореконфигурации системы.

С эксплуатационными требованиями тесно связаны требования обеспечения нормальной работы оператора. Важна также такая организация органов управления РЭА, которая бы отвечала современным эргономическим требованиям и требо­ваниям инженерной психологии.

Требования по надежности.Данные требования включают в себя обеспечение:

1) вероятности безотказной работы,

2) наработки на отказ,

3) среднего времени восстановления работоспособности,

4) долговечности,

5) сохраняемости.

Вероятность безотказной работы есть вероятность того, что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работы в аппаратуре не произойдет ни одного отказа.

Наработкой на отказ называют среднюю продолжительность работы аппаратуры между от­казами.

Среднее время восстановления работоспособности определяет среднее время на обнаружение и устранение одного отказа. Эта характеристика надежности является также важным эксплуатационным параметром.

Долговечностью прибора называют продолжительность его работы до полного износа с необхо­димыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Под полным износом при этом понимают состояние аппаратуры, не позволяющее ее дальнейшую эксплуатацию.

Сохраняемость аппаратуры - способность сохранять все технические характерис­тики после заданного срока хранения и транспортирования в определенных условиях.

Экономические требования.К экономическим требованиям относят:

1) минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуа­тацию изделия;

2) минимальную стоимость аппаратуры после освоения в производстве.

Тесная связь предъявляемых к аппаратуре требований приводит к тому, что стремление максимально удовлет­ворить одному из них ведет к необходимости снизить зна­чение других. Так, желание увеличить надежность вве­дением структурной избыточности неизбежно влечет за собой увеличение габаритов, массы, мощности потребления, стои­мости. В данном случае выходом служит дальнейшее повышение степени интеграции микросхем.

Соотношение между различными требо­ваниями может быть установлено исходя из типа, назначения и характера эксплуатации проектируемых изделий.

Для больших универсальных ГИВС наиболее важное тре­бование — обеспечение максимального быстродействия, посколь­ку оно в существенной степени определяет их производи­тельность. Наименее важное требование - обеспечение неболь­ших габаритов и массы.

Для универсальных встраиваемых приборов наиболее важные требования - высокая надежность и малая стоимость в серийном про­изводстве.

Приборы для массового потреб­ления должны, прежде всего, иметь малую стоимость. Дости­жение высокого быстродействия для этого класса приборов - желательное, но не обязательное требование. Обычно стремятся достичь относительного высокого быстродействия, доступного в определенной ценовой категории.

Бортовые изделия должны обладать высокой степенью надежности. При этом стоимость приборов в некоторых случаях не имеет существенного значения.

Применение РЭА в комплексах геофизической техники накладывает на их конструкцию дополнительные жесткие требования. Это связано с тем, что при комплексном использовании успех выполняемой технологической операции в целом, например, каротажа скважины, может зависеть от правильной и безот­казной работы даже одного прибора.

О ремонте какого-либо прибора в составе ГИВС в процессе эксплуатации не может быть и речи. Здесь должна быть обеспечена воз­можность быстрой замены вышедших из строя блоков запас­ными. Поэтому основным требованием к приборам, установленным в ГИВС, является надежность. Не менее важные требования - способность работать практически во всех извест­ных условиях эксплуатации, ремонтоспособность, малые габа­риты, масса, мощность потребления.

4.4. Показатели качества конструкции аппаратуры [1, 2]

Большое разнообразие РЭА требует от разработчиков знания наборов показателей, по которым можно сравнивать существующие модели РЭА. Важнейшую роль при этом будут играть эксплуатаци­онные и экономические показатели. С ними непосредственно связаны пара­метры, характеризующие РЭА как объект конструкторско-технологической разработки. К таким показателям следует в первую очередь отнести сле­дующие:

Сложность конструкции ЭА:

C = K₁(K₂N + K₃M), (4.4.1)

где N - число составляющих элементов, М - число соединений; К_i - масштабный и весовые коэффициенты соответственно.

Выражение (4.4.1) связывает число составляющих РЭА интегральных микросхем, полупроводниковых приборов, электрорадиоэлементов, элемен­тов коммутации с числом разъемных и неразъемных соединений между ними, что определяет габариты, массу, надежность и другие общие параметры РЭА.

Число элементов, образующих ЭА:

N = n_ji, (4.4.2)

где Ny - число устройств в РЭА, Кn - число типов применяемых элементов; n_ji - число элементов i - типа, входящих в j - устройство.

Объем РЭА:

V = V_N + V_C + V_K + V_УТ,

где V_N - общий объем интегральных микросхем и электрорадиоэлементов, образующих ПЭА, V_C - объем, занимаемый всеми видами соединений, V_K - объем несущей конструкции, обеспечивающей прочность и защиту ПЭА при транспортировании и эксплуатации, V_УТ - объем теплоотводящего устройства.

Коэффициент интеграции, или коэффициент использования физиче­ского объема

q_и = V_N/V

характеризует степень использования физического объема РЭА элементами, выполняющими полезную функциональную нагрузку, т. е. непосредственно определяющими электрическую схему РЭА (q_и всегда меньше 1 и приближа­ется к ней с использованием больших интегральных схем).

Общая масса РЭА, определяемая как сумма масс, входящих в состав РЭА устройств:

m = m_N + m_C + m_К +m_УТ.

Общая мощность потребления ЭА:

P = p_j,

где p_j - мощность потребления j - устройства. Для цифровых устройств потребляемая ими мощность зависит от средней мощности потребления электронных компонентов. Известно, что 80 — 90 % мощности потребления рассеивается в виде теплоты и определяет тепловой режим РЭА и соответст­вующие перегревы элементов конструкции.

Общая площадь, занимаемая РЭА:

S = s_j,

где s_j - площадь, требуемая для эксплуатации j - устройства РЭА.

Собственная частота колебаний конструкции (элемента, устройства или всей ЭА):

f_o = (1/2) ,

где К - коэффициент жесткости конструкции, m - масса конструкции РЭА.

Степень герметичности конструкции ЭА, определяемая количеством газа, истекшем из определенного объема конструкции за известный отрезок времени:

D = V_oP/_сл.

где V_o - объем герметизированной части РЭА, _сл - срок службы РЭА, P - избыточное давление газа в конструкции РЭА.

Вероятность безотказной работы РЭА p(t) и средняя наработка на отказ Т_ср - показатели надежности ЭА (будут рассмотрены далее).

Степень унификации РЭА:

К_ун = N_ун/N,

где N_yн - количество унифицированных элементов, a N - общее количе­ство примененных в РЭА элементов.

Коэффициент автоматизации конструкторских работ:

К_а = М_а/М,

где М_а - количество конструкторских работ, выполненных с применением ЭВМ, М - общее число конструкторских работ при проектировании РЭА.

Важнейшим параметром, определяющим большинство эксплуатаци­онных, конструкторских и экономических характеристик разрабатываемой РЭА, является технологичность, общее понятие о которой будет рассмотрено отдельно.
Литература

1. 
   Ивченко В.Г. Конструирование и технология ЭВМ. Конспект лекций. - /Таганрог: ТГРУ, Кафедра конструирования электронных средств. – 2001. - http://www2.fep.tsure.ru/russian/kes/books/kitevm/lekpart1.doc
   
2. 
   Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. – М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 528 с. URL: http://slil.ru/22574041/529407141/Konstruktorsko-tehnologicheskoe_proektirovanie_elektronnoj_apparatury.rar
   
3. 
   ГОСТ Р 15.201-2000. Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство.
   

Главный сайт автора Лекции по конструированию аппаратуры

О замеченных опечатках, ошибках и предложениях по дополнению: [e-mail].

Copyright ©2006 Davydov А.V.