ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.05.2019
Просмотров: 658
Скачиваний: 4
Тема 1 Конструкторское обеспечение производства ЭВМ
Электронное средство – изделие и его составные части, в основу функционирования
которых положены принципы преобразования электромагнитной энергии.
Под
термином
«электронная
аппаратура»
подразумевается
любой
тип
радиоэлектронной, электронно-вычислительной и управляющей аппаратуры, построенной с
использованием микроэлектронной элементной базы.
В современной учебной и научно-технической литературе широко применяются
термины «радиоэлектронная аппаратура – РЭА», «компьютер», «электронная вычислительная
машина – ЭВМ», «электронно-вычислительная аппаратура – ЭВА», «электронно-
вычисли¬тельные средства – ЭВС», «радиоэлектронные средства – РЭС», «биомедицинская
аппаратура» и др. Принципиальных различий между этими терминами с точки зрения
конструкторско-технологи-ческого проектирования нет. Поэтому можно использовать термин
«электронные средства – ЭС».
С кибернетической точки зрения ЭС (РЭС) можно представить в виде «черного ящика»
(рис. 1.1), имеющего
1
2
,
, ... ,
n
у у
у
– выходные параметры (например, для приемника это –
выходная мощность, диапазон частот, чувствительность, масса, габаритные размеры, стоимость,
показатели надежности), в общем случае это основные свойства РЭС;
1
2
,
, ... ,
m
x x
x – первичные
параметры (параметры элементов РЭС: величины сопротивлений резисторов, параметры
транзисторов, микропроцессоров, конденсаторов, масса электрорадиоэлементов – ЭРЭ, их
габаритные размеры), влияющие на выходные параметры;
1
2
,
, ... ,
l
е е
е
– входные параметры
(например, уровень входного сигнала, напряжение питания);
1
2
,
, ... ,
h
z z
z
– параметры внешних
воздействий (температура, влажность, параметры механических воздействий, колебания
напряжения в сети).
Рисунок 1.1 – Кибернетическая модель ЭС «черный ящик»
Такое представление ЭС дает возможность установить связь между выходными и
входными параметрами, внешними воздействиями в виде «функции связи»:
,
,
j
i
f
h
y
x
e
z
,
(1.1)
где j = 1, 2, ... , n; i = 1, 2, ... , m, f = 1, 2, ... , l, h = 1, 2, ... , k.
1.1 Организация и этапы разработки и постановки на производство
Согласно действующим в РФ стандартам, можно выделить следующие стадии (и
составляющие) жизненного цикла ЭС:
1. Исследование и обоснование разработки (научно-исследовательские работы (НИР),
проект, маркетинговые исследования).
2. Разработка (проектирование, опытно-конструкторские работы (ОКР)).
3. Производство (постановка на производство, единичное повторяющееся, серийное,
массовое производство).
4. Поставка.
5. Эксплуатация (применение, хранение).
6. Ремонт (для ремонтируемых изделий).
z
1
z
2
…
z
k
x
1
,
x
2
, …,
x
m
e
1
e
2
e
l
y
1
y
2
y
n
7. Обеспечение эксплуатации и ремонта предприятиями промышленности.
8. Снятие с производства, ремонта, эксплуатации.
9. Утилизация.
Весь процесс разработки ЭС состоит из двух этапов: научно-исследовательская работа
(НИР) и опытно-конструкторская работа (ОКР) (рис. 1.2).
Рисунок 1.2 – Стадии разработки ЭС
На этапе НИР осуществляется разработка ТЗ и технического предложения.
Основанием для выполнения ОКР является ТЗ, утвержденное заказчиком, и договор
(контракт) с ним. ТЗ является основным исходным документом для разработки продукции. Оно
должно содержать технико-экономические требования к продукции, определяющие ее
потребительские свойства и эффективность применения, перечень документов, требующих
совместного рассмотрения, порядок сдачи и приемки результатов разработки. Конкретное
содержание ТЗ определяют заказчик и разработчик, а при инициативной разработке -
разработчик.
ТЗ на разработку в общем случае может состоять из следующих разделов:
1. Наименование и область использования продукции.
2. Основание для разработки.
3. Цель и назначение разработки.
4. Источники разработки.
5. Технические требования.
6. Экономические требования.
7. Стадии и этапы разработки.
8. Порядок контроля и приемки продукции.
9. Примечания.
На любом этапе разработки продукции при согласии заказчика и разработчика в ТЗ
могут быть внесены изменения и дополнения, не нарушающие условия выполнения
обязательных требований.
Взаимосвязь стадий разработки КД и этапов создания ЭС показана в табл. 1.1 (ГОСТ
2.103- 68).
Таблица 1.1 – Стадии разработки КД
Стадия разработки КД
Этапы выполнения работ
Обязательные документы
Техническое
предложение
Объем работ, проводимых на стадии
технического предложения, установлен
ГОСТ 2.118–73.
1. Ведомость технического
предложения,
Определение по ГОСТ
2.103–68
1. Подбор материалов.
2.
Разработка
технического
предложения
с
присвоением
документам литеры «П».
3.
Рассмотрение
и
утверждение
технического предложения.
2. Пояснительная записка –
ПЗ.
Эскизный проект
Определение по ГОСТ
2.103–68.
Объем работ, проводимых на стадии
эскизного проекта, установлен ГОСТ
2.119–73.
1. Разработка эскизного проекта с
присвоением документам литеры «Э».
2. Изготовление и испытание макетов
(при
необходимости).
3.
Рассмотрение
и
утверждение
эскизного
проекта.
1. Ведомость эскизного
проекта,
2. Пояснительная записка –
ПЗ.
Технический проект
Определение по ГОСТ
2.103–68.
Объем работ, проводимых на стадии
технического
проекта,
установлен
ГОСТ 2.120–73.
1. Разработка технического проекта с
присвоением документам литеры «Т».
2. Изготовление и испытание макетов
(при
необходимости).
3.
Рассмотрение
и
утверждение
технического проекта.
1. Ведомость технического
проекта,
2. Пояснительная записка –
ПЗ,
3. Чертеж общего вида –
ВО.
Рабочая
конструкторская
документация:
Определение по ГОСТ
2.103–68.
а) опытного образца
(опытной
партии)
изделия,
предназначенного для
серийного (массового)
или
единичного
производства
б)
серийного
(массового)
производства
Объем работ, проводимых на стадии
рабочей
конструкторской
документации, установлен ГОСТ 2.121–
73.
1. Разработка КД, предназначенной для
изготовления и испытания опытного
образца
(опытной
партии),
без
присвоения литеры.
2а. Изготовление и предварительные
испытания опытного образца (опытной
партии).
3а. Корректировка КД по результатам
изготовления
и
предварительных
испытаний опытного образца (опытной
партии) с присвоением документам
литеры «О».
4а. Приемочные испытания опытного
образца (опытной партии).
5а. Корректировка КД по результатам
приемочных
испытаний
опытного
образца
(опытной партии) с присвоением
документам литеры «О1».
1. Чертеж детали,
2. Сборочный чертеж,
3. Спецификация.
Литера КД:
–предварительного
испытания – «О»;
– приемочных испытаний –
«О
1
»;
– повторных приемочных
испытаний – «О
2
»;
– испытаний установочной
серии – «А».
2б.
Изготовление
и
испытание
установочной серии по КД с литерой
«О1».
3б. Корректировка КД по результатам
изготовления
и
испытания
установочной серии, а также оснащения
технологического
процесса
изготовления изделия, с присвоением
документам литеры «А».
Разработка документации, изготовление и испытания опытных образцов
продукции
В разработке электронных систем и их частей принимают участие инженеры различных
специальностей:
1) инженеры-электроники-системотехники;
2) инженеры-электроники-схемотехники;
3) инженеры-конструкторы (включая инженеров-дизайнеров);
4) инженеры-технологи;
5) инженеры-математики (или прикладники-математики);
6) инженеры-экономисты и плановики и др.
Этих специалистов условно принято делить на три основные группы: разработчики,
конструкторы, технологи.
Разработчики определяют идеологию построения системы, ее структуру, а также
устанавливают функции входящих устройств, обосновывают и выбирают элементную базу,
разрабатывают логическую и схемную реализацию ЭС, математическое обеспечение.
Конструкторы осуществляют конструирование системы в целом и ее составных частей
(сборочных единиц, деталей) на основании схемотехнических решений (электрических
принципиальных и других схем), принятых разработчиками.
Технологи разрабатывают технологические процессы изготовления компонентов
(деталей, узлов) и сборки ЭС, а также необходимую для производства оснастку и специальное
технологическое оборудование.
1.2 Условия эксплуатации аппаратуры
Свойства ЭС полностью проявляются в реальных условиях эксплуатации. Снижение
надежности функционирования ЭС возможно под влиянием двух групп факторов:
– субъективных (к ним относятся конструкторские, технологические и
эксплуатационные ошибки и недоработки);
– объективных (к ним относятся внешние воздействия и собственные
дестабилизирующие факторы). При длительной эксплуатации происходит также физический
износ деталей и протекают необратимые процессы старения материалов.
К внешним воздействиям относят:
– механические,
– климатические,
– радиационные.
К собственным дестабилизирующим факторам относят взаимное влияние
электрических, магнитных и тепловым полей, создаваемых элементами ЭС, а также собственные
вибрации, вызываемые работающими электромеханическими устройствами электронных
систем.
Схема воздействия дестабилизирующих факторов: воздействие фактора → изменение
параметров элементов (ФЭ, ЛС, КЭ) → изменение параметров (состояния) ЭС.
Механические воздействия подразделяются на статические и динамические. Из них
наибольшую опасность представляют динамические механические воздействия, включающие
вибрации, удары, линейные ускорения, акустические удары. Количественно эти виды
воздействий характеризуются диапазоном частот колебаний, а также их амплитудой,
ускорением, временем действия. Также часто используют коэффициент перегрузки n –
величину, кратную ускорению свободного падения g.
Вибрации представляют собой сложные колебания, которые возникают при контакте
конструктивных элементов с источником колебаний. Каждая точка конструкции
характеризуется своей собственной частотой колебаний. В тех точках, в которых частота
собственных колебаний приближается к частоте внешнего источника, возникает явление
механического резонанса, приводящего к разрушениям. Поэтому таких ситуаций следует
избегать. Вибрации характеризуются частотой, амплитудой и ускорением.
Удары подразделяются на одиночные и многократные и характеризуются
длительностью ударного импульса, перемещением соударяющихся тел, ускорением. В момент
удара происходит колебание системы на вынужденной частоте, определяемой параметрами
воздействия, а после него – на собственной частоте конструкции.
Линейные ускорения характеризуются ускорением (в единицах g) и длительностью
воздействия.
Акустические шумы проявляются в транспортируемых ЭС, устанавливаемых вблизи
работающих двигателей (ракет, самолетов, кораблей и т.д.). Характеризуются давлением звука,
мощностью колебаний источника звука, силой звука, спектром звуковых частот.
Под воздействием вибраций и ударных нагрузок в элементах ЭС возникают статические
и динамические деформации (нарушение герметичности, обрыв монтажных связей, отрыв
навесных компонентов, разрушение хрупких материалов и т.д.), а также изменения параметров
функционального элемента ФЭ (изменение вольт-амперных характеристик, снижение
чувствительности и смещение частотных диапазонов, короткие замыкания и т.д.). Ударно-
вибрационные нагрузки воздействуют на элементы конструкции ЭС через их точки крепления.
Акустический шум подвергает механическим нагрузкам практически в равной степени
все элементы конструкции. Поэтому в некоторых случаях его действие может быть более
разрушительным, чем действие ударно-вибрационных нагрузок.
Климатические воздействия определяются климатической зоной, в которой ЭС
эксплуатируется. К климатическим факторам относят:
– воздействие температуры может изменить параметры как конструкционных
материалов (тепловое старение материалов), так и электрические характеристики ФЭ и ЛС;
– тепловые удары способствуют образованию микротрещин конструкционных
материалов и появлению прочих дефектов;
– влажность окружающей среды представляет собой один из наиболее агрессивных для
ЭС внешних факторов; влага содержится в любой атмосфере и ее воздействие проявляется в
ускорении коррозии металлических деталей и покрытий, снижению электроизоляционных
свойств диэлектриков. Наличие во влаге растворенных химических соединений (атмосфера
цехов химических производств, тропический морской климат) значительно усиливают ее
вредное воздействие на ЭС;
– пониженное и повышенное давление влияют на отвод тепла, сопротивление изоляции
воздуха, оказывают механическое воздействие на элементы ЭС и т.д.;
– грибковые образования (плесень) являются источником органических кислот,
способствующих коррозии и ухудшению диэлектрических свойств;
– пыль и песок оседают на поверхности элементов ЭС; в состав пыли входят
органические и минеральные соединения; действие органических компонентов аналогично
действию плесени, а минеральные частицы, как и песок, могут вывести из строя
электромеханические устройства (устройства с движущимися частями);
– солнечное облучение, состоящее в основном из волн ультрафиолетовой и
инфракрасной части спектра, отрицательно действует на некоторые материалы (полимеры,
лакокрасочные покрытия и т.д.);
– насекомые и грызуны также могут отрицательно влиять на функционирование ЭС;
многих насекомых привлекает тепло и их останки служат питательной средой для плесени;
грызуны (крысы, мыши) повреждают кабели и провода в пластмассовой и резиновой изоляции.
Действие некоторых климатических факторов может усиливать действие других.
Например, с ростом температуры активность влаги также возрастает, пыль и песок поглощают
влагу, усиливая ее воздействие и т.д.