ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.05.2019

Просмотров: 661

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

Нормальными  климатическими  условиями  являются:  температура  +25±10  °С, 

относительная  влажность  45...80  %,  атмосферное  давление  83-106  кПа  (630...800  мм  рт.  ст.), 
отсутствие активных веществ в окружающей атмосфере. 

 
К радиационным факторам относят:  
– космическую радиацию, 
– ядерную радиацию (от реакторов, атомных двигателей, радиационно- 
опасных ситуаций),  
– облучение потоком гамма-фотонов, нейтронов, бета- и др. частиц.  
Радиационное  воздействие  вызывает  как  немедленную,  так  и  накапливающуюся 

реакцию элементов, составляющих конструкцию РЭА. 

Наиболее  устойчивы  к  воздействию  облучения  металлы.  Наименьшей  радиационной 

стойкостью обладают магнитные материалы и электротехнические стали. Некоторые металлы, 
например  марганец,  цинк,  молибден  и  др.,  после  облучения  нейтронами  сами  становятся 
радиоактивными.  Воздействие  излучения  на  полимеры  приводит  к  разрушению  межмо-
лекулярных связей, образованию зернистых структур и микротрещин. В результате полимерные 
детали теряют эластичность, становятся хрупкими. 

Наименее стойкими к облучению являются полупроводниковые приборы и интеграль-

ные  микросхемы.  Необратимые  дефекты  в  полупроводниках  приводят  к  потере 
выпрямительных свойств диодов, транзисторы всех типов при облучении теряют усилительные 
свойства, в них возрастают токи утечки, пробивное напряжение снижается. 

 

1.3 Классификация аппаратуры по условиям эксплуатации 

По  виду  объекта  установки  РЭА  можно  разделить  на  три  группы:  стационарные, 

транспортируемые  и  портативные,  техническое  регламентирование  которых  приведено  на 
рис.1.3. 

 

Рисунок 1.3 – Классификация РЕА по объектам установки и эксплуатации 

 
Стационарная  РЭА  –  это  аппаратура,  эксплуатируемая  в  отапливаемых  и 

неотапливаемых помещениях, помещениях с повышенной влажностью, на открытом воздухе, в 
производственных  цехах.  Условия  эксплуатации  и  транспортирования  такой  аппаратуры 
характеризуются весьма широким диапазоном рабочих (-50...+50 °С) и предельных (-50... +65 
°С)  температур,  влажностью  до  90...98  %,  вибрацией  до  120  Гц  при  4...6  g,  наличием 
многократных  (до  5  g)  и  одиночных  (до  75  g)  ударов,  воздействием  дождя  до  3  мм/мин  и 
соляного тумана с дисперсностью капель до 10 мкм и содержанием воды до 3 г/м

3

Транспортируемая  РЭА  –  это  аппаратура,  устанавливаемая  и  эксплуатируемая  на 


background image

автомобилях и автоприцепах, железнодорожном и гусеничном транспорте, на судах различных 
классов,  на  борту  самолетов  и  вертолетов.  Специфика  работы  этого  вида  аппаратуры 
предопределяет  повышенное  воздействие  механических  факторов.  Каждый  вид  транспорта 
имеет  собственные  вибрационные  характеристики.  Для  предупреждения  повреждения 
аппаратуры  необходимо,  чтобы  вся  она  и  отдельные  ее  части  имели  собственные  частоты 
колебаний вне диапазона частот вибрации транспортного средства. 

Портативная  РЭА  включает  аппаратуру  и  специализированные  вычислители, 

находящиеся в распоряжении геолога, геофизика, топографа, строителя, и др. Сюда же можно 
отнести  и  переносную  радиоприемную  и  передающую  аппаратуру.  Условия  работы 
портативной  РЭА  должны  соответствовать  зоне  комфорта  человека, которая  характеризуется 
температурой  окружающей  среды  18...24  °С,  уровнем  акустического  шума  70...85  дБ, 
влажностью 20...90 % и высотой над уровнем моря до 3000 м.  

 

1.4 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 требованияК 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 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 


background image

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. 

 
 

1.5 Показатели качества конструкции аппаратуры 

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 пара-
метры, характеризующие РЭА как объект конструкторско-технологической разработки. К таким 


background image

показателям следует в первую очередь отнести следующие: 

Сложность конструкции ЭА:  

C = K

1

(K

2

N + K

3

M),                                                  (1.2) 

где N – число составляющих элементов, М - число соединений; К

i

 - масштабный и весовые 

коэффициенты соответственно. 

Выражение  (1.2)  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 =

Ny

1

 

j

Kn

1

 

i

n

ji

,                                                (1.3) 

где N

y

 – число устройств в РЭА, К

n

 – число типов применяемых элементов; n

ji

 - число 

элементов i-го типа, входящих в j –ое  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 =

Ny

1

 

j

p

j

где  p

j

  –  мощность  потребления  j  -го  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 = 

Ny

1

 

j

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

)

K/m

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

 – количество унифицированных элементов, a N - общее количество примененных в 


background image

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. 

 
 

1.6 Обеспечение надежности электронных средств 

Понятие надежности. Один из основных параметров РЭА – надежность,  зависит как 

от  надежности  используемой  элементной  базы,  так  и  от  принятых  схемотехнических  и 
конструкторских  решений.  Учитывая  значимость  современной  аппаратуры  в  человеческой 
деятельности, требования к  надежности аппаратуры постоянно повышаются.  

Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя 

свои  эксплуатационные  показатели  в  заданных  пределах  в  течение  требуемого  промежутка 
времени  или  требуемой  наработки  при  соблюдении  режимов  эксплуатации,  правил 
технического обслуживания, хранения и транспортировки. Продолжительность работы РЭА до 
предельного  состояния,  установленного  в  нормативно-технической  документации,  называют 
ресурсом изделия

Надежность – это сложное комплексное понятие, с помощью которого оценивают такие 

важнейшие  характеристики  изделий,  как  работоспособность,  долговечность,  безотказность, 
ремонтопригодность, восстанавливаемость и др. 

В  любой  момент  времени  РЭА  может  находиться  в  исправном  или  неисправном 

состоянии.  Если  РЭА  в  данный  момент  времени  удовлетворяет  всем  требованиям, 
установленным  как  в  отношении  основных  параметров,  характеризующих  нормальное 
выполнение вычислительных процессов (точность, быстродействие и др.), так и в отношении 
второстепенных параметров, характеризующих внешний вид и удобство эксплуатации, то такое 
состояние называют исправным состоянием.  

Неисправное  состояние  –  это  состояние  РЭА,  при  котором  она  в  данный  момент 

времени не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, установленных в отношении как 
основных, так и второстепенных параметров.  

Не каждая неисправность приводит к невыполнению РЭА заданных функций. Различают 

неисправности  основные  и  второстепенные.  Второстепенные  неисправности  называют 
дефектами.  Например,  образование  вмятин  или  ржавчины  на  корпусе  аппаратуры,  выход  из 
строя лампочек подсветки не могут препятствовать эксплуатации РЭА.  

Основные  эксплуатационные  свойства    изделий  с  позиций  обеспечения  надежной 

работы: безотказность, ремонтоспособность, долговечность и сохраняемость. 

Наработка  –  продолжительность  (или  объем)  работы  изделия,  измеряемая  временем, 

циклами, периодами и т. п. В процессе эксплуатации или испытания изделия в зависимости от 
его  назначения  различают  суточную  или  месячную  наработку,  наработку  на  отказ,  среднюю 
наработку  до  первого  отказа,  гарантийную  наработку  и  т.  п.  Суточная  и  месячная  наработки 
оцениваются временем (циклами, периодами), которое изделие проработало в течение суток или 
месяца.  

Наработка  на  отказ  -  среднее  значение  наработки  ремонтируемого  изделия  между 

отказами. Если наработка выражена в единицах времени, то используют термин среднее время 
безотказной  работы.  Под  средней  наработкой  до  первого  отказа  понимают  среднее  значение 
наработки  изделий  в  партии  до  первого  отказа.  Для  неремонтируемых  изделий  этот  термин 
равнозначен понятию средней наработки до отказа.  

Гарантийная  наработка  представляет  собой  наработку  изделия,  до  завершения 

которой  изготовитель  гарантирует  и  обеспечивает  выполнение  определенных  требований  к 
изделию,  при  условии  соблюдения  потребителем  правил  эксплуатации,  в  том  числе  правил 
хранения и транспортировки. Срок гарантии устанавливается в технической документации или 
договорах между изготовителем и заказчиком.