Разработки конструкции

Процессы разработки, изготовления и применения ИМС сопровождаются большим количеством контрольных и измерительных операций. Несмотря на то что в основу этих операций положены одни и те же физические методы, назначение и методика их проведения различны на разных этапах создания и применения ИМС.

Научно-технические мероприятия — это использование современной элементной базы, широкое внедрение автоматизированных систем на всех этапах разработки, изготовления и испытания ИМС и робототизированных технологических комплексов.

Сущность процесса конструирования РЭА. Конструкторской документацией (КД) называют совокупность конструкторских документов, содержащих в зависимости от их назначения данные, необходимые для разработки, изготовления, контроля, приемки, поставки, эксплуатации и ремонта изделия. Конструирование как инженерная деятельность есть процесс поиска, нахождения и отражения в конструкторской документации формы, размеров и состава изделия, входящих в него деталей и узлов, используемых материалов, комплектующих изделий, взаимного расположения частей и связей между ними, указаний на технологию изготовления — с целью обеспечить производство изделия с заданными свойствами при наименьшей трудоемкости изготовления.

Следующий этап повышения технического уровня развития элементной базы электронной аппаратуры обусловлен переходом на интегральные микросхемы (ИМС). Интегральная технология оказала глубокое влияние на все этапы разработки, изготовления и эксплуатации современной электронной аппаратуры. Электроника стала основой электронно-вычислительной техники, автоматических систем других устройств. В СССР первую электронную ЦВМ (цифровую вычислительную машину), разработанную под руководством академика С. А. Лебедева, построили в 1950 г.

Стоимость ИМС определяется многими факторами, основными из которых являются стоимость разработки, изготовления, материалов, оборудования, контроля и испытаний. На стоимость ИМС сильно влияет процент выхода годных схем: чем ниже процент выхода годных ИМС, тем дороже их производство. Кроме того, чем сложнее ИМС (чем больше в ней элементов), тем она дороже. Поэтому стоимость и выход годных ИМС являются взаимосвязанными показателями.

Конструкторскую документацию составляют графические и текстовые документы, которые определяют конструкцию технического предмета и содержат данные, необходимые для его разработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

Программные документы содержат сведения, необходимые для разработки, изготовления, сопровождения и эксплуатации программ.

Средства технической диагностики позволяют значительно снизить число отказов в 1 и 2 периоды эксплуатации и значительно увеличить Трц и межремонтные периоды, то есть снизить расходы материальных и людских ресурсов на обслуживание и ремонт электроустановок при сохранении установленного уровня надежности функционирования технологических установок. Однако для разработки, изготовления и внедрения средств технической диагностики требуются значительные затраты. Поэтому средства технической диагностики должны применяться на основании проведенных ТЭР. В первую очередь, очевидно, такие средства будут разработаны и внедрены для сложного, уникального электрооборудования.

Надежность ИВЭП. Источники электропитания должны в течение определенного времени сохранять свои параметры в пределах, указанных в технических условиях, обеспечивая бесперебойную работу электронной аппаратуры. Надежность ИВЭП обеспечивают мероприятиями, выполняемыми на этапах разработки, изготовления и эксплуатации. Основы надежности ИВЭП закладываются на этапе их разработки.

Осуществление Энергетической программы рассчитано на два этапа. Первый этап завершится на рубеже 80-х и 90-х годов (около 1990 г.), а второй — на рубеже XX и XXI веков (около 2000 г.). В число главных научно-технических задач первого этапа входит подготовка условий для широкого перевода экономики на энергосберегающий путь развития. Благодаря чисто организационным факторам (устранение наиболее очевидных источников потерь) можно получить только около 10 % возможной экономии энергоресурсов, остальное связано с проведением технических мероприятий. Они требуют разработки, изготовления и использования нового, более экономичного энергопотребляющего оборудования, внедрения новых менее энергоемких технологий, широкого применения приборов автоматического регулирования и контроля. Мероприятия по уменьшению расхода и потерь электроэнергии (см. гл. 12, 13) очень важны при переводе экономики на энергосберегающий путь развития. Основное содержание второго этапа

Конструкторскую документацию составляют графические и текстовые документы, которые определяют конструкцию технического предмета и содержат данные, необходимые для его разработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

К этой группе относятся нормы, регламентирующие организацию и методику проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию новых видов изделий, организацию и методику проведения работ по унификации и стандартизации в радиоэлектронной промышленности, положения о взаимоотношениях проектирующих и производственных предприятий при изготовлении и испытании опытных образцов радиоэлектронной аппаратуры и передачи их в серийное производство. Кроме того, организационно-методические нормы устанавливают порядок разработки, изготовления, испытаний и утверждения опытных образцов новых изделий для экспорта, положения о различных функциональных службах предприятий и их структурных подразделений и т.д.

В приведенном схематическом описании процесса разработки конструкции микросхемы не подчеркивались различия в конструировании полупроводниковых и пленочных микросхем. И хотя различия эти существуют, они не носят принципиального характера.

помощью ЭВМ возникла необходимость применения их также для автоматизации разработки конструкции и технологии. Автоматизация проектно-конструкторских работ осуществляется таким образом, чтобы при сохранении творческой деятельности конструктора были автоматизированы работы, связанные с повторением ранее решенных задач с вычерчиванием деталей узлов и отдельных элементов. При автоматизации проектирования получают также информацию для станков с числовым программным управлением и для изготовления технологической оснастки (штампы, пресс-формы, модели и т. п.).

Система автоматизированного проектирования предусматривает соединение в одну систему всех стоящих при проектировании задач. При этом выходная информация одного этапа машинного проектирования является исходной для последующего с исключением ручных процедур преобразования информации. Можно САПРЭМ разбить на следующие отдельные относительно автономные подсистемы: расчетное и конструкторское проектирование, ведение чертежной документации в серийном производстве. Можно проследить следующие основные этапы системы проектирования. На основе математической модели электрической машины (а ею является методика расчета) осуществляются оптимизационные расчеты активной части машины. Далее проводятся поверочные расчеты, которые охватывают все технические характеристики электрической машины и предусматривают унификацию и доводку важнейших элементов и узлов машины. Поверочные расчеты проводятся в диалоговом режиме работы расчетчика с ЭВМ. Проектировщик задает исходные данные с помощью дисплея и на его экране получает информацию о результатах расчета. Параметры и характеристики, полученные в результате поверочных расчетов, используются для разработки конструкции. При этом используется пакет прикладных программ машинной графики. Автоматизация проектирования конструкции предусматривает воспроизведение отдельных элементов конструкции, которые на основе многолетнего опыта имеют отработанные формы и не претерпевают существенных изменений. Проектирование конструкции с применением ЭВМ содержит в основном те же этапы, которые имеются при «ручном» конструировании, а именно: разработку общего вида, сборочных единиц и деталей, окончательное оформление чертежей, спецификации и другой конструкторской документации. Для разработки общего вида электрической машины необходимо предварительно выбрать основные принципиальные конструктивные решения, а для проектирования элементов конструкции, создать математические модели этих элементов. С этой целью должны быть определены функциональные зависимости размеров элементов от главных размеров, высоты осей вращения электрической машины. Разработка конструкции включает в себя прочностные, виброакустические и другие расчеты. Изменение конструкции в процессе проектирования требует итерационного повторения поверочных расчетов.

Переходным этапом от разработки конструкции к технологии изготовления электродвигателей является выпуск технической документации на машинных носителях для автоматического изготовления оснастки и отделочных деталей на станках с числовым программным управлением, а также ведение чертежного хозяйства в производстве.

При курсовом проектировании желательно иметь аналог проектируемого аппарата. Технические данные по заданию могут отличаться от реализованных в готовом изделии. Отличие может заключаться в изменении исходных технических данных и условий эксплуатации. Для проверочного расчета и разработки конструкции могут быть заданы разные части одного и того же аппарата (привод, контактная система, дугогасительная система, измерительная или питающая часть электрического аппарата и т. п.) В процессе работы учащийся должен изучить конструкцию аппарата или его частей, элементную базу и материалы, условия эксплуатации, технические параметры и их реализацию в аналоге. Проведя проверочный расчет элементов аппарата, учащийся познакомится с методикой соответствующих инженерных расчетов и сможет сделать анализ правильности выбранных конструктивных решений и элементной базы. Имеющийся аналог изделия поможет учащемуся более наглядно выполнить графическую часть курсового проекта.

Современный подход к разработке и конструированию РЭС является комплексным. Эффективность разработки конструкции РЭС обеспечивается при всестороннем учете требований к радиоэлектронной системе в целом и ее отдельным составным частям, взаимосвязей между системой, схемой, конструкцией, технологией, производством и эксплуатацией. Конструкцией РЭС называют совокупность материальных объектов с различной формой и физико-химическими свойствами, которые расположены в пространстве определенным образом, находятся в определенной механической и электромагнитной взаимосвязи. Эта взаимосвязь обеспечивает с требуемой точностью и надежностью выполнение радиоэлектронным средством заданных функций по приему, обработке, контролю, хранению и передаче информации. Конструкция обеспечивает работоспособность РЭС в условиях действия дестабилизирующих факторов внешней среды. Одно из важнейших свойств конструкции — возможность ее многократного повторения в условиях производства.

Компоновка блоков. Под компоновкой блоков подразумевают взаимное расположение и взаимную ориентацию конструктивных элементов блока: ячеек, элементов электромонтажа, механических элементов крепежа, рамок, деталей корпусов и т. д. Блоки, как правило, имеют прямоугольную форму, за исключением блоков бортовой и космической аппаратуры, когда их геометрическая форма определяется формой отводимых под радиотехнические средства отсеков. Главными задачами разработки конструкции блока являются: выбор рационального варианта компоновки ячеек в блоке, обеспечение минимальных длины, массы и габаритов электрической коммутации; обеспечение нормальных тепловых режимов, защиты от воздействий внешней среды; снижение материалоемкости, стоимости. Необходимыми условиями выбора компоновочной схемы блока является решение проблем унификации, упрощения конструк-

Наиболее информативными и емкими для оценки уровня компоновки ячеек являются коэффициенты дезинтеграции, показывающие степень дезинтеграции микроэлектронной элементной базы в законченных функциональных ячейках, количественно определяющие потери показателей качества, достигнутых в интегральных микросхемах, и полученных при создании окончательного варианта конструкции ячейки. Ясно, что чем ближе значение коэффициентов дезинтеграции к единице, тем ближе уровень разработки конструкции к уровню, достигнутому в интегральных микросхемах. Насколько отличны эти показатели для различных ячеек от «идеала» (от единицы), на примере коэффициента

Для оценки массогабаритных параметров спроектированной машины, для расчета потерь и т. п. возникает необходимость в определении массы активных материалов. В дальнейшем, после разработки конструкции, может быть определена масса конструкционных материалов, а затем и масса всей машины.

На различных этапах разработки и производства изделия используют свои показатели. Так, при исследовании возможности создания РЭС для использования на объекте с весьма ограниченным объемом (например, для радиоуправляемой модели корабля) главным свойством является объем, который определяет принципиальную возможность использования На стадии разработки конструкции опытного образца этого РЭС на первое место выступает соответствие техническим требованиям, в частности по надежности, зависящее от правильности выбора конструктор-ско-технологических решений. При разработке конструкции серийного образца определяющим показателем становится стоимость, которая зависит от использования высокопроизводительных технологических методов, автоматизации, тщательности отработки технологических режимов.

Комплектность конструкторской документации, выполненной на различных этапах разработки конструкции, представлена в табл. 1.1. Требования к оформлению конструкторской документации регламентируются ГОСТами и ОСТами. Часть документов или весь комплект могут выполняться автоматизированными методами с использованием ЭВМ. Эта документация имеет некоторую специфику, связанную с возможностями графических и печатающих устройств, обеспечением микрофильмирования, размножения, хранения, выполнения на машинных носителях (перфолентах и магнитных лентах).