Вопросы для самоконтроля 2 страница

Рис. В. 2. Конструкции РЭС первого поколения:

1 — основание с передней и задней панелью; 2— функциональные модули с электровакуумными лампами; 3—разъемные соединители для подключения модулей и внешних связей; 4 — направляющие штыри; 5 — винты крепления блока в стойке

Рис. В. З. Компоновка ячейки аналоговой ЭВМ первого поколения:

1—рамка; 2—ручка; 3—поперечины; 4—электровакуумные лампы; 5—ламповая панелька; 6—печатная плата; 7—ЭРЭ; 8—соединитель с плоскими контактами

Рис. В. 4. Компоновочные схемы модулей на печатных платах:

а — горизонтальное, б — вертикальное, в — этажерочное расположение деталей между платами

Рис. В. 5. Характерная форма микроплат (а — в), примеры плат-полуфабрикатов (г—ж), этажерочный микромодуль с 28

ленточными соединениями (з)

Рис. В. 6. Унификация размеров плоских модулей (А = 3, 5... 10, 5 мм)

Рис. В. 7. Компоновка ячейки ЦВМ второго поколения с использованием модулей на печатных платах:

1—двусторонняя печатная плата; 2—двухшгатный модуль; 3—одноплатный модуль; 4—соединитель

Рис. В. 8. Варианты компоновки этажерочных микромодулей:

а — вертикальная; б — горизонтальная; в — «встык»; г — с использованием промежуточного монтажа; д — с торцовыми переходными печатными платами; е —двухплатная; ж — двухплатная с односторонним подключением модулей; з —компоновка приемника на этажерочных микромодулях

Рис. В. 9. Компоновка функционального узла на плоских микромодулях

Рис. В. 10. Логические типовые элементы замены ЕС ЭВМ на основе двухсторонней (а) и многослойной (б) печатной платы

Характерной особенностью аппаратуры второго поколения является применение модулей на печатных платах (рис. В. 4), микромодулей этажерочной конструкции на керамических платах (рис, В. 5), микромодулей плоской конструкции (рис. В. 6). Из таких модулей компоновались более сложные узлы (рис. В. 7 — В. 9). В модульных конструкциях удалось увеличить плотность компоновки как благодаря замене электровакуумных приборов полупроводниковыми, так и благодаря более плотной компоновке дискретных ЭРЭ. Это, в свою очередь, позволило пойти на некоторую избыточность и унифицировать размеры микромодулей, приняв их размеры в двух измерениях постоянными. Модули различной сложности стали отличаться размерами только в третьем измерении. Ремонтопригодность аппаратуры на модулях ниже по сравнению с блочной аппаратурой, так как при выходе из строя какого-либо элемента приходится заменять целый модуль.

Аппаратура третьего поколения выполняется на ИС первой и второй степени интеграции, являющихся функциональными модулями, из которых можно скомпоновать более сложные узлы. Конструктивно такие узлы представляют собой двустороннюю или многослойную печатную плату с установленными на ней ИС (рис. В. 10). Подобные конструкции имеют высокую плотность компоновки, их функциональная сложность соответствует сложности блока первых поколений. Применение корпусированных ИС позволило повысить надежность, степень унификации, взаимозаменяемость, уменьшить габариты, массу, иногда стоимость устройства по сравнению с РЭС второго поколения. Однако использование корпусированных ИС приводит к значительной потере объема РЭС. При компоновке аппаратуры с использованием ИС первой и второй степени интеграции основной является проблема выполнения электрических связей между элементами.

Рис. В. 11. Конструкция узлов РЭС четвертого поколения:

а — гйчейка бортовой ЭВМ на бескорпусных компонентах: 1 — рамка; 2 — микрофорки; 3 — печатная плата; б — приемник: 1 — плата; 2 — микросборка; 3 — дискретный ЭРЭ; 4 — корпус со снятой герметизирующей крышкой

Ограничивающими факторами при повышении плотности компоновки плат являются шаг выводов ИС (2, 5 Аппаратура четвертого поколения используется в бортовых и СВЧ РЭС (рис. В. 11) и выполняется с использованием бескорпусных элементов, герметизируемых в составе блока. Плотность компоновки при этом увеличивается, но ремонтопригодность уменьшается, так как при выходе из строя одного элемента приходится при ремонте либо разгерметизировать блок, либо заменять его.

Таблица В. 2 Изменение плотности компоновки РЭС различных поколений (элем. /см³)

Уровень разукрупнения

Электронные лампы (первое поколение)

Модули (второе поколение)

обычные

миниатюрные

плоские

объемные

ИС (РЭМ 0): кристалл (подложка) ИС, узел в корпусе Ячейка (РЭМ 1) Блок (РЭМ 2) Шкаф, стойка(РЭМ3)

- - - - 0, 01

- - - - 0, 05

- 0, 4…0, 9 0, 1…0, 3 0, 05…0, 15 0, 02…0, 04

- 1, 25…1, 75 0, 7…0, 9 0, 4…0, 6 0, 1…0, 15

Изменение плотности компоновки РЭС различных поколений приведено в табл. В. 2, из которой следует, что дальнейшего резкого увеличения плотности компоновки следует ожидать после широкого внедрения приборов функциональной микроэлектроники. Кроме того, видно, что на плотность компоновки сильно влияет иерархичность конструкции.

Эволюция конструкций аппаратуры шла неразрывно с успехами в области технологии производства. Освоение электровакуумных приборов потребовало создания металлостеклянных спаев, разработки методов контроля герметичности приборов. Особенно большое влияние на конструкцию РЭС оказало освоение технологии печатных плат, интегральной полупроводниковой и гибридной технологии производства ИС и приборов функциональной микроэлектроники.

Дальнейшего совершенствования конструкций и методов конструирования РЭС следует ожидать в результате внедрения ЭВМ в конструирование и производство, дальнейшего расширения частотного диапазона электромагнитных сигналов, использования уже изученных и малоизученных физических явлений, новых материалов, расширения областей применения РЭС. Расширение использования ЭВМ для проектных конструкторских работ связывают с развитием САПР и ГПС.

Появления новых конструкций можно ожидать в связи с расширением частотного диапазона сигналов в оптическую область спектра. Одной из таких новых конструкций, вероятно, будет конструкция памяти сверхбольшой емкости (до 10 бит), построенной с использованием голографии и лазерной техники.

Подобная память позволит создавать банки и базы данных с широкими возможностями и приблизит создание искусственного интеллекта.

Новые конструкции должны появиться и в связи с широким внедрением приборов функциональной микроэлектроники, основанных на хорошо изученных эффектах, а также за счет использования малоизученных в настоящее время эффектов (например, эффекта сверхпроводимости при нормальных или повышенных температурах). Создание новых конструкций возможно и в результате появления новых материалов, например сплавов, полученных в условиях невесомости, и сплавов с более совершенной кристаллической решеткой.

Большого количества новых конструкций можно ожидать от расширения областей использования РЭС, особенно в бытовой сфере: в измерительной, медицинской радио- и телевизионной технике. Новизна конструкций может быть обусловлена и использованием перспективных решений, многие из которых рассмотрены в данной книге.

Несмотря на расширение применения для конструкторского проектирования вычислительной техники и САПР, роль человека-конструктора не уменьшится, а возрастет, так как только человек может решать новые неформальные задачи. Поэтому в дальнейшем за чертежным прибором останутся только самые опытные конструкторы.

Таблица В. 3

Микромодули (второе поколение)		ИС малой степени интеграции (третье поколение)		БИС (четвертое, пятое поколение)
этажероч- ные	плоские	гибридные	полупро- водниковые	МДП —ЗУ	ЦМД—ЗУ
—	—	80... 100		0, 5 *10⁶	(0, 2…2) * 10⁶
4... 10	6... 10	30…40	100... 500	5*10⁴	5 10⁴... 210⁵
1. 2... 3	2, 5... 3, 5	3, 5... 10	10... 50	(1, 5…2)*10³	(1, 5…10)*10³
0, 5... 1, 6	1, 5... 2, 5	3, 5…4	2, 5... 10	—	—
0, 15... 0, 45	0, 35... 0, 5	0, 5... 0, 9	0, 5... 2	—	—

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое РЭС?

2. На какие диапазоны делятся электромагнитные колебания?

3. Чем отличаются понятия «элемент» и «компонент» ИС?

4. Каково соотношение элементов в микроэлектронном и дискретном исполнении в составе РЭС?

5. Что такое конструкция РЭС? Каковы ее особенности?

6. Что такое конструкторская иерархия РЭС?

7. Что такое конструирование?

8. Что такое компоновка?

9. Что такое миниатюризация, микроминиатюризация, комплексная микроминиатюризация?

10. Назовите показатели качества конструкции РЭС.

11. Что такое технологичность конструкции РЭС?

12. Как изменяется важность показателей качества конструкции для различных РЭС на различных стадиях проектирования?

13. Как развивались конструкции РЭС?

14. Назовите поколения РЭС и их особенности.

15. Как связаны изменение конструкции РЭС и технология ее изготовления?

16. Каковы перспективы дальнейшего развития конструкций РЭС?

Глава 1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭС

§1. 1. Организация процесса конструирования РЭС

Конструирование является одной из основных частей процесса проектирования РЭС, а его цель — физическое воплощение компромиссного решения, выработанного в результате работы всех участников. В создании РЭС участвуют различные организации, подразделения, исполнители. Организации делятся на заказчика, исполнителя, субподрядчика.

Заказчикформулирует технические требованияк РЭС и осуществляет приемку разработанного изделия.

Технические требования (ТТ) на разработку РЭС определяют показатели назначения (мощность, чувствительность, разрешающую способность и т. д. ), а также содержат требования к конструкции: наименование, число и назначение основных частей; габаритные, установочные и присоединительные размеры; требования по взаимозаменяемости частей, унификации, типизации, стандартизации и преемственности. Кроме того, в ТТ входят требования по охране окружающей среды, помехозащищенности, составу запасного имущества, безопасности работы, эргономике и эстетике, условиям эксплуатации (виду объекта установки, уровням климатических, механических, радиационных и биологических воздействий, порядку обслуживания, квалификации обслуживающего персонала и т. д. ).

Исполнительна основании ТТ разрабатывает техническое задание(ТЗ), в котором содержатся экономические, производственные и другие требования, определяется порядок разработки приемки изделия. Субподрядчик решает для исполнителя частные вопросы: разработку и поставку новых материалов, элементов, узлов, технологических процессов, методов измерений или проводит испытания, последовательности изготовления, отработка режимов, подготовка производства); производственные. Кроме того, в разработке принимают участие вспомогательные службы: надежности (рекомендации по структурной и информационной избыточности, проведение испытаний); снабженческие (поставка материалов, покупных изделий); патентные; автоматизированного конструкторского проектирования и т. д. Все эти подразделения состоят из различных специалистов. Координация работы предприятий, подразделений и специалистов осуществляется с помощью согласованных календарных планов или сетевых графиков.

Ввиду того, что требования к параметрам разрабатываемых РЭС часто противоречивы (например, малая стоимость и высокая надежность), исходная информация для вновь создаваемых изделий не является достаточно полной, а исполнители при работе допускают ошибки, разработку РЭС и его конструкции проводят в несколько стадий (не менее двух): научно-исследовательская работа (НИР) и опытно-конструкторская (ОКР). Каждая стадия включает несколько этапов. В ходе выполнения работ на стадиях и этапах происходит постепенное уточнение принимаемых решений и нахождение оптимального. При этом устраняются ошибки, которые могут быть допущены как руководителями (ошибки планирования и др. ), так и исполнителями (не правильный выбор технических решений, ошибки при выполнении конструкторской документации и т. д. ). Причиной ошибок являются, как правило, недостаточная квалификация, недостаток информации, а также повышенная утомляемость работников при сжатых сроках разработки. Спецификой разработки РЭС является то, что на всех стадиях и этапах различные специалисты взаимодействуют друг с другом с самого начала разработки.

Основные этапы проведения НИР: 1) предплановый патентный поиск; 2) разработка и согласование с заказчиком технического задания, государственная регистрация НИР; 3) подготовительный этап—выбор направлений исследования, разработка, согласование и утверждение частных технических заданий на основные части НИР; 4) основной этап—теоретические и экспериментальные исследования (выполнение теоретических изысканий, расчетов, математического моделирования), обработка результатов исследований, составление и оформление технической документации; 5) заключительный этап—обобщение результатов и оценка выполненной НИР (составление карты технического уровня, оценка полноты и качества проведенной НИР, подготовка к предъявлению работы к приемке); 6) приемка НИР, обсуждение и согласование задания на проведение ОКР, государственный учет НИР.

Этапы ОКР: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, разработка рабочей документации.

Техническое задание (ТЗ) составляется исполнителем на основании технических требований заказчика. На основе общего ТЗ могут быть составлены частные ТЗ для субподрядчиков. Объем экономических и производственных требований в этих ТЗ меньше, а технические требования более подробные, чем в основном ТЗ. Техническое предложение—этап разработки, на котором исполнителем обосновывается принципиальная возможность создания РЭС с заданными по ТЗ характеристиками, и намечаются основные технические и организационные решения по выполнению ТЗ. На этом этапе составляют частные ТЗ для различных подразделений предприятия, оформляется технический отчет, иногда выполняются конструкторские документы.

Эскизный проект — совокупность конструкторских документов, содержащих проработанные конструкторско-технологические решения, дающие общее представление об изделии, а также данные, определяющие возможность использования по назначению и основные параметры разрабатываемого изделия. На основании эскизного проекта разрабатывается технический проект.

Технический проект — это совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и технические данные для разработки рабочей документации. На этом этапе проводятся различные расчеты и обоснования. Рабочая документация—это совокупность конструкторской документации, предназначенной для изготовления и испытания опытного образца, установочной серии, серийного образца. После заводских испытаний опытного образца конструкторской документации присваивается литера «О»; после государственных, межведомственных, приемочных и других видов испытаний—литера«О! »; на последующих стадиях (после повторных испытаний изготовленных изделий)—литеры «О₂», «О₃» и т. д. Конструкторская документация на изделие для установочной серии имеет литеру «У»; после испытаний установочной серии—литеру «А». После корректировки документации испытательной (головной)серии конструкторской документации присваивается литера «Б», что дает право наладить серийное или массовое производство изделия. Документации на изделие для разового изготовления или нескольких изделий присваивают литеру «И».

В зависимости от сроков разработки, квалификации исполнителей, наличия прототипов и базовых несущих конструкций по согласованию с заказчиком отдельные этапы могут быть объединены. Это отражается в техническом задании.

Конструкторские документы (текстовые и графические) разрабатываются начиная с этапа эскизного проекта. На разных этапах имеются обязательные конструкторские документы и документы, выполняемые по усмотрению разработчика. Номенклатура документации, выполняемой на том или ином этапе, называется комплектом (табл. 1. 1, столбцы). Необходимо отличать комплект конструкторской документации от комплекта — вида изделия (см. Введение). Наибольшую номенклатуру конструкторских документов имеет рабочая документация на сборочную единицу, но по объему наибольшее число документов может иметь комплекс изделия.

Таблица 1. 1 Номенклатура конструкторских документов, разрабатываемых на различных этапах конструирования РЭС

Наименование документа	Шифр	Техническое предложение	Эскизный проект	Технический проект	Рабочая документация на изделия
Наименование документа	Шифр	Техническое предложение	Эскизный проект	Технический проект	детали	сбороч-ные еде-ницы	комплек-сы	комплек-ты
Чертеж детали	-	-	-	+		-	-	-
Сборочный чертеж	СБ	-	-	-	-		-	-
Чертеж общего вида	ВО	+	+		-	-	-	-
Теоретический чертеж	ТЧ	-	+	+	+	+	+	-
Габаритный чертеж	ГЧ	+	+	+	+	+	+	-
Монтажный чертеж	МЧ	-	-	-	-	+	+	-
Схемы	-	+	+	+	-	+	+	+
Спецификация	СП	-	-	-	-
Ведомость спецификаций	ВС	-	-	-	-	+	+	+
Ведомость ссылочных документов	ВД	-	-	-	-	+	+	+
Ведомость покупных изделий	ВП	-	+	+	-	+	+	+
Ведомость согласования применения изделия	ВИ	-	+	+	-	+	+	+
Ведомость держателей подлинников	ДП	-	-	-	-	+	+	+
Ведомость технического предложения	ПТ		-	-	-	-	-	-
Ведомость эскизного проекта	ЭП	-		-	-	-	-	-
Ведомость технического проекта	ТП	-	-		-	-	-	-
Пояснительная записка	ПЗ				-	-	-	-
Технические условия	ТУ	-	-		+	+	+	+
Программа и методика испытаний	ПМ	-	+	+	+	+	+	-
Таблицы	ТБ	+	+	+	+	+	+	+
Расчеты	РР	+	+	+	+	+	+	+
Патентный формуляр	ПФ	+	+	+	+	+	+	-
Примечание: -обязательный документ; «+»-документ, составляемый по усмотрению разработчика; «-»-документ не составляется

Взаимодействие конструкторов и технологов РЭС. Конструкторы и технологи, конструкторские и технологические подразделения взаимодействуют с самых ранних этапов до внедрения изделия в производство и эксплуатацию. На первых этапах решаются вопросы конструктивной и технологической преемственности изделий, выявляются оригинальные детали и узлы, необходимость в разработке новых техпроцессов. На более поздних этапах решаются вопросы компоновки с учетом требований удобства сборки, ремонта, контроля. Одновременно согласовываются параметры, подлежащие контролю, и допустимые отклонения на эти параметры. В ряде случаев в соответствии с технологическими требованиями конструкция может корректироваться: компоновка, значения параметров, допуски, материалы. В некоторых случаях может потребоваться доработка технологических процессов — повышение их стабильности или разрешающей способности; в ряде случаев может потребоваться разработка или освоение новых для данного предприятия технологических процессов (например, при замене монтажного основания источника питания в виде двусторонней печатной платы на основание с металлической основой, полиимидной пленкой или керамикой, что резко улучшает теплоотвод и позволяет сократить габариты изделия). Взаимодействие конструкторов и технологов особенно тесно при согласовании конструкторской документации с технологами и при оценке технологичности конструкции на всех этапах конструкторского проектирования.

§ 1. 2. Радиоэлектронное средство как большая система

Качество конструкции РЭС, а также оптимальность самого процесса конструирования (сроки, трудозатраты) зависят не только от организации процесса конструирования, но и от методологии его проведения. Переход при конструировании РЭС на элементную базу МЭА (микроэлектронные изделия) привел не только к изменению исходных предпосылок (изменение элементной базы, расширение области использования РЭС), но и методов конструирования и показателей качества (см. Введение). Изменение методов конструирования современных РЭС по сравнению с аппаратурой первых поколений характеризуется: 1) более широким использованием системного подхода, что увеличило роль конструктора и технолога на всех этапах проектирования изделия; 2) снижением длительности цикла и трудоемкости конструкторских работ благодаря широкому использованию методов автоматизированного конструкторского проектирования; 3) более широким использованием стандартизации.

Конструкция РЭС как большой системы имеет следующие признаки: 1) высокую сложность (состоит из большого числа устройств, узлов и компонентов); 2) связь с внешней средой (в том числе с человеком-оператором); 3) иерархическую структуру (обладает свойством централизованного управления—подчинение низших уровней высшим).

Сложность конструкции РЭС обусловливается тем, что эти средства широко используются при решении сложных задач, встающих в различных областях народного хозяйства: для управления отдельными отраслями народного хозяйства, отдельными производствами, технологическим оборудованием (в том числе роботами и манипуляторами), космическими системами, в медицине, для записи и воспроизведения звука и изображения, в спорте, в информационно-библиографических системах и т. д. Это обусловливает и сложность состава РЭС, которые могут включать следующие системы: сбора информации (содержащие различные датчики и линии связи); приема и передачи информации; обработки и хранения информации; связи с человеком-оператором; питания; обеспечения нормальных режимов работы(защита от влаги, тепловых, механических, радиационных, биологических, электромагнитных воздействий). Обычно РЭС состоят из большого числа устройств, узлов и ЭРЭ, так как выполнение сложных РЭС в едином технологическом цикле часто невозможно по экономическим соображениям.

Обобщенная системная модель конструкции РЭС. Графически каждую конструкцию РЭС можно представить как систему, состоящую из изменяемых X и неизменяемых Y факторов (ограничений), показателей качества Z, и связей F между факторами и показателями качества (рис. 1. 1). К изменяемым в процессе конструирования факторам относятся, например, марки применяемых материалов, форма и размеры элементов конструкции, взаимное расположение компонентов и узлов, вид электрических связей, характер крепления компонентов, характер элементов усиления (ребер) и облегчения (выборок), способы теплоотвода, герметизации, характер базовой конструкции, внешнее оформление и т. д.

Ограничениями являются факторы, не изменяемые конструктором: ресурсные, системотехнические, схемотехнические, конструкторские, технологические, эксплуатационные. К ресурсным относятся материальные, временные, кадровые и энергетические ограничения. Системотехническими ограничениями являются такие, как тип РЭС: аналоговые или цифровые, наземные или бортовые, с информационным или структурным резервирование мили без него, работающие в режиме разового, многократного, непрерывного, периодического использования и т. д. Схемотехническими ограничениями, задаваемыми электрической схемой, являются элементная база (быстродействие, токи, помехоустойчивость, термочувствительность, стабильность параметров и т. д. ), число и типы функциональных узлов, требования к их взаимномурасположению и т. д.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒