Вопросы для самоконтроля 4 страница

Рис. 1. 10. Диалоговый вычислительный комплекс ДВК-2М:

1 — гибкий магнитный диск; 2 — блок накопителя информации (НГМД); 3 — устройство печати на термочувствительной бумаге; 4 — дисплей; 5 — процессор; 6 — съемный переносной пульт управления комплексом

Ввод и синтаксический анализ (контроль) информации о проекте включает следующие процессы: 1) ввод в ЭВМ информации о проекте и перекодировка его во внутримашинное представление; при этом осуществляется контроль правильности кодирования вводимой информации; 2) запись вводимой информации в базу данных САПР в виде, удобном для последующего анализа; при этом контроль в основном связан с полнотой вводимой информации и ориентирован на конкретную конфигурацию вычислительных средств; 3) синтаксический контроль (анализ), когда распознается принадлежность входного теста формализованному языку формируется определенный набор таблиц, используемых на последующих этапах проектирования.

Формирование базы данных проектирования требует ввода трех видов информации: 1) определяющей структуру и назначение системы проектирования (выбор комплекса программных и аппаратных средств) — перечень сведений о технологии производства, форме документов, комплектующих изделиях, характере аппаратуры для выполнения документации (алфавитно-цифровое печатающее устройство, графопостроитель, координатограф и т. д. ); 2) о типе изделия, его параметрах, стандартных узлах, форме документов и т. д.; обычно эти сведения хранятся в базе данных САПР; 3) определяющей сущности проектируемого объекта с учетом его отличительных особенностей; эта информация является переменной для различных объектов (перечень элементов, схема соединений, сведения о фиксированных цепях и местах, запрещенных для трассировки, и т. д. ). При этом учитываются ограничения на конструкцию, обусловленные используемой САПР (тип ЭВМ, емкость оперативной памяти, быстродействие алгоритмов). Например, для САПР ПРАМ-5. 3/ДПП, предназначенной для автоматизированного конструкторского проектирования двусторонних печатных плат, необходимо учитывать максимальное число элементов на плате (до 254), габаритов элементов (не более 127), контактов одного элемента (не более 254) цепей схемы (не более32768), максимальные габариты платы (не более 511x511 шагов сетки трассировки — 261121 условных квадратов) и размеры контактных площадок, ширину проводников и зазоров и т. д.

Для пакета прикладных программ «Проводник», входящего в состав САПР ПРАМ-1. 2 и предназначенного для проектирования электрических соединений блоков и шкафов, к основным ограничениям относятся тип проводников (одиночные или бифилярные), метод контактирования (накрутка), вид блоков (одно- или много-рядные), число ячеек в ряду (до 30), число рядов ячеек (до 8), число контактов соединителя (до 300), число сигнальных цепей блока (до 9900) и т. д. При изменении или модернизации алгоритма, замене на более быстродействующую ЭВМ с большей емкостью памяти ограничения могут меняться.

Формирование информации для обеспечения процесса проектирования состоит в преобразовании символьного представления объекта в структуры данных, удобные для последующего проектирования. Этот процесс называется транслированием.

Проектные процедуры включают последовательность операций, решающих конкретную задачу (компоновку, размещение, трассировку и т. д. ). Проектная информация записывается в архив и выпускается конструкторская документация (сборочный чертеж, спецификация, ведомость покупных изделий, таблица цепей, эскиз и таблица размещенных элементов, эскиз трассировки и таблица неразведенных цепей, перечень элементов электрической схемы, перфолента для изготовления фотошаблонов, перфолента для сверлильного станка, перфолента для контрольного оборудования, перечень сформированных документов, таблица замен эквивалентных контактов, матрица соединений элементов схемы, архивный набор данных).

Для иллюстрации возможностей автоматизированного конструкторского проектирования рассмотрим затраты времени на проектирование печатной платы на АРМ 15УТ-4-017. Плата имеет размеры 240 х 320 мм, на ней установлено 244 элемента, которые объединены с помощью 782 электрических соединений. Общее время на проектирование составило 101ч 4 мин, в том числе на подготовку исходных данных 52 ч, на ввод и редактирование данных 5ч 12 мин, на автоматическое размещение элементов 3 ч 52 мин. Улучшение размещения компонентов и доразводка электрических связей проводились в интерактивном режиме, поэтому затраты времени на размещение и доразводку электрических соединений зависят и от квалификации оператора. При проектировании такой платы вручную затраты времени в 3... 4 раза больше. При выполнении проектирования на более мощной системе «Кулон-4», использующей ЭВМ «Электро-ника-82», затраты времени в несколько раз меньше.

Автоматизированные системы технологического проектирования развиты меньше, что объясняется трудностью формализации и алгоритмизации технологических задач (отсутствием достаточно четкой информации о технологических процессах). Тем не менее с развитием гибких производственных систем (ГПС) разрабатывается система кодирования технологической информации о деталях и узлах РЭС, а также требования к ним, накладываемые ГПС.

Влияние ГПС на конструкцию РЭС. Под ГПС понимается производственная единица (линия, участок, цех, завод), функционирующая под действием многоуровневой автоматической системы управления, обеспечивающей также программную перестройку технологического процесса при смене объекта производства. Для ГПС не требуется обычной сопровождающей документации, ее заменяет программа, записанная на машинных носителях (перфолентах, магнитных лентах). Экономический эффект при использовании ГПС достигается в результате: 1) увеличения сменности работы в 2... 2, 5 раза, коэффициента использования оборудования до 0, 85... 0, 9; 2) сокращения количества оборудования в 6... 7 раз; производственных площадей в 4... 5 раз; числа работающих — в 3 раза, снижения себестоимости за счет увеличения производительности труда в 2... 2, 5 раза; 3) уменьшения доли тяжелого ручного труда и лучшего использования интеллектуальных способностей человека. Повышение производительности труда делает экономически выгодным использование ГПС при мелко- и среднесерийном производстве.

При использовании ГПС к конструкциям элементов и узлов РЭС предъявляется ряд требований. Необходима совместимость ГПС с САПР, АС ТПП и др. Важнейшим требованием является типизация и унификация деталей, элементов и сборочных узлов. Основой технологической унификации является классификация деталей по технологическим признакам: форме, габаритам, типоразмерам, применяемости в изделии, рядам параметров, требованиям к точности обработки и шероховатости рабочих и установочных поверхностей и т. д. В результате сравнения детали с классификатором ей может быть присвоен определенный классификационный шифр, на основании которого составляется программа управления ГПС.

Чтобы конструкция, предназначенная для изготовления на ГПС, была технологичной, требуется учесть ограничения, обусловленные спецификой автоматизированного оборудования; допустимые типоразмеры деталей и компонентов, варианты и точность их взаимной ориентации, наличие элементов фиксации относительно оборудования, зон для размещения рабочих и фиксирующих органов манипуляторов и т. д. Например, для робототехнического комплекса сборки печатных плат необходимо учитывать: конструкцию устанавливаемых на плату элементов (ИС со штыревыми или планарными выводами, тип корпуса, наличие ключа для ориентации; электрорадиоэлементы с осевыми выводами и т. д. ); вид формовки и обрезки выводов элементов, характер облуживания — с дозировкой припоя или без нее, характер крепления — загибкой выводов, за счет трения, клейкой и т. д.; типоразмер печатной платы; требования на параметры контактных площадок печатных плат при облуживании; точность ориентации компонентов относительно печатной платы (0, 05; 0, 02; 0, 1 мм и т. д. ); характер ориентации компонентов относительно платы (одинаковая или с вариантами); размер свободной зоны для размещения направляющих (например, 5 мм); размер свободной зоны между элементами для размещения рабочих органов манипуляторов (например, по 2 мм на каждую сторону); диаметр и расположение фиксирующих отверстий на плате и т. д.

При установке бескорпусных элементов желательно использовать систему организованных выводов (жестких, на полиимидном носителе и т. д. ); обеспечивать фиксацию элементов путем одинаковой их ориентации, системы посадочных мест, реперных меток и т. д., устанавливать гибкие печатные шлейфы с помощью штырей, использовать вакуумные захваты и т. д.

Надежность работы автоматизированного оборудования требует стабильности размеров компонентов (прогиба плат, усадки полиимидных пленок и керамических структур, полимерных корпусов и т. д. ). Особого внимания требует обеспечение возможности подключения к изготовляемому узлу автоматизированного контрольно-измерительного оборудования. Иногда — при односторонней установке компонентов — площадки для подключения контактных устройств выполняются со стороны, противоположной той, на которой установлены компоненты. Конструкция печатного узла должна обеспечивать возможность групповой пайки.

Детали, подлежащие механической обработке на робототехнических комплексах, должны быть типовыми (нетиповые детали используются только в технически обоснованных случаях); деталь может заменять узел из нескольких деталей, что позволяет избежать операции сборки, но расход материала при этом увеличивается. При использовании робототехнических комплексов должны быть учтены параметры заготовки (габариты, масса, материал, твердость, сечение—круг, квадрат, шестигранник); количество и тип обрабатывающего инструмента (резцы, сверла, зенковки, фрезы и т. д. ); количество и тип оснастки (зажимные патроны, схваты, измерительные приспособления и т. д. ); варианты крепления деталей (по краям, посередине, за внешнюю или внутреннюю поверхность); характер элементов крепления на станке (пазы, выступы, отверстия); возможность контроля без снятия со станка; количество и тип операций, выполняемых на станке без съема, возможности этих операций по форме обрабатываемой поверхности (внешний диаметр, внутренний диаметр, длина, плоскость, конус, фаска, резьба, канавка, торец; взаимное расположение этих форм); допустимое число установов изделия, минимизация их числа; неточность, обусловленная несколькими установами; возможность совмещения конструктивных и технологических баз; стандартизация конструктивного исполнения элементов детали (фасок, пазов, отверстий и т. д. ); расположение размерных цепей с учетом последовательности обработки элементов, недопущение начала размерной цепи от элемента, который обрабатывается последним.

Для обеспечения технологичности изделий, изготовляемых с использованием сборочно-монтажных ГПС, необходимо выполнять следующие рекомендации: 1) если изделие невозможно собрать за один установ, то его целесообразно разбить на блоки, которые можно собирать одновременно и независимо; 2) максимально использовать ранее освоенные детали; 3) уменьшать число крепежных деталей, использовать соединения, максимально пригодные для автоматизированной сборки (запрессовку, клейку, пластическое деформирование, контактную сварку, упругие защелки и т. д. ); 4) обеспечивать доступ к деталям устройств захвата, крепления, контроля; 5) упрощать форму деталей и узлов, что облегчает ориентацию, базирование, крепление, изготовление; 6) иметь удобные базовые поверхности и ключи для автоматической ориентации, это исключает необходимость переориентации базовой детали при сборке; 7) допуски и геометрические характеристики деталей и их поверхностей должны обеспечивать сборку по методу полной взаимозаменяемости; 8) на соединяемых деталях целесообразно выполнять центрирующие элементы (фаски, скосы, закругления кромок и т. д. ); 9) если при сборке сопрягаемые поверхности не удается использовать в качестве базовых, то на относительное положение этих поверхностей необходимо установить такие допуски, при которых погрешность базирования будет меньше влиять на положение сопрягаемых поверхностей.

Гибкая производственная система должна быть совместима (информационно, программно, аппаратурно) с САПР, АСУ ТПП, АСУ ТП и др. Информационная совместимость предусматривает создание единого банка данных, что весьма трудоемко. Кроме того, значительных усилий требует поддержание банка данных в работоспособном состоянии (исключение устаревших данных, внесение новых). Программная совместимость требует разработки трансляторов, позволяющих совместить программы, написанные на разных языках для различных частей машинного комплекса. Аппаратная совместимость особенно важна при унификации носителей информации в различных частях машинного комплекса (перфоленты, магнитные ленты, магнитные диски и т. д. ), при вводе информации с дисплея (алфавитно-цифрового или графического) и клавишного пульта.

§ 1. 5. Функциональная математическая модель конструкции РЭС

Особенностью современного подхода при конструировании РЭС является не только то, что в результате должен быть получен оптимальный вариант конструкции, но и то, что конструирование должно быть проведено в минимальные сроки и с минимальными затратами. Для этого в ряде случаев целесообразно использовать математическую модель конструкции и проводить ее анализ на ЭВМ. Под математической моделью физического объекта (моделью) понимается совокупность математических объектов (чисел, переменных, векторов, множеств и т. п. ) и отношений между ними, отражающая свойства проектируемого объекта.

В настоящее время нет четкой классификации математических моделей. Однако при проектировании РЭС различают структурные, функциональные и технологические модели. По способу получения модели делят на теоретические и эмпирические (экспериментальные). Теоретические модели создают на основе изучения физических закономерностей, а эмпирические — на основе внешних проявлений свойств объекта. Теоретические модели часто получить затруднительно ввиду сложности изучаемого явления и необходимости длительной работы значительного количества высококвалифицированных разработчиков. В ряде случаев это экономически невыгодно, так как усилия на приобретение новых знаний только тогда оправданы, когда убытки от незнания превышают затраты на приобретение знаний.

Одним из наиболее эффективных экспериментальных методов является получение модели с использованием многофакторного регрессионного анализа, основанного на планировании эксперимента. При построении математической модели конструкции РЭС эксперимент может быть пассивным (модель получается в результате анализа конструкторской документации существующих разработок) и активным (модель получается в результате изготовления и анализа минимального числа конструкций).

Рис. 1. 11. Спиральный радиатор: 1 — охлаждаемая поверхность; 2 — спираль; 3 — паяный шов

В обоих случаях для эксперимента выбираются образцы конструкций с минимальным числом факторов, варьируемых на двух фиксированных уровнях. Строится план эксперимента, в котором кроме сочетания уровней факторов отмечаются значения соответствующих этим сочетаниям показателей качества, число которых не ограничивается. Путем математической обработки результатов эксперимента находятся коэффициенты регрессии, связывающие факторы и показатели. В результате получается математическая модель в виде полинома первой, неполной второй или второй степени (более высокая степень полинома практически не нужна).

Примером функциональной математической модели конструкции, полученной с использованием многофакторного регрессионного анализа, является модель конструкции спирального проволочного радиатора (рис. 1. 11), который используется для усиления теплоотвода от блоков с высокой плотностью компоновки мощных ИС. Спирали 2 припаиваются припоем 3 к теплоотводящим пластинам 1, которые имеют хороший тепловой контакт с охлаждаемыми ИС. Охлаждение спиралей осуществляется потоком воздуха. Необходимость разработки экспериментальной модели обусловлена сложностью получения теоретической модели, достаточно точной для оптимизации конструкции теплоотвода, в связи с трудностями, возникающими при описании тепловых процессов с учетом аэродинамических параметров системы воздушного теплоотвода.

На основании априорных сведений для анализа были выделены следующие факторы: 1) длина спирали 2) шаг намотки спирали ; 3) расстояние между центрами соседних спиралей ; 4) диаметр проволоки спирали ; 5) расстояние между теплоотводящими поверхностями а; 6) площадь теплоотводящих пластин ; 7) число спиралей ; 8) диаметр спирали ; 9) толщина теплоотводящих пластин; 10) материал теплоотводящих пластин; 11) скорость воздушного потока 12) выделяемая ИС тепловая мощность; 13) материал проволоки. Для уменьшения числа опытов число факторов было уменьшено путем выделения наиболее влияющиха (критических). Пять факторов были переведены в ограничения из конструктивных соображений. Так, скорость воздушного потока в эксперименте была принята равной 3, 9 м/с, пластины выполнены из латуни толщиной 0, 5 мм, диаметр спирали выбран равным 8, 5 мм, материал проволоки—сталь. Для уменьшения числа экспериментальных образцов и упрощения модели факторы и были исключены как несущественные в ходе отсеивающего эксперимента, проведенного на десяти образцах.

Оставшиеся пять факторов варьировались на двух дискретных уровнях: =0, 5 и 0, 3 мм; = 1, 8 и 0, 65 мм; = 40 и 20 мм; = 25 и 12 мм; = 1 и 5 мм (значения получались при деформации спирали с начальным диаметром 8, 5 мм до 7 и 5 мм). Конструктивно изменялись четыре фактора ( ). Для проведения эксперимента по полному факторному плану было изготовлено 16 (24) радиаторов. В качестве критерия качества конструкции была выбрана эффективность радиатора , где и — температура теплоотводящей поверхности без радиатора и с радиатором соответственно. Полученная модель имеет вид

= 4, 5+ 39, 2 ( -0, 4)+1, 06( -1, 22) + 0, 18( -30)-0, 43( -18, 5) + 1, 26 ( - 0, 4) ( - 30) -3, 66( -0, 4) ( -18, 5) -0, 2 ( -1, 22) ( -18, 5) -0, 06( -30)( -18, 5)

и позволяет найти зависимость эффективности проволочного радиатора от сочетания номинальных значений конструктивных факторов и от их технологического разброса. В первом случае расчет ведется при детерминированных значениях конструктивных факторов, во втором — при изменении этих факторов в пределах технологических допусков по тому или иному вероятностному закону (чаще всего гауссовскому). Во втором случае анализ 1модели производится методом статистических испытаний (Монте-Карло) с использованием датчика случайных чисел и ЭВМ.

§ 1. 6 Стандартизация конструкций РЭС

Стандартизация является важным звеном в системе управления техническим уровнем и качеством продукции, в том числе РЭС. Особое значение стандартизация приобретает в условиях перевода народного хозяйства на интенсивные методы, ускорения темпов научно-технического прогресса, сокращения сроков морального износа конструкций (РЭС гражданского назначения—до 6... 8 лет; технологического оборудования — до 4... 5 лет; изделий специального назначения — до 2... 3 лет), что требует сокращения сроков конструирования и внедрения при одновременном улучшении качества конструкций.

По определению Международной организации по стандартизации, стандартизация — это процесс установления и применения правил с целью упорядочения деятельности в данной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности для достижения всеобщей оптимальной экономии, с соблюдением функциональных условий и требований безопасности. Она основывается на результатах развития науки, техники, практического опыта, определяет основу не только настоящего, но и будущего развития и должна быть неразрывна с прогрессом. Это определение отражает все многообразие функций стандартизации, характеризует ее как деятельность, направленную на упорядочение, а не только на соблюдение каких-то правил и условностей.

Задачи стандартизации: превращение стандартов в средство внедрения новой техники; улучшение качества сырья, материалов и готовых изделий; применение стандартизации для управления техническим уровнем продукции и ее качеством; создание крупных межотраслевых систем стандартов, обеспечивающих оптимальные условия для проведения сложных работ в различных отраслях народного хозяйства.

Формы стандартизации: комплексная, опережающая и стандартизация межотраслевых систем. По определению Постоянной комиссии СЭВ по стандартизации, при комплексной стандартизацииосуществляется целенаправленное и планомерное установление и применение системы взаимоувязанных требований как к объекту стандартизации в целом, так и к его основным элементам в целях обеспечения оптимального решения конкретной проблемы. При этом стандартизации подлежит не только сам объект производства (его конструкция), но и материалы, полуфабрикаты, оснастка, оборудование, технологические процессы.

Опережающий характер стандартизациидостигается разработкой стандартов на изделия, которые не начали проектироваться, внедряться, изготовляться серийно. Особое внимание при этом обращается на организацию внедрения опережающего стандарта, для чего одновременно с его разработкой готовят директивный документ о внедрении, план организационно-технических мероприятий, перечень предприятий, на которых будет внедрен стандарт. Контроль осуществляется базовыми и головными организациями отрасли, а также Госстандартом СССР.

Стандарт считается внедреннымна предприятии, если установленные им нормы, требования и правила отраженыв действующей технической документации, полностью выполняются в производстви выпускаемая продукция полностью им соответствует. Направление стандартизации при переходе от опытного образца к серийному смещается от стандартизации объекта производства к стандартизации оборудования, технологической оснастки, технологических процессов.

Межотраслевая стандартизацияшироко применяется в СССР и странах — членах СЭВ. Ярким примером этого является осуществление принципа стандартизации в самой стандартизации: создана Государственная система стандартизации, представляющая комплекс взаимоувязанных стандартов. Кроме того, существует ряд крупных межотраслевых систем: Единая система конструкторской документации (ЕСКД); Единая система технологической документации (ЕСТД); Система разработки и постановки продукции на производство (СРПП); Система стандартов в области автоматизированного проектирования и др.

В настоящее время существует большое число стандартов, вид которых зависит от нескольких групп факторов:

- способа реализации стандарта— документа, содержащего нормы (требования), подлежащие выполнению, основной единицы или физической константы (ампер, абсолютный нуль температуры), предмета для физического сравнения (метр);

- категории стандарта по масштабу охвата народного хозяйства: государственный стандарт, отраслевой стандарт, стандарт предприятия, республиканский стандарт, международный стандарт (СТ СЭВ);

- вида стандарта по назначениюдля конкретного изделия—технические условия, параметры (размеры, напряжения и т. д. ), марки материалов, сортамент, методы испытаний, правила приемки, типовой технологический процесс и т. д.;

- вида стандарта по методическим признакам— организационно-методический, общетехнический (ЕСКД), проектно-конструкторской, производственно-технический.

При конструировании используют стандарты в виде документа, содержащего нормы (требования), подлежащие выполнению. Рассмотрим стандарты по масштабу охвата народного хозяйства.

Государственные стандарты СССР (ГОСТ)устанавливаются преимущественно на продукцию массового или серийного производства, имеющую межотраслевое применение. В частности, ГОСТ определяют терминологию, требования по устойчивости РЭС к механическим, климатическим, радиационным воздействиям, параметры некоторых конструкционных систем РЭС.

Отраслевые стандарты (ОСТ)устанавливаются на те виды продукции, которые не являются объектами государственной стандартизации, — на нормы, правила, требования, понятия и обозначения, регламентация которых необходима для обеспечения оптимального качества продукции данной отрасли, а также для упорядочения производства, обеспечения координации производственно-технической деятельности предприятий отрасли. Отраслевые стандарты могут также устанавливать ограничения (по номенклатуре, типоразмерам, нормам, требованиям и т. д. ) или развивать государственные стандарты применительно к особенностям отрасли, если это не нарушает параметрических (например, размерных) рядов, не снижает качественных и эксплуатационных показателей, установленных государственными стандартами. Объектами отраслевой стандартизации, в частности, могут быть: отдельные виды продукции ограниченного применения, технологическая оснастка, предназначенная для производства и применения в данной области, сырье, материалы, полуфабрикаты внутриотраслевого применения, отдельные виды товаров народного потребления. Отраслевыми стандартами определяются размеры многих конструкционных систем РЭС и элементов.

Республиканские стандарты (РСТ)устанавливаются по согласованию с Государственным комитетом стандартов СССР и с соответствующими министерствами и ведомствами по закрепленным группам продукции, изготовляемой предприятиями министерств и ведомств союзных республик. Республиканские стандарты устанавливаются также на товары народного потребления. Как правило, при конструировании РЭС специального назначения РСТ не используются.

Стандарты предприятий (СТП) устанавливаются на нормы, правила, требования, методы и другие объекты, имеющие применение только на данном предприятии. Объектами стандартизации на предприятии могут быть детали, узлы и агрегаты изготовляемых (разрабатываемых) изделий, нормы для разработки продукции предприятия и методы расчета, нормы в области организации и управления производством предприятия, технологические нормы и требования, типовые технологические процессы, оснастка, инструмент и т. д. Стандарты предприятия могут носить характер ограничений или развития (по номенклатуре, типоразмерам, применяемым материалам и т. п. ) государственных, отраслевых, республиканских стандартов применительно к особенностям данного предприятия при условии, что это не ухудшает показателей, установленных государственными, отраслевыми или республиканскими стандартами.

Особое место в системе стандартизации занимает совместная работа, проводимая странами — членами СЭВ для дальнейшего повышения эффективности производства, удовлетворения потребностей людей, производства товаров с показателями качества выше мирового уровня. Это достигается путем сокращения сроков разработки и внедрения отечественных стандартов (уменьшения объема работ по разработке новых стандартов благодаря использованию опыта социалистических стран) и обеспечения специалистов информацией о передовом зарубежном опыте. К объектам международной стандартизации в области РЭС относятся термины и определения, требования к материалам, элементам (соединителям, ИС и т. д. ), аппаратуре для радиовещания, телевидения, записи и воспроизведения информации, средствам измерения и автоматизации, ЭВМ и т. д.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒