ivanstudent

Путь к Файлу: /Конструирование электронных устройств / 125 / 33-54.DOC

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   3
Пользователь:   ivanstudent
Добавлен:   24.12.2014
Размер:   181.0 КБ
СКАЧАТЬ

Патенточистой для страны, куда экспортируется продукция, называют продукцию, которая не попадает под действие патентов на изобретения и промышленные образцы, выданные в этой стране.

Экспорт в какую-либо страну не патенточистых для нее изделий недопустим, так как это нарушает патентное право и вызывает санкции, наносящие значительный экономический ущерб экспортерам.

 

Для создания патентоспособных и патенточистых изделий разработчик РЭА должен выбирать оригинальные решения или решения, на которые истек срок действия патентов, или патентованные решения, на которые куплены лицензии (разрешения на использование изобретения).

Проверка патентной чистоты необходима не только при экспортных поставках, но и во всех случаях разработки новой и усовершенствования старой РЭА.

Документом, подтверждающим результаты экспертизы патентной чистоты, является патентный формуляр, входящий в состав технической документации. Он составляется разработчиком с самого начала разработки и предъявляется на всех стадиях рассмотрения и утверждения технической документации на все изделия независимо от того, предназначены они для экспорта или для потребления внутри страны.

 

Нельзя считать, что если изделие поставляется на экспорт в течение длительного времени и до сих пор не предъявлялось исков со стороны иностранных патентовладельцев, то можно продолжать поставки без проверки патентной чистоты. В зарубежной судебной практике по патентным спорам известны случаи, когда патентовладельцы выжидали по семь и более лет с предъявлением иска, так как рассчитывали, что за это время их предполагаемые убытки возрастут и, следовательно, увеличится размер иска.

 

Долг разработчиков РЭА как граждан России – со вниманием относиться к проверке патентной чистоты изделий и к оформлению своих заявок на предполагаемые изобретения. Они являются источниками получения патентов нашей страной за рубежом.

 

Во время экспертизы такой заявки в Комитете по делам изобретений и открытий, куда подается заявка, устанавливается патентоспособность, т.е. возможность технического решения быть запатентованным в качестве изобретения в определенных странах.

Для этого необходимо наличие существенной новизны (мировой или локальной) технического решения и полезности.

 

 

ГЛАВА 4. КОМПЛЕКСНАЯ

МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ РЭА

 

С увеличением сложности электронных комплексов все большее внимание  конструкторы  вынуждены  уделять  повышению  надежности,  снижению  энергопотребления,  уменьшению  массы  и  габаритов  разрабатываемых  устройств.  У  разработчиков  РЭА  всегда  было  и  остается  естественное  стремление  улучшить  технико-экономические  показатели  (ТЭП),  в  частности,   уменьшить  массу  и  габариты.

Поэтому  еще  в  50-е  годы  было  введено понятие миниатюризации  РЭА.  Это  было  новое  в  то  время  направление  работ  по  созданию  РЭА  второго  поколения (транзисторы  и  миниатюрные ЭРЭ  и  радиокомпоненты)  взамен  РЭА  первого  поколения,  широко  использующей  электронно-вакуумные  приборы  (ЭВП)  и  другие  крупногабаритные  ЭРЭ. 

Позднее,  в  шестидесятые годы, с появлением  интегральных  схем  (ИС)  в  РЭА  третьего  поколения,  стали  употреблять  термин микроминиатюризация.  В  семидесятые годы  появляется термин комплексная микроминиатюризация  (КММ). В широком  смысле КММ означает  системный  подход  к  применению  в  аппаратуре  средств микроэлектроники. Аппаратура, разработанная  с  использованием  метода  КММ,  носит  название  микроэлектронной  аппаратуры (МЭА).

При разработке МЭА необходимо создавать новую конструкцию.  При этом обязательно пересматривается схема аналога (предшествующего  поколения). Механический перенос схемы обычного устройства в МЭА  практически полностью исключается. В лучшем случае в основу разработки может быть положена функциональная схема.

 

Одной из главных задач конструктора МЭА является устранение крупногабаритных ЭРЭ и радиоэлектронных устройств. 

Эту задачу можно решать двумя путями:

1) миниатюризацией, что не всегда возможно и имеет свой предел;

2) изменением электрической схемы с таким расчетом, чтобы функции схемного узла выполняли ИС или их совокупность [14].

Наряду с ИС микроминиатюризация предполагает широкое применение элементов функциональной электроники (оптоэлектронных, акустоэлектронных или пьезоэлектрических и магнитоэлектронных, прежде  всего использующих цилиндрические магнитные домены ЦМД). 

При микроминиатюризации РЭА обязательно используются и микрокомпоненты  (ЭРЭ и элементы конструкций): микроразъемы, соединительные колодки,  гибкие плоские кабели (ГПК), многослойные печатные платы, жидкокристаллические индикаторы и т.д. 

Плоские кабели применяют преимущественно в блоках книжной конс-

струкции. Примеры типов ГПК: марки КППР, КППР-3, КПВР (ТУ. КП054-66) и др. В МЭА широко используются также и другие типы кабелей,  например, опрессованные (для фиксированного монтажа), а также плетеные  или тканые. 

При проектировании МЭА возникают сложности микроминиатюризации межблочных связей. Например, по габаритам низкочастотные разъемы несовместимы с МЭА. В частности, шаг установки разъема РРС-3  (50  контактов) на внешний корпус блока - 50 мм, а для субминиатюрных  разъемов РПС-37 и СНО-47 соответственно - 15  мм, длина ответных  (кабельных) частей 45-60 мм, что соизмеримо с размером блока.

 Применение бескорпусных ИС требует герметичной заделки  блочных частей разъемов, что существенно влияет на материалоемкость конструкции. Если применяют облегченные провода, типа ГФ-100, ФД,  МГТФ,  то на долю межблочных соединений в цифровых компонентах МЭА приходится  до  20%  массы  и  до  30%  объема.

 Перечислим, к примеру, некоторые ЭРЭ, совместимые с ИС и наиболее часто используемые в МЭА:

· Конденсаторы К10-17, К53-15, трансформаторы ММТИ-35,  диоды 2В102, 2С168, бескорпусные транзисторы 2Т317 (гибкие выводы), 2Т354 (жесткие выводы) и др.;

· Катушки индуктивности навесного типа на карбонильных тороидальных сердечниках Р-100 или пленочного типа на ситалловых подложках;

· Реле: РЭС-42, РЭС-43, РЭС-44;

· Вакуумные  переключающие  устройства;

· Быстродействующие контакты МК4-1, МК4-2 и МКВ-1;

· Замыкающие контакты типа МЧК1А-1, МЧК1А-2, МЧК2А-1,  МЧК3А-1, МЧК3В-1;

· Переключающие контакты типа МУП3В-1, МКВ-1.

 

Микроминиатюризация на современном этапе требует системного подхода к проектированию РЭА. При этом используются не только сами  микроэлектронные изделия, но и групповые методы их изготовления,  САПР конструкций и САПР технологии  производства РЭА.

Групповая технология позволяет выполнить технологическую операцию для группы деталей на одном станке (оборудовании), при одной  настройке. Например, пайка волной припоя или погружением в расплавленный припой, сверление отверстий на многошпиндельном сверлильном  станке.

Здесь следует заметить, что если под микроминиатюризацией понимать только перевод схемы проектируемой РЭА на ИС общего и частного применения, то такой путь не даст существенных результатов в улучшении массогабаритных показателей и повышении надежности.

Покажем  это  на  примере  радиолокационной  станции.

В  состав  РЛС  входят:

- блоки питания (БП);

- электронные блоки (ЭБ);

- антенно-фидерные устройства (АФУ);

- радиопередающие устройства (РПУ);

- устройства контроля и сигнализации (УКС);

- индикаторные устройства (ИУ);

- электромеханические устройства (ЭМУ).

 

Если использовать в качестве активной элементной базы ЭВП и дискретные приборы, то получаются сравнимыми массогабаритные показатели всех составных частей РЛС.

Перевод электронной части на ИС не дает существенного результата  в улучшении ТЭП, так как возрастает удельный вес других блоков и  устройств.

Дальнейшее улучшение ТЭП РЛС возможно только при использовании комплексных, системных методов подхода к микроминиатюризации.

 

Наряду с применением ИС при проектировании в электронных блоках следует:

1. Заменять металлы пластмассами. Здесь резервы практически исчерпаны.

 

2. Рационально решать задачи теплоотвода в блоках с повышенным  тепловыделением (БП, ЭМУ).

 

3. Переносить принципы микроэлектроники на новые классы устройств (АФУ, БП, ЭБ, ИУ, УКС, ЭМУ, РПУ), а  именно:

· Применять фазированные антенные решетки (ФАР) вместо антенн СВЧ с параболическими отражателями (выигрыш в массе в 10-20 раз). ФАР представляет собой плоскую конструкцию, включающую в себя несколько сотен однотипных модулей. Каждый модуль в зависимости от  назначения ФАР может состоять: из излучателей, фазовращателей, переключателей, ответвителей, согласующих  элементов, фильтров, твердотельных генераторов, усилителей, приемников. Управление диаграммой  направленности осуществляется с помощью специализированной  ЭВМ изменением фазовых сдвигов между токами, питающими  вибраторы. При этом наименьшие габариты имеет однокристальная ЭВМ, заменяющая громоздкий электромеханический привод антенны. Элементы ФАР и ЭВМ выполняются по технологии интегральных схем. В последнее время ФАР проектируется на основе дипольных печатных излучателей. ФАР обеспечивают быстрое сканирование узкого луча в пространстве и имеют очень низкий уровень боковых лепестков при малой ширине основного луча. Излучатели такой решетки  возбуждаются синфазно с помощью ответвителей или делителей мощности. Благодаря использованию ИС СВЧ в ФАР, они (ФАР) приобретают принципиально новые свойства (по сравнению с системами механического сканирования): пространственную и временную многофункциональность, высокую надежность, повышенную эффективность и помехозащищенность (благодаря возможности применения специальных методов обработки сигналов), высокий энергетический потенциал (за счет сложения мощностей генераторов), высокие эксплуатационные параметры;

· заменять  волноводы  и  волноводные устройства микрополосковыми  линиями  и  устройствами  (полосковыми резонаторами, фильтрами, направленными ответвителями, фазовращателями и т.п.);

· выполнять БП в виде гибридных ИС (ГИС) или в виде  микросборок (МСБ), представляющих из себя фактически  ГИС  частного применения, в которых допускается использование  традиционных миниатюрных ЭРЭ;

· генераторы на лампах и транзисторах следует реализовывать с помощью генераторных ИС со сложением мощности;

· линии задержки (ЛЗ) объемного типа следует заменять на  интегральные ЛЗ, использующие поверхностные акустические  волны (ПАВ), скорость распространения которых на пять порядков меньше скорости распространения электромагнитных  волн (1-5 км/с). В качестве среды распространения ПАВ (звукопровода) используют обычно пьезоэлектрические материалы:  кварц, ниобат лития, гермонат висмута, пьезокерамику. Возбуждение и прием ПАВ достигается планарными встречно-штыревыми структурами за счет пьезоэффекта. Диапазон задержки Л3 на ПАВ с прямолинейной траекторией распространения волны до 100-150 мкс, со сложными (циклическими,  спиральными и др.) траекториями до единиц миллисекунд. Диапазон  рабочих  частот  ПАВ - устройств  определяется  возможностями планарной технологии и охватывает частоты от единиц  мегагерц до единиц гигагерц, а динамический диапазон напряжений  от  10  мВ  до  5В; 

· пассивные С-фильтры можно заменять электромеханическим фильтрами (ЭМФ) и пьезокерамическими (ПКФ) активными фильтрами на ИС серией 101, 124, 140, 226, цифровыми  фильтрами на БИС и БГИС. Применение пьезокерамических  фильтров с ПАВ вместо C-контуров, например, в УПЧ, позволяет уменьшить габариты блока в 30-100 раз;

 

4. Возможность взаимодействия с планарными структурами на  поверхности звукопровода, обеспечивающая управляемое изменение  характеристик ПАВ устройств (изменение скорости затухания и т.п.), позволила  создать целую серию самых разнообразных функциональных устройств  на  ПАВ, в частности полосовые фильтры, фазовращатели и аттенюаторы [14]. В любом ПАВ-устройстве частотно-селективными свойствами  обладают  собственно  пьезопреобразователи,  возбуждающие  и принимающие ПАВ и формирующие сквозную АЧХ устройства. Полоса пропускания преобразователя обратно пропорциональна его протяженности в направлении распространения ПАВ. Форма АЧХ преобразователя определяется  законом изменения перекрытия штырей. Изменяя геометрию планарной  встречно-штыревой структуры, можно формировать заданную АЧХ.  Высокая повторяемость фотолитографического процесса, используемого при изготовлении ПАВ - устройства, обеспечивает идентичность характеристик устройств при тиражировании, то есть полную взаимозаменяемость.

 

5. Следует использовать в ЭБ вместо аналоговой обработки сигналов преобразование  сигнала из аналоговой формы в цифровую, применив для этих целей ИС аналогово-цифровых преобразователей (АЦП).

 

6. Использовать для программно-управляемой обработки полученной ИС, МПК ИС, в состав которых входят ИС полупроводниковой памяти.

 

7. Устройства силовой электронной автоматики и вторичные источники питания (ВИП) следует заменять на силовые ГИС и МСБ.

 

8. При проектировании сложных схем в ЭБ вместо большого количества ИС нужно использовать матричные большие ИС (БИС), называемые иногда полузаказными. Эти БИС строятся на основе базового кристалла, представляющего собой матрицу, не соединенных между собой функциональных элементов, электрические связи между которыми формируются в соответствии с назначением БИС на этапе формирования разводки групповым способом с помощью одного или нескольких заказных фотошаблонов. На основе одного базового кристалла можно изготовить сотни функционально различных устройств. Весь процесс  разработки  матричной БИС от технического  задания (ТЗ) до опытных образцов занимает несколько недель. Применение САПР позволяет еще больше сократить цикл разработки и подготовки производства матричных БИС. Набор элементов, входящих в   библиотеку матричной БИС, содержит как отдельные элементы или   простые логические ячейки типа И-НЕ, ИЛИ-НЕ, так и достаточно сложные узлы, широко используемые в РЭА, например, триггеры, регистры, счетчики, дешифраторы, мультиплексоры, усилители [15].

 

9. Применять достижения функциональной опто - и магнитоэлектроники, электротепловые функциональные элементы (ЭтФЭ) в интегральном исполнении. Перспективным является использование вместо запоминающих устройств (ЗУ) оптических накопителей информации, так как они могут обеспечить наибольшую плотность записи информации: 107-108 в плоском и 109 в объемном накопителях информации. Минимальный теоретический размер одного бита информации по площади, занимаемой в накопителе, определяется длиной волны записывающего излучения. Для постоянной записи используются серебряно-галоидные фотоэмульсии и фотополимеры, в которых свет вызывает необратимые химические реакции. Для оперативной записи используют сегнетоэлектрики, ферромагнетики, фотохромные и другие материалы, в которых воздействие света образует устойчивые, но обратимые реакции. В сегнетоэлектриках (например, в ниобате лития - LiN8O3) при локальном облучении меняется величина электрооптического эффекта. Запись стирается локальным нагревом облученных участков. В ферромагнитных материалах (например, в пленках MnBi) домены в облученных участках ориентируются в противоположном направлении по сравнению с доменами в необлученных участках. Стирается информация локальным нагревом пленки во внешнем магнитном поле. Фотохромные материалы при облучении меняют цвет. Стирается запись светом с более короткой длиной волны. Использование для записи когерентных оптических источников увеличивает плотность записи [14,15, 16].

 

10. Вместо электрических кабелей необходимо широко внедрять волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Это стало возможным благодаря появлению миниатюрных источников и приемников оптического излучения - светодиодных и фотодиодных матриц с малым (100-500мкм) шагом расположения единичных элементов, оптического единичного световолокна 80 мкм и на его основе световолоконного жгута 300 мкм, многожильных волоконно-оптических кабелей [14].

 

Достоинства ВОЛС:

· высокая помехо - и криптозащищенность;

· радиационная стойкость;

· пропускная способность до 500 Мбит/с;

· малая материалоемкость межблочных соединений. Например, применяя ВОЛС вместо традиционных кабелей и пространственно-временное или частотное уплотнение цифровых каналов, на участке линии передачи длиной 10 м, состоящей из 90 каналов, можно получить выигрыш по массе в 60 раз, а по габаритам в восемь раз.

 

Внедрение ВОЛС - задача комплексная. При этом необходимо:

· ввести схемы усилителей и электронных преобразователей в цифровое устройство;

· создать светодиодные и фотодиодные матрицы с оптимальным расположением единичных элементов, идентичным расположению оптических жгутов в волоконно-оптических кабелях;

· разработать герметичные волоконно-оптические разъемы и оптические клеи для установки опто-электронных матриц с обеспечением малых оптических потерь и исключением взаимовлияния оптических каналов;

· усовершенствовать технологию сборки оптронов (источник света (светодиод)+световод+приемник света (фотодиод)).

 

11. Кроме оптических накопителей информации и   ИС   ЗУ перспективными для  замены  ЗУ  на  ферритах   являются   ЗУ   на цилиндрических магнитных  доменах  (ЦМД).  Эти магнитоэлектронные устройства позволяют получить емкость информации  15·106  бит в объеме 5 см3.  ЦМД  имеют размеры приблизительно равные толщине пленки магнитного   материала.   Они   могут   генерироваться   и перемещаться под действием плоских источников магнитного поля.  В качестве детектора доменов могут использоваться магниторезистивные датчики, датчики Холла и др. [14].

 

12. Следует заменять индикаторы на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) плоскими экранами из светодиодов или электронно-люменисцентных пленок, стрелочные приборы - плоскими цифровыми оптоэлектронными, а электромагнитные реле - бесконтактными оптоэлектронными.

 

13. Электротепловые функциональные приборы (ЭТФП) используют для работы тепловые связи между электротепловым (ЭТП) и теплоэлектрическим (ТЭП) преобразователями.  Они могут применяться как линии задержки, для измерения мощности, частоты следования импульсов, в качестве фильтров низкой частоты [16]. Микроминиатюризация здесь осуществляется за счет того, что частью схемы ЭТФП являются все конструктивные элементы, по которым распространяется тепло.

 

Все выше перечисленные принципы являются основными для нового метода проектирования РЭА - метода комплексной микроминиатюризации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 5. Применение типовых

конструкций РЭС

 

Типовая конструкция  (ТК) – это плоский или объемный несущий компонент размерно-параметрического ряда конструкций, используемый для размещения электрорадиоэлементов (ЭРЭ) или радиокомпонентов РЭС.

Для примера назовем следующие ТК: печатную плату, корпус блока, каркас вставного блока и т.д.

Ряды конструкций создаются с целью охвата унификацией возможно большего числа конструкций.

Унификация – это метод стандартизации, направленный на рациональное сокращение числа типов, видов и размеров объектов одинакового функционального назначения.

Ряды конструкций могут быть размерные, параметрические и размерно-параметрические.

Размерные ряды охватывают геометрически подобные изделия, отличающиеся только размерами.

Параметрические ряды – это ряды функциональных изделий, схожих по форме, но отличающихся градацией параметров.

Размерно-параметрические ряды охватывают конструкции изделий, схожие по форме, но отличающиеся градацией размеров и параметров.

Размеры сторон ТК могут меняться по ритмическим или метрическим соотношениям.

При метрических соотношениях значение n–го размера ТК определяют по формуле:

 

33-54                                                               (5.1)

где  33-54 - начальное значение данного ряда, определяемое минимальными размерами используемых ЭРЭ и РК (33-54 мм.);

n - число, лежащее в основе ряда конструкций и определяющее диапазон изменения размеров в пределах 33-54 (33-54);

m - величина приращения или модуль (33-54 мм.).

 

При ритмических соотношениях значение n-го размера 33-54 ТК  определяют по формуле:

33-54                                                                         (5.2)

где 33-54 - коэффициент ритмического соотношения (знаменатель геометрической прогрессии),  33-54

33-54- степень ряда.

Обычно 33-54 берут из ряда предпочтительных чисел (R5, R10, R20).

 

При b=5 (R5) 33-54,

        b=10 (R10) 33-54, [ К1],

        b=20 (R20) 33-54

 

Обычно при построении РЭС используют модульную структуру, минимальный размер модуля 33-54 определяется необходимостью размещения заданного числа ЭРЭ и РК размером 33-54.

 

Модульная структура ТК позволяет получить различные варианты размещения устройств входа, выхода, органов управления и реализовать модульный принцип конструирования.

 

Достоинства модульного принципа конструирования:

1) свобода доступа к модулю и его элементам;

2) параллельность проектирования и изготовления модулей;

3) сокращение сроков проектирования и изготовления РЭС;

4) простота модернизации РЭС.

 

На основании модульной структуры разработан отечественный комплекс универсальных типовых конструкций РЭС (УТК) трех классов:

УТК-1 - для стационарных РЭС, предназначенных для работы в отапливаемых и нерегулярно отапливаемых помещениях категории 3 и 4 по ГОСТ 15150.

УТК-2 – для стационарных и возимых РЭС, работающих на открытом воздухе, во временных помещениях и укрытиях, палатках, на колесном и гусеничном транспорте (категории 1 и 2 по ГОСТ 15150).

УТК-3 – для РЭС, выполненных на интегральных схемах и микросборках, устанавливаемых на подвижных объектах, в труднодоступных местах и работающих на ходу в жестких условиях эксплуатации.

Комплекс УТК построен по иерархическому принципу и представлен на рис.5.1 и 5.2.

Информация по компонентам конструктивных уровней УТК трех классов дана в [7].

Из зарубежных ТК особое внимание следует уделить системе САМАС (Computer Applications for Measurements and Control), идеи которой использованы в ГОСТ 27080 “Система КАМАК.  Требования к крейту и сменным блокам ”.

Система КАМАК предназначена для реализации РЭС с цифровой обработкой информации. Функциональные блоки выполняются в виде сменных блоков и устанавливаются в крейте.

Крейт – это блочный каркас для установки сменных блоков, неотъемлемой частью которого является магистральный канал для передачи данных, управляющих сигналов и подачи питания. Крейт содержит не более 25 позиций для установки сменных блоков.

33-54
 

 

 


                                       

 

                       

                       

 

 

 

 

               

 

Рис. 5.1. Конструктивные уровни (КУ) УТК-1 и УТК-2

    

33-54           

 

           

                       

 

                       

 

                       

 

         

 

 

 

Рис. 5.2. Конструктивные уровни УТК-3

 

Магистральный канал крейта содержит сигнальные шины и шины питания. Каждая шина имеет свое наименование (шины команд, синхронизации, данных, состояния, общего управления, обязательные шины питания, дополнительные шины питания), назначение, обозначение, определенное число контактов. Сменные блоки в системе КАМАК имеют постоянную высоту и глубину, а ширина передней панели меняется по модулю 17.2 мм. Полные сведения о типовых конструкциях РЭС даны в [7].

ГЛАВА 6. СТАНДАРТИЗАЦИЯ

В  КОНСТРУИРОВАНИИ  РЭС

 

Стандартизация является одним из важнейших методов ограничения разнообразия и регламентирования единства в различных областях науки и техники, в том числе и при конструировании РЭА.

Основными целями стандартизации являются [17, ГОСТ Р1.0]:

1. Сокращение времени конструирования изделий и внедрения их  в производство;

2. Обеспечение совместимости и взаимозаменяемости продукции;

3. Защита интересов  потребителей  и государства в вопросах номенклатуры и качества продукции, услуг и процессов (далее продукция), обеспечивающих их безопасность для жизни, здоровья людей и имущества, охрану окружающей среды;

4. Повышение качества продукции в соответствии с развитием науки и техники, с потребностями населения и народного хозяйства;

5. Содействие экономии людских и материальных ресурсов, улучшению экономических показателей производства, в частности, снижение стоимости продукции;

6. Устранение технических барьеров в производстве и торговле, обеспечение конкурентоспособности продукции на мировом рынке и эффективного участия государства в межгосударственном и международном разделении труда; сюда входят специализация и кооперация в масштабах предприятия, отрасли, государства и между различными государствами.

Согласно определению международной организации по стандартизации ИСО и ГОСТ Р1.0, стандартизация (от английского standart- норма, образец) - это деятельность, направленная на достижение оптимальной степени упорядоченности в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач.

Важнейшими результатами деятельности по стандартизации являются повышение степени соответствия продукции, процессов и услуг их функциональному назначению, устранение барьеров в торговле и содействие научно-техническому и экономическому сотрудничеству.

Объектом стандартизации является предмет (продукция, процесс, услуга), подлежащий или подвергшийся стандартизации. При работе по стандартизации используют нормативные документы, содержащие правила, общие принципы, характеристики, касающиеся определенных видов деятельности или их результатов, и доступные широкому кругу потребителей (пользователей).

Нормативное обеспечение технической политики в области стандартизации основывается на законодательных актах, стандартах, технических условиях.

Стандарт - нормативный документ по стандартизации, разработанный, как правило, на основе согласия большинства заинтересованных сторон и утвержденный признанным органом или предприятием. В нем могут устанавливаться для всеобщего пользования правила, общие принципы, характеристики, требования или методы, касающиеся определенных объектов стандартизации, и который направлен на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области.

В 1967 году постановлением правительства в стране была создана Государственная система стандартов (Госстандарт). В 1992 году Госстандарт преобразован в Государственный комитет Российской федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

 

Согласно ГОСТ Р 1.0 устанавливаются следующие виды нормативных документов:

- государственный стандарт Российской Федерации (ГОСТ РФ) - национальный стандарт, утвержденный Госстандартом Росси или Министерством архитектуры, строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России);

- отраслевой стандарт (ОСТ) - стандарт, утвержденный министерством (ведомством) Российской Федерации; отрасль - совокупность предприятий, независимо от территориального расположения разрабатывающих и изготавливающих определенные виды продукции, закрепленная за данным министерством или его главным управлением;

- стандарт предприятия (СТП) - стандарт, утвержденный предприятием и применяемый только на данном предприятии;

- технические условия (ТУ) - нормативный документ на конкретную продукцию (услугу), утвержденный предприятием - разработчиком, как правило, по согласованию с предприятием - заказчиком (потребителем). При разработке на продукцию комплекта технической документации ТУ являются неотъемлемой частью этого комплекта;

- международный стандарт - стандарт, принятый международной организацией по стандартизации;

- региональный стандарт - стандарт, принятый региональной международной организацией по стандартизации;

- межгосударственный стандарт (ГОСТ) - региональный стандарт, принятый государствами, присоединившимися к соглашению о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификации;

- национальный стандарт - стандарт, принятый органом по стандартизации одной страны;

- комплекс стандартов - совокупность взаимосвязанных стандартов, объединенных общей целевой направленностью и устанавливающих согласованные требования к взаимосвязанным объектам стандартизации.

 

Несоблюдение обязательных требований действующих стандартов влечет за собой ответственность согласно законодательству Российской Федерации. Наказание за несоблюдение стандартов предусмотрено и в  Законе  РФ о  защите  прав  потребителей.

Если изделие применяют по ГОСТ или ОСТ, то такое изделие считается  стандартным.  Прочими (нестандартными)  считаются  изделия,  применяемые по техническим условиям. Отраслевые стандарты обязательны  для всех предприятий данной отрасли и других отраслей, применяющих  изделия данной отрасли.

 

Исходя из определения стандартизации,  к методам стандартизации  в  радиотехнической  промышленности, следует отнести не только  непосредственное использование различных стандартов, но и конструктивную  преемственность, отраслевую стандартизацию, повторяемость, а также  типизацию,  в  которую органически входят унификация, секционирование  и  агрегатирование. 

 

Конструктивная  преемственность – это  требование,  предусматривающее  целесообразное  использование  в  вновь  разработанном  изделии  выпускающихся  или  выпускающихся  ранее  деталей  и  узлов  [17] .

Наибольший  экономический  эффект  получается,  если  одинаковые  или  различные по своему назначению аппараты являются производными  одной  конструкции, выбранной  за  основу.  К примеру, у большинства  отечественных телевизоров сходная конструктивная и  схемотехническая  основа. При этом уменьшаются  затраты  на  разработку,  освоение  и  изготовление многих общих конструктивных элементов. Обновление конструкции  и  технологической  оснастки  оправдано только в тех случаях,  когда они принципиально новы.

 

Отраслевая  стандартизация -  это  рациональное  ограничение  в  пределах  данного  предприятия  или  отрасли  промышленности  типоразмеров  конструкций, материалов,  полуфабрикатов,  режущего  и  измерительного  инструмента и других норм.  Документами, регламентирующими эти ограничения  в  указанных  пределах, являются отраслевые  стандарты  и  стандарты предприятия. Требования отраслевой стандартизации  наиболее  широко применяются  к  крепежным  деталям,  материалам,  проводам  и  кабелям,  платам,  скобам, монтажным  лепесткам и т.д. В меньшей степени  удается  отраслевая  стандартизация  блоков.

 Повторяемость – требование  использования в изделии по возможности  большего  количества одинаковых  ЭРЭ, элементов конструкции  и  крепежа. Это облегчает работу отделов  комплектации, сборку и ремонт  изделия.

 

Типизация – метод  стандартизации,  заключающийся  в  разработке  и  установлении  типовых  конструктивных,  технологических,  организационных  и  других  решений.

Типизация конструкции представляет собой разработку и установление типовых конструкций, которые содержат общие для ряда  изделий  и  их деталей конструктивные параметры. Примером  такой  типизации  является комплекс универсальных типовых  конструкций  (УТК),  совместимый  с  автоматизированными  методами  проектирования и изготовления  РЭА. 

Типизация технологических процессов представляет собой разработку и установление технологического процесса для изготовления однотипных  деталей  или  изделий. Например, технологический процесс пайки  волной, используемый для автоматизированной пайки печатных узлов  различного назначения.

Высшей формой типизации является  унификация. Согласно ГОСТ Р1,  унификация – это  выбор  оптимального  числа  разновидностей  продукции, процессов и услуг, значений их параметров  и  размеров. Наиболее часто унификация используется для объектов одинакового функционального назначения. Унифицированные  элементы  конструкций предназначены для многократного применения в различных  видах РЭА. Такие элементы  имеют  неоднократно  проверенную  технологию  изготовления.

 

Агрегатирование – метод стандартизации, направленный на создание изделий путем их сборки из ограниченного количества стандартных  или унифицированных  деталей,  ФУ,  агрегатов. Эти унифицированные  детали, ФУ и агрегаты могут быть использованы при создании различных  модификаций  РЭА  и  должны  обладать  взаимозаменяемостью.

 

Перечень унифицированных деталей и сборочных единиц, разрешенных к применению на данном заводе или в объединении, приведен  в  отраслевых  стандартах  и  стандартах  предприятий.

 

Конечно, любые ограничения приводят к уменьшению степени свободы  разработчиков,  конструкторов.  Однако  рациональное  ограничение  не  ухудшает  качество  разрабатываемого  изделия,  а,  повышая  степень  унификации,  уменьшает  номенклатуру  используемых  материалов,  комплектующих,  и  тем  самым  повышает  эффективность  производства.

 

 

ГЛАВА 7. Обеспечение технологичности  РЭС

 

Изделия,  разрабатываемые  конструкторами,  предназначены  для  внедрения в производство. Поэтому требования технологичности, определяющие приспособленность изделий к производству, эксплуатации и ремонту,  должны  учитываться  на  всех  стадиях  проектирования. Кроме того,  конструкторы используют критерии технологичности для количественной оценки преимуществ разрабатываемых изделий по сравнению с ранее выпускаемыми  по  трудоемкости, по затратам материалов, по затратам средств и времени на  техническую подготовку производства, эксплуатацию и  ремонт.

 

Термины и определения технологичности регламентируют ГОСТ   14.205 и [18]. По этому стандарту обеспечение технологичности конструкции  изделия – это функция подготовки  производства,  включающая  комплекс  взаимосвязанных  мероприятий  по  управлению  технологичностью  и  совершенствованию  условий  выполнения  работ  при  производстве,  техническом  обслуживании  и  ремонте  изделий. 

При этом под технологичностью понимают совокупность свойств  конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению  оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте  для  заданных показателей качества, объема выпуска и  условий  выполнения  работ.

Различают  производственную, эксплуатационную и ремонтную технологичности. 

Производственная технологичность – это технологичность конструкции изделия при его подготовке к производству,  изготовлению  и монтажу. Производственная технологичность определяет объем работ по технологической подготовке производства, сложность изготовления, удобство монтажа вне предприятия – изготовителя.

 Эксплуатационная технологичность – это технологичность конструкции изделия (определяет объем работ) при подготовке его к использованию по назначению, техническом обслуживании, текущем ремонте и утилизации (возвращению в производство отходов). 

Ремонтная технологичность – это технологичность (характеризует свойства изделия) при  любом  ремонте, кроме текущего.

 

Основные требования  производственной  технологичности                  [18, 19]:

1) выбор и разработка конструкций  деталей  и  узлов,  которые позволяют применить наиболее  дешевые материалы  и  комплектующие изделия,  по возможности стандартные и унифицированные, экономичное и  высокопроизводительное оснащение и  оборудование;

2) применение ранее освоенных  типовых  (стандартных или унифицированных)  технологических  процессов производства, оснащения и оборудования;

3) установление допусков на параметры РЭА, гарантирующих стабильность  производства  и  длительную эксплуатацию изделий;

4) установление таких допусков, видов обработки деталей, которые необходимы для обеспечения их работы в изделии и могут выполняться  при  производстве  с  минимальной  квалификацией  разряда  работы;

5) разработка технической документации, рассчитанной на широкое  применение прогрессивных способов формообразования с учетом серийности  производства изделий. Особое значение в радиоэлектронике имеет  широкое  применение пластмасс. При этом снижается трудоемкость изготовления изделий,  их  масса,  повышается  устойчивость  к  климатическим  воздействиям;

6) технологичность сборки, под которой понимают: возможность  параллельной и независимой сборки, настройки и контроля отдельных  узлов  конструкций;  возможность сборки без подгонки с полной взаимозаменяемостью  деталей  и  сборочных единиц;  доступность к местам монтажа и возможность  применения высокопроизводительных  методов  сборки.

 

Эксплуатационная  и  ремонтная  технологичности  обеспечиваются  простотой  обслуживания  и  ремонта  изделия  за  счет  наличия  в  его  конструкции  контрольных  гнезд  и  индикаторов,  позволяющих  контролировать  работу  изделия  и  облегчающих  поиск  неисправностей; за счет облегченного  доступа  к  узлам  и  деталям  конструкции, особенно  к  наименее  надежным  узлам  и  деталям; за  счет  взаимозаменяемости  узлов  и  деталей  и  т.  п.

 

Общие правила обеспечения технологичности конструкции изделия на  всех  стадиях  разработки конструкторской документации изложены в  ГОСТ 14.201,  который устанавливает систему показателей, последовательность  и  содержание  работ  по  обеспечению технологичности.

 

Технологичность конструкции определяется на основе показателей технологичности, которые различаются:

· по области проявления (производственные, эксплуатационные);

· цели анализа (технические, технико – экономические);

· системе оценки (базовые, разрабатываемой конструкции);

· способу выражения (абсолютные, относительные);

· степени значимости (основные, дополнительные);

· количественному характеру (частные, комплексные).

 

Система  показателей,  используемая  для  количественной  оценки  технологичности,  включает:

· базовые  (исходные) значения  показателей  технологичности,  являющиеся  предельными  нормативами  технологичности;

· частные  показатели  технологичности,  каждый  из  которых  включает  одно  из  входящих  в  нее  свойств;

· комплексный  показатель  технологичности,  характеризующий  несколько  входящих  в  нее  частных  или  комплексных  свойств.

 

Базовые  исходные  значения  показателей  технологичности  указываются  в  техническом  задании,  а  по  отдельным  видам  изделий,  номенклатура  которых  устанавливается  отраслями,  в  отраслевых  стандартах.  Например, для  радиотехнических  блоков  РЛС  норматив  комплексного  показателя  технологичности  можно  задавать  в  пределах  0.2 - 0.5  на  стадии  разработки  рабочей  документации  опытного  образца,  0.25 - 0.55 – для  установочной  серии  и  0.3 - 0.6 – для  серийного  производства  [19].

Для  более  точного  расчета  норматива  комплексного  показателя  технологичности  используют  формулу:

 

Кн = Ка· Ксл· Кту·Коп·Кот·Кп ,

 

где   Ка – комплексный  показатель  изделия  аналога;

Ксл – коэффициент  сложности  (технического совершенства)  нового  изделия  по  сравнению  с  аналогом;

Кту – коэффициент,  учитывающий  изменение  технического  уровня  основного  производства  завода-изготовителя нового  изделия  по  отношению  к  заводу-изготовителю  аналога;

Коп  и  Кот  -  коэффициенты,  учитывающие  изменение  уровня  организации  производства  и  труда  завода-изготовителя  нового  изделия  по  отношению  к  заводу-изготовителю  аналога;

Кп – коэффициент,  учитывающий  изменение  типа  производства  (отношение  коэффициента  серийности  нового  изделия  к  тому  же  коэффициенту  изделия-аналога).

 

Значения  поправочных  коэффициентов  определяются  по  отраслевым  стандартам,  а  при  отсутствии  информации  по  отдельным  характеристикам  поправочные  коэффициенты  принимаются  равными  единице.

Показатели  технологичности  могут  быть  абсолютными,  выражающимися  в  единицах  затрат  материалов,  труда,  стоимостных  средств  и  относительными,  выраженными  отношением  двух  величин  с  одинаковой  единицей  изменения.  Одним  из  важнейших  относительных  показателей  является  уровень  технологичности,  выражаемый  отношением  значения  показателя  технологичности  данного  изделия  к  базовому  значению  соответствующего  показателя  технологичности.

Данные об уровне технологичности используются  разработчиками  в  процессе оптимизации конструктивных решений. Уровень технологичности  должен  быть  равен  или  больше  единицы.

 

Необходимость количественной оценки технологичности, а также номенклатура показателей  и  методика их определения устанавливаются  в зависимости от вида изделий,  типа  производства  и  стадии  разработки  документации отраслевыми стандартами или СТП. Количество показателей  должно быть минимальным,  но  достаточным  для  оценки  технологичности.  Во многих монографиях  и  ОСТ  для  оценки  технологичности  рекомендуют  выбирать  семь  показателей  при  разработке  рабочей  документации  изделия  и  обходиться  меньшим  числом  при  разработке  эскизного  и  технического  проекта.

 

Состав базовых  показателей  технологичности  радиотехнических  блоков  и  их  ранжированная  (упорядоченная)  последовательность  по  весовой  значимости  приведены  в  таблице 7.1.[18, 19]. 

Значения  показателей технологичности  Ki меняются  в  пределах  от  нуля  до  единицы. Увеличение показателя соответствует более высокой  технологичности  изделия. Чем  выше  величина  показателя,  тем  технологичнее  изделие. Коэффициент  весовой  значимости  базового  показателя  φi    зависит от порядкового номера  i  основных  показателей  технологичности,  ранжированная  последовательность  которых  устанавливается  экспертным  путем φi  =  i / 2 i-1.

Для электронных блоков, например, первым  в таблице показателей  технологичности  экспертами  помещен коэффициент использования микросхем  и  микросборок,  а  для  электромеханических  и  механических  блоков  первым  помещен коэффициент  точности  обработки. 

 

Приведем  расчетные  формулы  для  определения  базовых  показателей  радиотехнических  блоков  [10-12]. 

Коэффициент  автоматизации  и  механизации  подготовки  ЭРЭ  к  монтажу:

 

КАЭ  =  НАЭ Э ,

 

где  НАЭ -  количество  ЭРЭ,  подготовка  и  монтаж  которых  механизирован  или  автоматизирован;

НЭ - общее  число  ЭРЭ.

 

 

Таблица 7.1

Базовые показатели технологичности

 

Показатели  технологичности

К

φi

Стадии 

проектирования

   Э

   Т

   О

  А

1

Коэффициент  автоматизации  и  механизации  монтажа, Ка

 

   1.000

 

   Н

 

   П

 

   +

 

  +

2

Коэффициент  сложности  сборки   Кс

  

0.750

  

Н

 

П

 

+

 

+

3

Коэффициент  автоматизации  и  механизации  операций  контроля  и  настройки  электрических  параметров,    Кэ

 

 

 

0.500

 

 

 

Н

 

 

 

Н

 

 

 

П

 

 

 

+

4

Коэффициент  прогрессивности  формообразования  деталей,    Кпр

 

0.310

 

Н

 

Н

 

П

 

+

5

Коэффициент  повторяемости  ЭРЭ,   Кп

 

0.187

 

Н

 

Н

 

+

+

6

Коэффициент  точности 

обработки,  Кт

 

0.110

 

Н

 

Н

 

+

 

+

 

Примечания: 

1.  Приняты  следующие  обозначения  показателей:  +  -  определяется,  П  -  определяется  приближенно;  Н  -  не  определяется.

2. φ-  коэффициент  весовой  значимости  показателя  технологичности  Ki  ,  i -  порядковый  номер  этого  показателя  в  ранжированной  последовательности.

3. Стадии разработки обозначены литерами: Э - эскизный проект, Т-технический  проект,  О -  опытный  образец,  А - серийное  производство.

 

Коэффициент   автоматизации  и  механизации  монтажа:

 

КАМ =  НАМ / НМ  ,

где  НАМ  -  количество  монтажных  соединений,  осуществляемых  автоматизированным  или  механизированным  способом;

НМ  -  число  монтажных  соединений.

 

Коэффициент  сложности  сборки:

 

КС  =  1 – ЕТС / ЕТ  ,

    где  ЕТ  -  общее  количество  типоразмеров  узлов;

  ЕТС  -  количество  типоразмеров  узлов,  требующих  регулировки  в  составе  изделия  с  применением  специальных  узлов,  либо  подгонки  или  совместной  обработки  с  последующей  разборкой  и  повторной  сборкой.

Коэффициент  автоматизации  и  механизации  операций  контроля  и  настройки  электрических  параметров:

 

КАН  =  НМК /  НК  ,

где  НМК  -  количество  операций  контроля  и  настройки,  которые  можно  осуществить  механизированным  или  автоматизированным  способом.  В  число  таких  операций  включаются  и  операции,  не  требующие  средств  механизации;

НК  -  общее  количество  операций  контроля  и  настройки.

 

Коэффициент  прогрессивности  формообразования  деталей:

 

КФ  = DП  / D,

где  DП -  количество  деталей,  полученных  прогрессивными  методами  формообразования  (штамповкой,  прессованием,  порошковой  металлургией,  литьем  по  выплавляемым  моделям,  под  давлением  и  в  кокиль,  пайкой,  сваркой,  склеиванием  из  профилированного  материала);

D -  общее  число  деталей  без  учета  крепежа.

 

Коэффициент  повторяемости  ЭРЭ:

 

КПЭ =  НТЭ / НЭ   ,

где  НТЭ -  количество  типоразмеров  ЭРЭ.

 

Коэффициент  точности  обработки:

 

КТ =  DТ / D ,

где  DТ -  количество  деталей,  имеющих  размеры  по  десятому  квалитету  и  выше.

 Базовые  показатели  технологичности  для  электронных,  радиотехнических,  электромеханических,  механических,  соединительных,  коммутационных  и  распределительных  блоков,  используемых  при  проектировании  РЭС,  описаны  в  [18, 19].

Из  абсолютных  показателей  технологичности  наиболее  часто  определяют  массу,  трудоемкость  изготовления  и  технологическую  себестоимость  изделия  [19].

 

Трудоемкость  изготовления  изделия:

ТИ  =33-54,

где  Тi -  трудоемкость  изготовления  сборки,  регулировки,  контроля  и  испытания  i –й  составной  части  изделия  в  нормо-часах;

n -  количество  составных  частей.

 Технологическая  себестоимость  изделия:

 

СТ  = СМЗИС  ,

где  СМ  -  расходы  на  сырье  и  материалы  без  стоимости  отходов,  руб.;

        СЗ  -  основная  зарплата  производственных  рабочих  с  начислениями, руб.

        СИ  -  расходы  на  износ  приспособлений  и  инструментов  целевого  назначения,  руб.;

        СС  -  расходы  на  содержание  и  эксплуатацию  оборудования,  руб.

 

На  завершающей  стадии  разработки  конструкторской  документации  определяется  комплексный  показатель  технологичности:

 

33-54 ,

 

где  Ki  -  значение  базового  показателя,  расположенного  в  i-той  строке  таблицы  базовых  показателей;

φi - значение  коэффициента  весовой  значимости  базового  показателя,  взятое  из  этой  же  строки  таблицы,  независимо  от  полноты  состава  определяемых  показателей;

i  -  порядковый  номер  в  ранжированной  последовательности;

n -  общее  количество  учитываемых  базовых  показателей. 

 

Последним определяется уровень технологичности конструкции изделия.

Согласно  ГОСТ  14.201  на  всех  стадиях  разработки  конструкторской  документации  производится  контроль  работ  по  обеспечению  технологичности  конструкции  изделия.

На  стадии  эскизного  проекта,  в  частности,  контролируются:

· соответствие  компоновок  и  членения  вариантов  конструкции  изделия  условиям  производства,  технического  обслуживания  и  ремонта;

· варианты  конструкции  изделия  по  унификации,  стандартизации,  по  точности  расположения,  способам  соединения  составных  частей  изделия;

· расчет  показателей  технологичности  вариантов  конструкции  изделия;

· выбор  вариантов конструкции изделия для  дальнейшей  разработки.

 

 

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика