Материал: Разработка универсального тахометра

Если все основные параметры новой РЭА могут быть в первом приближении выполнены по схемно-принципиальным и по конструктивно-технологическим соображениям и ясны направления конструирования, можно переходить к следующей стадии - эскизному проекту. На стадии эскизного проектирования обосновывается и выбирается блок-схема РЭА, выполняются расчеты и макеты оригинальных элементов РЭА и уточняются конструктивно-технологические параметры.

Только в том случае, если составленная блок-схема с использованием новых и разработанных ранее функциональных узлов обеспечивает выполнение требований ТЗ, а конструктивно-компоновочные характеристики позволяют нормально эксплуатировать РЭА в дальнейшем, при приемлемом времени проектирования можно переходить к основной части конструирования - техническому проекту.

На стадии технического проектирования выполняется разработка и составление принципиальной схемы всей РЭА, ее компоновка, расчет априорной надежности, точности, тепловых режимов, виброзащищенности, решаются другие вопросы, определяющие конструкцию РЭА.

В процессе разработки и изготовления РЭС принимают участие специалисты различных профилей: схемо- и системотехники, конструктора, технологи, механики, теплотехники, специалисты по обеспечению надежности, спытатели и т.д. Успех разработки любого изделия РЭС будет зависеть от того, насколько квалифицированно и согласованно будут работать все звенья триады: схемотехник - конструктор - технолог. Если где-то в этой цепочке произойдет сбой, качественного и конкурентоспособного изделия не получить никогда! Согласованные действия специалистов, принимающих участие в разработке и производстве изделий возможны только в том случае, если каждый из них понимает, как его решения скажутся на последующих этапах. Особенно это относится к инженерам схемо- и системотехникам, задействованным в самом начале процесса проектирования РЭС. Их неудачные или непродуманные решения, незнание ими специфики труда конструктора или технолога приводят к значительным временным и материальным затратам на всевозможные переделки уже готовых конструкций или технологических процессов.

2.2 Методы обеспечения технологичности конструкции РЭС

К основным конструкторским методам обеспечения технологичности относятся:

) использование наиболее простой и отработанной в производстве конструкторской иерархии (базовой конструкции);

) выбор размеров и формы компонентов, деталей и узлов конструкции с учетом экономически целесообразных для заданных условий производства способов формообразования, при этом учитывается, что прогрессивные способы формообразования, используемые в массовом и серийном производстве, позволяют уменьшить материалоемкость изделий за счет уменьшения толщины элементов конструкции и сокращения отходов;

) уменьшение числа уровней разукрупнения конструкций РЭС и выбор их формы и размеров с учетом унифицированной оснастки и стандартного оборудования;

) уменьшение номенклатуры используемых материалов и полуфабрикатов;

) уменьшение применения дефицитных или токсичных материалов, драгоценных металлов;

) обоснованный выбор квалитета точности, шероховатости поверхности, установочных и технологических баз;

) конструктивная и функциональная взаимозаменяемость узлов, минимизация числа подстроечных и регулировочных элементов (особенно с механической подстройкой);

) контролепригодность и инструментальная доступность элементов, деталей и узлов (в том числе подстроечных), особенно при автоматизированном и механизированном изготовлении.

Характер конструкторской иерархии определяется: экономически целесообразной функциональной сложностью РЭС и числом уровней разукрупнения РЭС, общим числом объединенных узлов (ячеек, блоков, шкафов); характером конструкторско-технологических решений, принятых для данного вида иерархии.

Конструкция РЭС отличается рядом особенностей, которые выделяют ее в отдельный класс среди других конструкций:

Примером операции, результат которой трудно проконтролировать непосредственно, является создание неразъемных контактных соединений на всех уровнях конструкции РЭС (пайка электрорадиоэлементов на платах, пайка или накрутка монтажных проводов на монтажных панелях и т.п.).

Более общим критерием оптимальности является максимум среднего экономического выигрыша от упорядочения производства РЭС при проектировании и внедрении параметрического ряда.

Таким способом построены различные конструкционные системы РЭС. Технологичность конструкции РЭС обеспечивается на всех этапах разработки.

.3 Организация процесса проектирования РЭС

Как правило, в создании РЭС участвуют различные организации, подразделения, исполнители. Организации делятся на заказчика, исполнителя, субподрядчика. Заказчик формирует технические требования (ТТ) к РЭС и осуществляет финансирование и приемку разработанного изделия. Технические требования определяют показатели назначения (мощность, чувствительность, разрешающую способность, частотный диапазон 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.

Исполнитель на основе ТТ разрабатывает техническое задание (ТЗ), в котором содержатся экономические, производственные и другие требования, определяется порядок разработки и приемки изделия. Субподрядчик решает для исполнителя частные вопросы: разработку и остановку новых материалов, элементов, узлов, технологических процессов, методов измерений или проводит испытания, отработку на соответствие требованиям эргономики и т.д.

В проектировании РЭС в той или иной степени на разных стадиях участвуют различные подразделения предприятия:

• системотехнические определяют структуру РЭС, осуществляют разбивку на наземную и бортовую части и др.

• схемотехнические разрабатывают и отлаживают схему, проводят ее разбивку на отдельные узлы;

• конструкторские осуществляют общую компоновку изделия, выпускают необходимую конструкторскую документацию;

• технологические устанавливают последовательность изготовления, проводят отработку режимов, подготовку производства.

Кроме этого, в разработке изделия принимают участие различные вспомогательные службы: надежности (рекомендации по структурной и информационной избыточности, проведение испытаний); снабженческие (поставка материалов и покупных изделий); патентные, автоматизированного конструкторского проектирования и др. Координация работы предприятий, подразделений и специалистов, участвующих в разработке проводится с помощью согласованных календарных планов или сетевых графиков Для уменьшения вероятности неправильных решений из-за противоречивости и неполноты исходных данных, личностных ошибок исполнителей разработку РЭС проводят в несколько стадий (не менее двух): научно-исследовательская (НИР) и опытно- конструкторская (ОКР) работы. Каждая стадия включает несколько этапов. В ходе выполнения работ на стадиях и этапах происходит постепенное уточнение и обсуждение принимаемых решений. При этом устраняются ошибки руководителей (ошибки планирования и др.) и исполнителей (неправильный выбор технических решений, ошибки в разработанной документации и т.д.). Основные стадии жизненного цикла РЭС представлены в таблице 1.

Таблица 1

.4 Основные требования, предъявляемые к РЭС

Многообразие выполняемых функций и условий эксплуатации предъявляет к конструкциям РЭС противоречивые требования. Это обстоятельство значительно осложняет труд конструктора. Для облегчения этой задачи требования к конструкциям объединяются в группы, стандартизируются и кодифицируются. Рассмотрим содержание и особенности различных групп требований. Требования к конструкции РЭС по назначению. Эта группа требований устанавливает первичную задачу, ради которой собственно и ведется разработка. Общий перечень таких требований затрагивает широкий круг вопросов: функциональное назначение; параметр, определяющий конструкцию; класс объекта установки; климатическое исполнение; категория размещения на объекте; массогабаритные характеристики; закрепление на объекте; коммуникации на объекте; электромагнитная защита и т.д. Требования к конструкции по надежности. Требования по надежности определяют стойкость аппаратуры к климатическим, механическим, биологическим и радиационным воздействиям, а также требования по безотказности долговечности, сохраняемости и ремонтопригодности. Требования безопасности, эргономики и эстетики относятся к задаче совместимости конструкции РЭС с человеком при эксплуатации и ремонте с целью сохранения жизни и здоровья операторов и ремонтного персонала, снижения утомляемости.

Требования технологичности и унификации определяют приспособленность конструкции к ограниченному расходованию трудовых, материальных и энергетических ресурсов при подготовке производства и промышленном выпуске изделий в заданном количестве и определенной категории качества.

Патентно-правовые требования регламентируют условия, при которых принятые при разработке конструкции технические решения становятся промышленной собственностью с исключительным правом на нее предприятия-разработчика с вытекающим из этого экономическим и престижным эффектом. Подробно содержание требований отдельных групп будет рассматриваться в последующих разделах курса. Здесь же познакомимся с наиболее общими, не зависящими от назначения аппаратуры требованиями первой группы.

Климатическое исполнение и установка на объекте Климатическое исполнение. Стандартизация и кодификация климатического исполнения существенно упрощает задание соответствующих требований, так как позволяет четко представлять всю программу комплексного воздействия внешней среды в количественном выражении. Так, например, в зависимости от макроклиматического района, в котором будут эксплуатироваться РЭС, по ГОСТ 019-78 различают девять основных климатических исполнений изделий:

Исполнение У - для умеренного климата со среднегодовым максимумом и минимумом температуры +40 град. и -45 град.

Исполнение УХЛ - для умеренного и холодного климата при минимуме температуры ниже -45 град.

Исполнение ТВ - для влажного тропического климата с температурой +20 град. В сочетании с относительной влажностью 0 % и выше.

Исполнение ТС - для сухого тропического климата с температурой +40 град.

Исполнение М - для умеренно холодного морского климата при нахождении в морях и океанах севернее 30 град. с.ш. и южнее 30 град. ю.ш.

Исполнение ТМ - для тропического морского климата (между 30 град. с.ш. и 30 град. ю.ш.).

Исполнение О - общеклиматическое для суши.

Исполнение ОМ - общеклиматическое морское для судов с неограниченным районом плавания.

Исполнение В - всеклиматическое исполнение для суши и моря (за исключением Антарктиды)

.5 Классификация РЭС

Как правило, конструкции РЭС различного назначения, устанавливаемые на разные объекты значительно отличаются друг от друга, что вызвано спецификой назначения и особенностями эксплуатации. По мере развития комплексной миниатюризации происходит постепенное стирание резких граней между различными видами радиоаппаратуры. Подобная универсализация предполагает разработку конструкций, пригодных для работы на любых объектах и в любых условиях. Для этого конструкция должна обладать функциональной избыточностью и соответствовать наиболее жестким условиям эксплуатации. Это может быть оправдано в тех случаях, когда достигается простыми средствами и позволяет значительно увеличить объем производства. Такая тенденция отчетливо прослеживается для электронно-вычислительной аппаратуры. Для остальных видов РЭС первостепенное значение сохраняет специализация, обусловленная тем, что объект установки задает специальное функциональное назначение для РЭС данной категории, класса или группы

.6 Категории РЭС

По продолжительности работы РЭС принято разделять на четыре категории:

многократного, однократного, непрерывного и общего применения. РЭА категории многократного применения способна выполнять свои функции несколько раз по мере необходимости, однократного - один раз за период эксплуатации. РЭС непрерывного применения предназначены для непрерывной работы за исключением периодов профилактики. РЭА общего применения работает в смешанном режиме, как, например, бытовая аппаратура.

Классы РЭС Классы подразделяют РЭС по трем глобальным зонам использования: наземные РЭС (суша); морские (океан), бортовые (воздушное и космическое пространство).

Внутри классов в зависимости от объекта установки РЭС делятся на группы.

Отличительный признак группы комплексный. Учитывается назначение и тактика использования, условия совместимости с объектом, требования к надежности, к защите от внешних воздействий и т.д.

Класс 1 - наземные РЭС.

Включает три основные группы: стационарной, для подвижных объектов, носимой РЭА - и дополнительную группу бытовой РЭА. Группа бытовой РЭА отличается спецификой применения в отличие от прочей РЭА, являющейся профессиональной. В настоящее время тенденция развития конструкций бытовой РЭА мирового класса направлена на профессионализацию, т.е. на конструирование ее по общим правилам для соответствующей основной группы класса. При конструировании РЭС наземного класса возникает общая задача защиты от вибраций, ударов, пыли в условиях нормального атмосферного давления.

Стационарная аппаратура.

Эта группа характеризуется следующими отличительными признаками: - особой продолжительностью эксплуатации и необходимостью постепенной модернизации; - работой в помещении с нормальными климатическими условиями (температура 25+10 град. С; влажность 25+15 %; давление 1033+30 кПа); - отсутствием механических перегрузок во время работы; - транспортированием в амортизирующей упаковке; хранением в складских условиях в климатических зонах потребителя и изготовителя; - высокой ремонтопригодностью при ремонте на месте установки.

Аппаратура для подвижных объектов.

Эта группа РЭС отличается тремя особенностями:

повышенными требованиями к защите от вибраций и ударов, включая необходимость работы в условиях механических воздействий; - конструкция должна допускать погрузку и разгрузку легко расчленяемых частей силами двух человек; - усиленным воздействием абразивной дорожной пыли. Сюда относят мобильные связные, радиолокационные и пеленгаторные станции, диспетчерские станции строительных, сельскохозяйственных и транспортных предприятий, включая железнодорожный транспорт, передвижные телевизионные студии, автомобильные приемники, магнитофоны и др.

Носимая РЭА характеризуется размещением ее на человеке и необходимостью защиты от случайных значительных ударов, неизбежных в полевых условиях (геологоразведка). К этой группе относятся станции ближней связи, портативные радиопеленгаторы, некоторые виды медицинской аппаратуры, различные виды измерительных приборов. Здесь очень важными являются эргономические требования. Например, человек может длительное время носить за плечами 10 кг, на ремне через плечо 3 кг, в кармане 0,7 кг. Весьма характерным для носимой аппаратуры является большая зависимость конструкции от габаритов и массы источников питания, а также усложненные условия эксплуатации в холодное время года (конденсация росы при внесении в теплое помещение).