8. Обеспечение надёжности эвм при проектировании

Надёжность ЭВМ - свойство выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в допустимых пределах в течение требуемого времени.

В любой момент ЭВМ может находиться в исправном или неисправном состоянии.

Исправное состояние - это когда система или ЭВМ соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации. Неисправным состоянием считается состояние, при котором ЭВМ не соответствует хотя бы одному требованию.

Для оценки надёжности введены понятия "работоспособность" и "отказ".

Работоспособность ЭВМ - это состояние ЭВМ, при котором она в данный момент времени соответствует требованиям по основным параметрам, характеризующим нормальное протекание вычислительных процессов.

Основные функции выполняет, но могут быть повреждения, не влияющие на электрическкие параметры (царапины, вмятины на корпусе, нарушение маркировки на корпусе и т.д.)

Отказ - событие, состоящее в полной или частичной утрате работоспособности.

Сбой - временная утрата работоспособности ЭВМ, характеризующая возникновение ошибки при выполнении тестов или задач.

С точки зрения надёжности ЭВМ обладает следующими свойствами:

1. Безотказность - свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени;

2. Долговечность - свойство ЭВМ сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при выполнении технического обслуживания;

3. Ремонтопригодность - приспособляемость ЭВМ к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и их устранению путём проведения технического обслуживания и ремонта;

4. Сохраняемость - свойство ЭВМ непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования.

Количественно надёжность характеризуется показателями надёжности: единичными и комплексными.

Единичный показатель относится к одному свойству; комплексный - к нескольким свойствам с точки зрения надежности. Единичный показатель рассчитывается для типовых конструкций и ЭВМ; комплексный показатель для ЭВМ в целом.

Процесс возникновения отказов имеет сложный вероятностный закон.

Чаще всего используют экспериментальные данные и последующую их обработку.

Выбор количественных характеристик зависит от типа ЭВМ.

Различают два типа ЭВМ:

1. Восстанавливаемые ЭВМ, которые допускают ремонт в процессе выполнения функций. Если происходит отказ, то прекращается функционирование ЭВМ на период устранения отказа.

2. Невосстанавливаемые ЭВМ те, которые в процессе выполнения функций не допускают ремонт. Если происходит отказ, то выполняемая функция сорвана, её выполнение повторяется после устранения отказа.

Это устройства одноразового и многоразового действия (система ПВО, система управления технологическими процессами и т.д.)

Для оценки надёжности типовых конструкций исходными данными являются принципиальная схема, режимы работы, значения интенсивности отказов всех типов деталей; значение среднего времени безотказной работы.

Рассчитывают интенсивность отказов дляячейки, панели и т.д.; наработку на отказ; среднее время восстановления.

Выявляются ненадежные компоненты: интегральные микросхемы, ЭРЭ, элементы монтажа ( связи, разъемы и т.д.).

Суммарная интенсивность отказов типовой конструкции равна

,

где N - число элементов;  i - интенсивность отказов i-элемента; ni - количество элементов i-го типа.

Наработка на отказ

.

Интенсивность отказов комплектующих элементов зависит от режима работы, степени тяжести воздействия внешних воздействий: температуры, температурного удара, влажности, вибрации, радиации и т.д.:

  =  ₀ * K₁ * K₂ * .. * Кn ,

где  ₀ - интенсивность отказов нормальных при температурных условиях; К₁ . К₂ ... Кn - поправочные коэффициенты. К = 1 для лабораторных помещений, К = 5...10 стационарные наземные устройства; К= 25 автоприцеп; К = 900...1000 для ракет.

Пример: Схема устанавливается на устройстве,установленном на самолёте. Содержит N = 200 микросхем.Интенсивность отказа микросхем   =10^-6 1/ч. Найти Тср ; Р(t) при t = 20 часов. Для самолета К=150.

 S = 10^-6 *200*150 = 3*10^-2 1/ч = 0,03 1/ч.

т.е. показатели надёжности Тср = 33,3 часа и Р(20) = 0,553 не могут удовлетворить разработчиков, поэтому для повышения надёжности используются различные способы.

10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

10.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС КАК СЛОЖНАЯ СИСТЕМА

Производство ЭВМ сложная система, совокупность большого количества технологических процессов, основанных на различных физических и химических методах обработки материалов и применяемых в производстве элементов, узлов и устройств различного назначения.

Микроминиатюризация аппаратуры, повышение ее быстродействия и точности функциональных параметров вызывают необходимость использования методов неразрушающего контроля и управления.

Все это приводит к усложнению технологических объектов и связей между ними. Повышение количественных и качественных показателей производства, возникновения новых технологических процессов и возможность их осуществления привели к усложнению технологических процессов.

Отметим признаки технологического процесса производства ЭВМ как сложной системы.

1. Наличие большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (так называемый элемент это объект, который не подлежит расчленению).

2. Сложность функций, выполняемых системой.

3. Возможность разбиения системы на подсистемы, которые подчинены общей цели функционирования.

4. Управление системой представляет иерархическую структуру, наличие разветвленной информационной сети, интенсивных информационных потоков.

5. Взаимодействие с внешней средой и функционирование при воздействии случайных факторов.

При проектировании технологических процессов необходимо учесть особенности производства ЭВМ, прежде всего:

1. Взаимодействие технологии, конструирования и схемотехники;

2. Многоэтапность и сложность, требующие высокой квалификации операторов;

3. Разнообразие технологических процессов;

4. Сочетание процессов, свойственных машиностроению, со специфическими;

5. Использование многопозиционных методов изготовления электрических схем с большой точностью и высокой разрешающей способностью выполнения отдельных операций;

6. Сочетание многопозиционных методов изготовления и индивидуальных методов сборки;

7. Сложность и большая трудоемкость контроля параметров сборочных единиц;

8. Зависимость производства от большого числа факторов, влияющих на конечный результат, вследствие чего показатели качества детали, технологической единицы являются случайными величинами.

Все это свидетельствует о сложности задач, стоящих перед технологами и требующих знаний методов производства, физико-химических основ технологии, конструирования и развития ЭВМ.

Разработке любого технологического процесса должен предшествовать анализ назначения изделия, отдельных узлов и деталей, технических требований; условий производства, марка оборудования, его состояния и загрузки.

Технолог должен рассчитать загрузку действующего оборудования, потребность недостающего оборудования с целью приобретения или технического задания на проектирование специального оборудования или оснастки.

Технолог должен учесть наличие очистных сооружений и их мощность для очистки промышленных стоков и улавливания вредных выбросов в атмосферу.

Технолог определяет объем ресурсов: основных и вспомогательных материалов, сырья, полуфабрикатов и пр., составляет и обосновывает нормы расхода.

Технологу необходимы знания по экономике: производство должно быть рентабельным. Он должен уметь рассчитать эффективность выбранного варианта техпроцесса.

Технолог обязан выпустить технологическую документацию и внедрить разработанный ТП (участие в испытании спецоснастки и оборудования, инструктаж рабочих, выполняющих технологические операции, отработка новых приемов в работе, помощь в наладке оборудования и т.д.).

Технолог обязан контролировать технологическую дисциплину и корректировать технологическую документацию в случае необходимости (внедрение нового оборудования, изменение маршрутной технологии и т.д.).

Основные виды технологической документации:

1. маршрутная карта - предназначена для описания технологического процесса изготовления и контроля изделия по всем операциям в технологической последовательности с указанием данных по оборудованию, оснастке, материальным и др. нормативам;

1. операционная карта - описание операций технологического процесса изготовления изделия с расчленением по переходам и указанием режимов работы, расчетных норм;

1. карта эскизов и схем - предназначена для графической иллюстрации технологического процесса изготовления изделия и отдельных элементов. Дополняет или поясняет содержание операции;

1. спецификация технологических документов - перечень всех технологических документов, выпущенных на изделие и отдельные элементы;

1. технологическая инструкция - описание специфических приемов работы или методики контроля техпроцесса, правил пользования оборудованием и приборами, описание физико-химических процессов, происходящих при отдельных операциях технологического процесса;

1. материальная ведомость - подетальная и сводная ведомость норм расхода материалов;

1. ведомость оснастки - перечень специальных и стандартных приспособлений и инструментов, необходимых для оснащения технологического процесса.

Правила оформления перечисленных документов регламентированы государственными стандартами Единой системы технологической документации.

Рассмотрим вопросы, касающиеся технологической подготовки производства.

10.2. ЕДИНАЯ СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА (ЕС ТПП)

Одно из условий повышения технического уровня качества, сокращения сроков освоения новых изделий технологическая подготовка производства.

Технологическая подготовка производства сложный комплекс организационно-технических мероприятий и инженерно-технических работ, связанный с подготовкой предприятия к выпуску новых видов изделий. В ТПП участвуют проектно-конструкторские, технологические службы предприятия, цехи, плановые службы, предприятия-смежники.

Все передовое, лучшее в области ТПП было обобщено в стандартах Единой системы подготовки производства (ЕС ТПП). ЕС ТПП установленная государственными стандартами система организации и управления процессом ТПП, предусматривающая широкое применение прогрессивных типовых технологических процессов оснастки, оборудования, средств механизации и автоматизации производственных процессов, инженерно-технических и управленческих работ.

Основное назначение ЕС ТПП установление организации и управления процессом производства.

В ТПП можно выделить функциональный, производственный и административный состав.

Функциональный состав ТПП это совокупность процессов, выполняющих функции обеспечения технологичности конструкции изделий , разработку ТП; проектирование и изготовление средств технологического оснащения; организации и управления ТПП. Каждая функция получение документа (или массива) из необходимого состава входных данных.

Входная информация это конструкторская, планово-экономическая документация, планы по трудоемкости, себестоимости, сроки освоения и производственная программа.

Выходная информация сведения о качественных технических характеристиках изделия, потребности в оборудовании и технологической оснастке, трудоемкости, себестоимости и пр.

Производственный состав системы ТПП это перечень производств, имеющихся на предприятии: штампово-заготовительное, литейное, сварочное, производство деталей из пластмасс, сборочно-монтажное, наладочно-испытательное и т.д., т.е. все, на которые имеется документация. Производственный состав периодически уточняется.

Административный состав это структура служб с учетом требований ЕС ТПП и специфики конкретного предприятия с точки зрения функционального и производственного состава.

Состав служб технологические и конструкторские бюро, технологические лаборатории, центральная заводская лаборатория. Основной принцип организации технологических служб централизация руководства всеми службами и непосредственная связь с производством.

Руководство всеми службами осуществляет главный технолог (либо начальник специального конструкторско-технологического бюро СКТБ).

Существует несколько структур технологических служб:

1. Все технологи работают в службах отдела главного технолога (ОГТ).

Плюсы: возможность разработки перспективных ТП, высокий уровень оформления тех нической документации на базе стандартов, научно-технической литературы.

Минус сложность увязки ТП с цехами, трудность контроля технологической дисциплины.

2. Часть технологов работает в технологических бюро цехов и подчиняется начальнику цеха.

Плюсы: выше технологическая дисциплина, сокращаются сроки освоения ТП.

Минусы: перспективные разработки по срокам удлиняются, т.к. много текущей работы у технологов.

3. Комбинированная структура часть технологов в зависимости от специализации работают в бюро цехов, но подчиняются главному технологу.

Позволяет совместить плюсы первых двух структур.

Техбюро обычно организуют в цехах, производство которых требует большой технологической подготовки: механической обработки, производства ИС, ПП, сборки ТЭЗов и т.д.

В ОГТ техбюро организуют по видам обработки и выпускаемых изделий: бюро механической обработки, бюро обработки на станках с ЧПУ; конструкторские бюро с ОГТ: бюро штампов, бюро пресс-форм, бюро нестандартной оснастки и т.д.

На крупных предприятиях с большим объемом выпуска продукции в ОГТ организуются технологические лаборатории: ПП, полупроводниковых ИС, ферритов и т.д. Лаборатории ведут большой объем технологических исследований: исследования материалов при поставке, изменение материалов в ходе технологической обработки, режимов операции, функциональных параметров изделий.

Дальнейшее развитие технологических служб создание автоматизированных систем технологической подготовки производства, автоматизированных рабочих мест конструктора-технолога.

Система ТПП предназначена для разработки и внедрения новой, для совершенствования действующей технологии изготовления изделий, технологического оснащения производства, передовых и совершенных форм, методов организации производства, труда и управления; типизации, стандартизации и автоматизации с использованием средств вычислительной техники и научной организации труда.

Для предприятий, выпускающих СВТ в условиях мелкосерийного и серийного производства, следует отметить следующие основные задачи ТПП:

1. отработка конструкции на технологичность;

1. организация и управление ТПП;

1. стандартизация и разработка ТП;

1. технологическое оснащение производства;

1. разработка норм, совершенствование организации ТПП.

Отработка на технологичность включает проведение технологического контроля конструкторской документации, оценку уровня технологичности конструкции изделия, отработку конструкции на технологичность, снижение затрат в производстве за счет повышения технологичности. Эту задачу решают ведущие технологи предприятия.

Организация и управление ТПП задача решается плановой группой отдела главного технолога, которая распределяет номенклатуру деталей и сборочных единиц между технологическими бюро, выявляет узкие места графика ТПП, контроль за выполнением этапов работ по ТПП.

Стандартизация и разработка ТП. Работы выполняются группой типизации отдела главного технолога, которая должна провести анализ конструктивных особенностей детали, сборочной единицы, обобщение результатов анализа и подготовку рекомендаций по стандартизации; разработку типовых технологических процессов, формирование заводских фондов документации на типовые ТП.

Бюро групповой обработки выполняет анализ и уточнение границ групп деталей и сборочных единиц, разработку групповых ТП.

Технологические бюро ОГТ разрабатывают и совершенствуют ТП:

индивидуальные ТП, ТП обработки деталей, сборки, наладки, испытаний узлов и изделий в целом; осуществляют корректировку ТП.

Технологическое оснащение производства. Занимается КБ и ТБ ОГТ: проводят унификацию и стандартизацию средств технического оснащения, рассматривают возможность применения универсально-наладочных штампов, универсально-сборочной оснастки, универсальных пресс-форм и т.д.; выявляют потребность в оригинальной оснастке, осуществляют ее проектирование и запуск в производство; разрабатывают универсальную тару для деталей и сборочных единиц, проектируют и оснащают рабочие места в соответствие с типовым ТП.

КБ ОГТ: проектирование специальных инструментов, приспособлений, пресс-форм и др. с учетом достижения высокого уровня оснащенности.

ТБ ОГТ: выбор вариантов специального технологического оборудования, выпускаемого промышленностью, или разрабатывает техническое задание на его изготовление.

Разработка норм. Эту задачу решает группа нормирования: технически обоснованные нормы расхода материалов, обоснование норм затрат труда, норм времени на выполнение операций, разработка стоимостных затрат подетально, по изделию, по цеху.

Совершенствование организации ТП заключается в разработке стандартов, нормативов, методических рекомендаций, руководящих материалов, регламентирующих ТПП.