2010 Лекция 1

ВВЕДЕНИЕ

Конструирование как инженерная деятельность есть процесс поиска, нахождения и отражения в конструкторской документации формы, размеров и состава изделия, входящих в него деталей и узлов, используемых материалов, комплектующих изделий, взаимного расположения частей и связей между ними, выбор технологических методов изготовления.

Процесс поиска конструкторских идей и решений является трудно формализуемым эвристическим трудом конструктора.

Конструкторский поиск основан на логико-математическом выборе устойчивых компромиссов для удовлетворения противоречивых требований технического задания на разработку изделия по назначению, надежности, совместимости с персоналом при большом числе имеющихся ограничений, возникающих при выборе материалов, комплектующих, технологий и т.п. Принципы поискового конструирования базируются на методологии системного подхода. Системный подход, основанный на всестороннем целостном рассмотрении системы и изменении в процессе взаимодействия со средой, включает в себя системный анализ, применяемый для решения таких сложных задач проектирования, как определение границ системы (т.е. границ между системой и внешними средами - эксплуатационной и производственной), структуры системы, связей в системе, состояний системы и др.

Задачи конструирования и технологии производства связаны неразрывно, поэтому в дисциплине большое внимание уделено методам технологической реализации конструкторских решений, выбору направления и способа изготовления, критериям принятия решений и т.п.

Помимо изложения традиционных разделов конструкторских и технологических дисциплин в курсе большое место отведено специфическим проблемам конструирования и производства аэрокосмической приборной аппаратуры

Рост тактико-технических характеристик летательных аппаратов, таких как скорость, дальность и высота полета, маневренность, допустимые эксплуатационные перегрузки и др., требуют постоянного совершенствования устойчивости бортового приборного оборудования к внешним воздействующим факторам, обеспечения высоких показателей надежности, быстродействия, помехозащищенности и т.п.

Характерной особенностью современного бортового приборного оборудования является значительный рост доли электронных устройств по отношению к электромеханическим и электротехническим устройствам, что изменяет сложившиеся принципы и методы конструирования.

Конструирование авиационной приборной аппаратуры в сравнении с конструированием других технических изделий отличается особой сложностью в связи с необходимостью учета большого числа функциональных внутренних связей между частями конструкции: кроме пространственных и механических необходимо устанавливать сложные электрические связи, связи, обусловленные большим количеством внешних воздействующих факторов и ограничивать электромагнитные поля, температуру и температурный градиент на заданных участках внутри изделия.

1. Основы конструирования приборной аппаратуры

1.1. Задачи конструирования приборной аппаратуры и этапы разработки конструкции

Эффективность конструкторского решения оказывает определяющее воздействие на качество функционирования приборной аппаратуры (ПА), эксплуатационные показатели и обеспечение автоматизации производства.

В процессе конструирования любого технического объекта (машины, прибора и др.) должны быть решены задачи максимизации основных характеристик изделия – унификация конструкции, модульности, технологичности, надежности, экономичности.

Собственно процесс конструирования ПА можно представить последовательностью решения следующих групп задач:

- анализ исходных данных ТЗ на разработку изделия;

- выбор направления конструирования по комплексному показателю качества;

- разбиение схемы на функционально законченные конструктивно-технологические модули;

- выбор метода конструирования;

- выбор элементной базы по условиям эксплуатации и критерию предпочтения;

- выбор прототипа, анализ альтернативных вариантов конструкции, предварительная оценка массы и габаритов;

- декомпозиция конструкции на конструктивные уровни;

- разработка компоновочных схем;

- разработка эскизной документации;

- проведение конструкторских расчетов (вибро - и ударопрочности, теплового, массогабаритного, надежности и др.);

- оптимизация (синтез) конструкции;

- разработка рабочей документации.

Процесс конструирования имеет много итерационную структуру. Такие итерации могут возникать на этапах предварительной оценки массы и габаритов, проведения конструкторских расчетов и др. Выполняемые расчеты должны подтвердить соответствие разработанной конструкции требованиям ТЗ. В противном случае необходимы изменения конструкторских решений на предшествующих этапах конструирования.

1.2. Стадии разработки приборной аппаратуры

Стандартизованы следующие стадии разработки изделий: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, разработка рабочей документации. На основе приведенного перечня, для конкретной разработки число и вид стадий устанавливаются в зависимости от сложности и уровня новизны разрабатываемого изделия и программы его выпуска.

Техническое задание (ТЗ) - первичный основополагающий документ, определяющий основные направления разработки. ТЗ должно устанавливать следующие показатели разрабатываемого изделия: прогнозируемые показатели технического уровня и качества; основное назначение, технические и тактико-технические характеристики; требования по условиям эксплуатации; уровень стандартизации и унификации; технико-экономические показатели; патентно-правовые показатели; экологические, эргономические и специальные требования к изделию и др.

В ТЗ оговариваются этапы разработки и сроки их выполнения. Объем и полнота сбора научно-технической, патентной и другой информации, отраженной в ТЗ, обеспечивает в значительной степени качество конструирования.

Для качественной разработки ТЗ часто выполняется НИР. В результате НИР может быть выполнена разработка, на практике называемая аванпроектом.

Особое место в ТЗ занимает раздел технических требований, содержащий обычно десять подразделов.

В подразделе I "Состав изделия и требования к конструктивному устройству" приводятся, как правило, следующие пункты:

1) наименование, число и назначение основных частей;

2) конструкторские требования (габаритные, установочные, присоединительные размеры и др.);

3) масса;

4) экологические требования;

5) требования взаимозаменяемости;

6) требования помехозащищенности и предотвращения вредного воздействия изделия на другое оборудование.

В подразделе 2 "Показатели назначения" указываются параметры функционирования проектируемого приборного оборудования, например:

мощность, чувствительность, разрешающая способность, питание и т.п.

Подраздел 3 "Требования надежности" включает в себя требования к показателям свойств надежности, обеспечение которых предусмотрено в проектируемом изделии.

Подраздел 4 " Требования технологичности" регламентирует показатели технологичности (производственной и эксплуатационной).

В подразделе 5 "Требования к уровню унификации и стандартизации" устанавливаются минимальные значения показателей, которые должны быть достигнуты в конструкции.

В подразделах 6,7 и 8 указываются требования безопасности, эстетические и эргономические требования, требования к патентной чистоте.

В подразделе 9 "Условия эксплуатации" должны быть предусмотрены следующие пункты:

1) условия эксплуатации, в которых конструкция должна сохранять работоспособность;

2) допустимые кратковременные воздействия климатических факторов;

3) механические воздействия;

4) виды обслуживания (постоянное или периодическое, необслуживаемое использование), необходимое количество и квалификация персонала.

Подраздел 10 "Указания к упаковке, транспортированию и хранению" содержит перечень допустимых транспортных средств, условий и сроки хранения.

В практике конструкторам часто приходится иметь дело с частными техническими заданиями (ЧТЗ) на отдельные составные части ПА, которые разрабатываются разными подразделениями (организациями) в ходе параллельного конструирования.

Техническое предложение разрабатывается с целью выявления дополнительных или уточнения установленных ТЗ требований к изделию. Техническое предложение содержит технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки изделия и сравнительный анализ различных вариантов возможных решений.

Эскизный проект содержит конструкторскую проработку оптимального варианта до уровня принципиальных конструкторских решений, дающих общее представление об устройстве и принципах работы изделия. В эскизном проекте подтверждаются или уточняются требования к изделию, установленные ТЗ и техническим предложением. На этой стадии закладываются основы применения типовых, стандартных и унифицированных составных частей разработки, рассчитываются необходимые технико-экономические показатели, заложенные ранее.

Технический проект - совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и включающие в себя данные, необходимые и достаточные для разработки рабочей конструкторской документации.

В техническом проекте должны быть решены все вопросы, обеспечивающие технический уровень нового изделия как в процессе изготовления, сборки, испытания, так и в процессе эксплуатации. Проводится детальная и окончательная отработка схемных и конструктивных решений, включая создание чертежей на все важные узлы, блоки и приборы. Должна быть закончена проработка всех вопросов защиты от внешних воздействий, обеспечения контроле- и ремонтопригодности, привязка к объекту установки (носителю), уточнено расположение органов управления и т.п.

На этапе разработки рабочей документации (рабочее проектирование) решаются вопросы конструкторских и технологических разработок оригинальных деталей. Рабочее проектирование протекает на всех стадиях изготовления изделия: изготовления опытного образца, выпуска установочной серии, установившегося (серийного) производства.

На рассмотренных проектных стадиях требования к выполнению работ устанавливаются ГОСТ 2.100-68, ГОСТ 2.118-73, ГОСТ 2.119-73, ГОСТ 2.120-73.