Тема 1 Конструкторское обеспечение производства ЭВМ

Электронное средство – изделие и его составные части, в основу функционирования которых положены принципы преобразования электромагнитной энергии.

Под термином «электронная аппаратура» подразумевается любой тип

радиоэлектронной, электронно-вычислительной и управляющей аппаратуры, построенной с использованием микроэлектронной элементной базы.

В современной учебной и научно-технической литературе широко применяются термины «радиоэлектронная аппаратура – РЭА», «компьютер», «электронная вычислительная машина – ЭВМ», «электронно-вычислительная аппаратура – ЭВА», «электронновычисли¬тельные средства – ЭВС», «радиоэлектронные средства – РЭС», «биомедицинская аппаратура» и др. Принципиальных различий между этими терминами с точки зрения конструкторско-технологи-ческого проектирования нет. Поэтому можно использовать термин «электронные средства – ЭС».

С кибернетической точки зрения ЭС (РЭС) можно представить в виде «черного ящика» (рис. 1.1), имеющего у1, у2 , ... , уn – выходные параметры (например, для приемника это –

выходная мощность, диапазон частот, чувствительность, масса, габаритные размеры, стоимость, показатели надежности), в общем случае это основные свойства РЭС; x1, x2, ... , xm – первичные

параметры (параметры элементов РЭС: величины сопротивлений резисторов, параметры транзисторов, микропроцессоров, конденсаторов, масса электрорадиоэлементов – ЭРЭ, их

габаритные размеры), влияющие на выходные параметры; е , е , ... , е

 

– входные параметры

1

2

l

 

 

(например, уровень входного сигнала, напряжение питания); z , z

2

, ... , z

h

– параметры внешних

1

 

 

 

воздействий (температура, влажность, параметры механических воздействий, колебания напряжения в сети).

 

z1

z2

zk

 

 

e1

 

 

 

y1

 

 

x1 , x2 , …, xm

 

e2

 

 

 

y2

 

Рисунок 1.1 – Кибернетическая модель ЭС «черный ящик»

 

Такое представление ЭС дает возможность установить связь между выходными и

входными параметрами, внешними воздействиями в виде «функции связи»:

 

y j

xi ,

e f ,

zh ,

(1.1)

где j = 1, 2, ... , n; i = 1, 2, ... , m, f = 1, 2, ... , l,

h = 1, 2, ... , k.

 

1.1 Организация и этапы разработки и постановки на производство

Согласно действующим в РФ стандартам, можно выделить следующие стадии (и составляющие) жизненного цикла ЭС:

1.Исследование и обоснование разработки (научно-исследовательские работы (НИР), проект, маркетинговые исследования).

2.Разработка (проектирование, опытно-конструкторские работы (ОКР)).

3.Производство (постановка на производство, единичное повторяющееся, серийное, массовое производство).

4.Поставка.

5.Эксплуатация (применение, хранение).

6.Ремонт (для ремонтируемых изделий).

7.Обеспечение эксплуатации и ремонта предприятиями промышленности.

8.Снятие с производства, ремонта, эксплуатации.

9.Утилизация.

Весь процесс разработки ЭС состоит из двух этапов: научно-исследовательская работа (НИР) и опытно-конструкторская работа (ОКР) (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Стадии разработки ЭС

На этапе НИР осуществляется разработка ТЗ и технического предложения. Основанием для выполнения ОКР является ТЗ, утвержденное заказчиком, и договор

(контракт) с ним. ТЗ является основным исходным документом для разработки продукции. Оно должно содержать технико-экономические требования к продукции, определяющие ее потребительские свойства и эффективность применения, перечень документов, требующих совместного рассмотрения, порядок сдачи и приемки результатов разработки. Конкретное содержание ТЗ определяют заказчик и разработчик, а при инициативной разработке - разработчик.

ТЗ на разработку в общем случае может состоять из следующих разделов:

1.Наименование и область использования продукции.

2.Основание для разработки.

3.Цель и назначение разработки.

4.Источники разработки.

5.Технические требования.

6.Экономические требования.

7.Стадии и этапы разработки.

8.Порядок контроля и приемки продукции.

9.Примечания.

На любом этапе разработки продукции при согласии заказчика и разработчика в ТЗ могут быть внесены изменения и дополнения, не нарушающие условия выполнения обязательных требований.

Взаимосвязь стадий разработки КД и этапов создания ЭС показана в табл. 1.1 (ГОСТ

2.10368).

Таблица 1.1 – Стадии разработки КД

Стадия разработки КД

Этапы выполнения работ

Обязательные документы

Техническое

Объем работ, проводимых на стадии

1. Ведомость технического

предложение

технического предложения, установлен

предложения,

 

ГОСТ 2.118–73.

 

Определение

по

ГОСТ

1. Подбор материалов.

 

 

 

2. Пояснительная записка –

2.103–68

 

 

 

2.

Разработка

технического

ПЗ.

 

 

 

 

 

предложения

с

 

присвоением

 

 

 

 

 

 

документам литеры «П».

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Рассмотрение

и

утверждение

 

 

 

 

 

 

технического предложения.

 

 

 

Эскизный проект

 

Объем работ, проводимых на стадии

1. Ведомость эскизного

Определение

по

ГОСТ

эскизного проекта, установлен ГОСТ

проекта,

 

2.103–68.

 

 

 

2.119–73.

 

 

 

 

 

2. Пояснительная записка –

 

 

 

 

1. Разработка эскизного проекта с

ПЗ.

 

 

 

 

 

присвоением документам литеры «Э».

 

 

 

 

 

 

2. Изготовление и испытание макетов

 

 

 

 

 

 

(при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

необходимости).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Рассмотрение

и

утверждение

 

 

 

 

 

 

эскизного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

проекта.

 

 

 

 

 

 

 

Технический проект

Объем работ, проводимых на стадии

1. Ведомость технического

Определение

по

ГОСТ

технического

проекта,

установлен

проекта,

 

2.103–68.

 

 

 

ГОСТ 2.120–73.

 

 

 

2. Пояснительная записка –

 

 

 

 

1. Разработка технического проекта с

ПЗ,

 

 

 

 

 

присвоением документам литеры «Т».

3. Чертеж общего вида –

 

 

 

 

2. Изготовление и испытание макетов

ВО.

 

 

 

 

 

(при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

необходимости).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Рассмотрение

и

утверждение

 

 

 

 

 

 

технического проекта.

 

 

 

 

 

Рабочая

 

 

 

Объем работ, проводимых на стадии

1. Чертеж детали,

конструкторская

 

рабочей

 

 

конструкторской

2. Сборочный чертеж,

документация:

 

документации, установлен ГОСТ 2.121–

3. Спецификация.

Определение по ГОСТ

73.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.103–68.

 

 

 

1. Разработка КД, предназначенной для

Литера КД:

 

 

 

 

 

изготовления

и испытания опытного

–предварительного

 

 

 

 

образца

(опытной

партии),

без

испытания –

«О»;

 

 

 

 

присвоения литеры.

 

 

 

– приемочных испытаний –

а) опытного

образца

 

 

 

 

 

 

 

«О1»;

 

(опытной

 

партии)

2а. Изготовление и предварительные

– повторных

приемочных

изделия,

 

 

 

испытания опытного образца (опытной

испытаний –

«О2»;

предназначенного

для

партии).

 

 

 

 

 

– испытаний установочной

серийного

(массового)

3а. Корректировка КД по результатам

серии – «А».

 

или

единичного

изготовления

и

предварительных

 

 

производства

 

 

испытаний опытного образца (опытной

 

 

 

 

 

 

партии) с присвоением документам

 

 

 

 

 

 

литеры «О».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4а. Приемочные испытания опытного

 

 

 

 

 

 

образца (опытной партии).

 

 

 

 

 

 

 

 

5а. Корректировка КД по результатам

 

 

 

 

 

 

приемочных

испытаний

опытного

 

 

 

 

 

 

образца

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(опытной партии) с присвоением

 

 

б)

 

серийного

документам литеры «О1».

 

 

 

 

(массового)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

производства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2б. Изготовление и испытание установочной серии по КД с литерой

«О1».

3б. Корректировка КД по результатам изготовления и испытания установочной серии, а также оснащения технологического процесса изготовления изделия, с присвоением документам литеры «А».

Разработка документации, изготовление и испытания опытных образцов продукции

В разработке электронных систем и их частей принимают участие инженеры различных специальностей:

1)инженеры-электроники-системотехники;

2)инженеры-электроники-схемотехники;

3)инженеры-конструкторы (включая инженеров-дизайнеров);

4)инженеры-технологи;

5)инженеры-математики (или прикладники-математики);

6)инженеры-экономисты и плановики и др.

Этих специалистов условно принято делить на три основные группы: разработчики, конструкторы, технологи.

Разработчики определяют идеологию построения системы, ее структуру, а также устанавливают функции входящих устройств, обосновывают и выбирают элементную базу, разрабатывают логическую и схемную реализацию ЭС, математическое обеспечение.

Конструкторы осуществляют конструирование системы в целом и ее составных частей (сборочных единиц, деталей) на основании схемотехнических решений (электрических принципиальных и других схем), принятых разработчиками.

Технологи разрабатывают технологические процессы изготовления компонентов (деталей, узлов) и сборки ЭС, а также необходимую для производства оснастку и специальное технологическое оборудование.

1.2 Условия эксплуатации аппаратуры

Свойства ЭС полностью проявляются в реальных условиях эксплуатации. Снижение надежности функционирования ЭС возможно под влиянием двух групп факторов:

субъективных (к ним относятся конструкторские, технологические и эксплуатационные ошибки и недоработки);

объективных (к ним относятся внешние воздействия и собственные дестабилизирующие факторы). При длительной эксплуатации происходит также физический износ деталей и протекают необратимые процессы старения материалов.

К внешним воздействиям относят:

механические,

климатические,

радиационные.

К собственным дестабилизирующим факторам относят взаимное влияние электрических, магнитных и тепловым полей, создаваемых элементами ЭС, а также собственные вибрации, вызываемые работающими электромеханическими устройствами электронных систем.

Схема воздействия дестабилизирующих факторов: воздействие фактора → изменение параметров элементов (ФЭ, ЛС, КЭ) → изменение параметров (состояния) ЭС.

Механические воздействия подразделяются на статические и динамические. Из них наибольшую опасность представляют динамические механические воздействия, включающие вибрации, удары, линейные ускорения, акустические удары. Количественно эти виды воздействий характеризуются диапазоном частот колебаний, а также их амплитудой,

ускорением, временем действия. Также часто используют коэффициент перегрузки n – величину, кратную ускорению свободного падения g.

Вибрации представляют собой сложные колебания, которые возникают при контакте конструктивных элементов с источником колебаний. Каждая точка конструкции характеризуется своей собственной частотой колебаний. В тех точках, в которых частота собственных колебаний приближается к частоте внешнего источника, возникает явление механического резонанса, приводящего к разрушениям. Поэтому таких ситуаций следует избегать. Вибрации характеризуются частотой, амплитудой и ускорением.

Удары подразделяются на одиночные и многократные и характеризуются длительностью ударного импульса, перемещением соударяющихся тел, ускорением. В момент удара происходит колебание системы на вынужденной частоте, определяемой параметрами воздействия, а после него – на собственной частоте конструкции.

Линейные ускорения характеризуются ускорением (в единицах g) и длительностью воздействия.

Акустические шумы проявляются в транспортируемых ЭС, устанавливаемых вблизи работающих двигателей (ракет, самолетов, кораблей и т.д.). Характеризуются давлением звука, мощностью колебаний источника звука, силой звука, спектром звуковых частот.

Под воздействием вибраций и ударных нагрузок в элементах ЭС возникают статические и динамические деформации (нарушение герметичности, обрыв монтажных связей, отрыв навесных компонентов, разрушение хрупких материалов и т.д.), а также изменения параметров функционального элемента ФЭ (изменение вольт-амперных характеристик, снижение чувствительности и смещение частотных диапазонов, короткие замыкания и т.д.). Ударновибрационные нагрузки воздействуют на элементы конструкции ЭС через их точки крепления.

Акустический шум подвергает механическим нагрузкам практически в равной степени все элементы конструкции. Поэтому в некоторых случаях его действие может быть более разрушительным, чем действие ударно-вибрационных нагрузок.

Климатические воздействия определяются климатической зоной, в которой ЭС эксплуатируется. К климатическим факторам относят:

воздействие температуры может изменить параметры как конструкционных материалов (тепловое старение материалов), так и электрические характеристики ФЭ и ЛС;

тепловые удары способствуют образованию микротрещин конструкционных материалов и появлению прочих дефектов;

влажность окружающей среды представляет собой один из наиболее агрессивных для ЭС внешних факторов; влага содержится в любой атмосфере и ее воздействие проявляется в ускорении коррозии металлических деталей и покрытий, снижению электроизоляционных свойств диэлектриков. Наличие во влаге растворенных химических соединений (атмосфера цехов химических производств, тропический морской климат) значительно усиливают ее вредное воздействие на ЭС;

пониженное и повышенное давление влияют на отвод тепла, сопротивление изоляции воздуха, оказывают механическое воздействие на элементы ЭС и т.д.;

грибковые образования (плесень) являются источником органических кислот, способствующих коррозии и ухудшению диэлектрических свойств;

пыль и песок оседают на поверхности элементов ЭС; в состав пыли входят органические и минеральные соединения; действие органических компонентов аналогично действию плесени, а минеральные частицы, как и песок, могут вывести из строя электромеханические устройства (устройства с движущимися частями);

солнечное облучение, состоящее в основном из волн ультрафиолетовой и инфракрасной части спектра, отрицательно действует на некоторые материалы (полимеры, лакокрасочные покрытия и т.д.);

насекомые и грызуны также могут отрицательно влиять на функционирование ЭС; многих насекомых привлекает тепло и их останки служат питательной средой для плесени; грызуны (крысы, мыши) повреждают кабели и провода в пластмассовой и резиновой изоляции.

Действие некоторых климатических факторов может усиливать действие других. Например, с ростом температуры активность влаги также возрастает, пыль и песок поглощают влагу, усиливая ее воздействие и т.д.

Нормальными климатическими условиями являются: температура +25±10 °С, относительная влажность 45...80 %, атмосферное давление 83-106 кПа (630...800 мм рт. ст.), отсутствие активных веществ в окружающей атмосфере.

К радиационным факторам относят:

космическую радиацию,

ядерную радиацию (от реакторов, атомных двигателей, радиационноопасных ситуаций),

облучение потоком гамма-фотонов, нейтронов, бета- и др. частиц.

Радиационное воздействие вызывает как немедленную, так и накапливающуюся реакцию элементов, составляющих конструкцию РЭА.

Наиболее устойчивы к воздействию облучения металлы. Наименьшей радиационной стойкостью обладают магнитные материалы и электротехнические стали. Некоторые металлы, например марганец, цинк, молибден и др., после облучения нейтронами сами становятся радиоактивными. Воздействие излучения на полимеры приводит к разрушению межмолекулярных связей, образованию зернистых структур и микротрещин. В результате полимерные детали теряют эластичность, становятся хрупкими.

Наименее стойкими к облучению являются полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. Необратимые дефекты в полупроводниках приводят к потере выпрямительных свойств диодов, транзисторы всех типов при облучении теряют усилительные свойства, в них возрастают токи утечки, пробивное напряжение снижается.

1.3 Классификация аппаратуры по условиям эксплуатации

По виду объекта установки РЭА можно разделить на три группы: стационарные, транспортируемые и портативные, техническое регламентирование которых приведено на рис.1.3.

Рисунок 1.3 – Классификация РЕА по объектам установки и эксплуатации

Стационарная РЭА – это аппаратура, эксплуатируемая в отапливаемых и неотапливаемых помещениях, помещениях с повышенной влажностью, на открытом воздухе, в производственных цехах. Условия эксплуатации и транспортирования такой аппаратуры характеризуются весьма широким диапазоном рабочих (-50...+50 °С) и предельных (-50... +65 °С) температур, влажностью до 90...98 %, вибрацией до 120 Гц при 4...6 g, наличием многократных (до 5 g) и одиночных (до 75 g) ударов, воздействием дождя до 3 мм/мин и соляного тумана с дисперсностью капель до 10 мкм и содержанием воды до 3 г/м3.

Транспортируемая РЭА – это аппаратура, устанавливаемая и эксплуатируемая на

автомобилях и автоприцепах, железнодорожном и гусеничном транспорте, на судах различных классов, на борту самолетов и вертолетов. Специфика работы этого вида аппаратуры предопределяет повышенное воздействие механических факторов. Каждый вид транспорта имеет собственные вибрационные характеристики. Для предупреждения повреждения аппаратуры необходимо, чтобы вся она и отдельные ее части имели собственные частоты колебаний вне диапазона частот вибрации транспортного средства.

Портативная РЭА включает аппаратуру и специализированные вычислители, находящиеся в распоряжении геолога, геофизика, топографа, строителя, и др. Сюда же можно отнести и переносную радиоприемную и передающую аппаратуру. Условия работы портативной РЭА должны соответствовать зоне комфорта человека, которая характеризуется температурой окружающей среды 18...24 °С, уровнем акустического шума 70...85 дБ, влажностью 20...90 % и высотой над уровнем моря до 3000 м.

1.4 Требования, предъявляемые к конструкции аппаратуры

Вновь разрабатываемая РЭА должна отвечать тактико-техническим, конструктивнотехнологическим, эксплуатационным, надежностным и экономическим требованиям. Все эти требования взаимосвязаны, и оптимальное их удовлетворение представляет собой сложную инженерную задачу.

Тактико-технические требования. Эти требования обычно содержатся в техническом задании на аппаратуру и включают в себя такие характеристики, как вид измеряемой физической величины, диапазон измерений, точность измерений, быстродействие, объем памяти для регистрации данных, точность выполнения вычислительных операций и т. д.

Восновном данные требования удовлетворяются на ранних этапах разработки аппаратуры, когда определяются состав изделия, его структура, математическое обеспечение, основные требования к отдельным устройствам.

Конструктивно-технологические требования. К этим требованиям относят: обеспечение функционально-узлового принципа построения конструкции РЭА, технологичность, минимальную номенклатуру комплектующих изделий, минимальные габариты и массу, меры защиты от воздействия климатических и механических факторов, ремонтоспособность.

Функционально-узловой принцип конструирования заключается в разбиении принципиальной схемы изделия на такие функционально законченные узлы, которые могут быть выполнены в виде идентичных конструктивно-технологических единиц. Применение этого принципа конструирования позволяет автоматизировать процессы изготовления и контроля конструктивных единиц, упростить их сборку, наладку и ремонт.

Технологичность конструкции в существенной степени определяется рациональным выбором ее структуры, которая должна быть разработана с учетом автономного, раздельного изготовления и наладки основных элементов, узлов, блоков. Конструкция РЭА тем более технологична, чем меньше доводочных и регулировочных операций приходится выполнять после окончательной сборки изделий.

Понятие технологичности тесно связано с понятием экономичности воспроизведения в условиях производства. Наиболее технологичные конструкции, как правило, и наиболее экономичны не только с точки зрения затрат материальных ресурсов и рабочей силы, но и с точки зрения сокращения сроков освоения в производстве. Для них обычно характерны взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность, инструментальная доступность элементов и узлов.

Втехнологичной конструкции должны максимально использоваться унифицированные, нормализованные и стандартные детали и материалы. Аппаратура считается также более технологичной, если в ней предусматривается минимальная номенклатура комплектующих изделий, материалов, полуфабрикатов.

Необходимость разработки для изделий новых материалов с улучшенными свойствами или новых технологических процессов определяется технико-экономическим эффектом их использования в данной аппаратуре.

Конструкция РЭА должна иметь минимальные габариты и массу, что особенно важно для бортовой аппаратуры, где ее объем и масса ограничиваются размерами и мощностью летательного аппарата, и для переносных (носимых) приборов, предназначенных для

производства измерений в полевых условиях, в шахтах и горных выработках.

В конструкции аппаратуры необходимо предусматривать меры защиты от воздействия климатических и механических факторов, состав и значение которых определяются объектом, где будет эксплуатироваться разрабатываемая РЭА.

К числу важных характеристик конструкции РЭА следует также отнести ремонтоспособность – качество конструкции к восстановлению работоспособности и поддержанию заданной долговечности. Для повышения ремонтоспособности в конструкции предусматривают:

а) доступность ко всем конструктивным элементам для осмотра и замены без предварительного удаления других элементов;

б) наличие контрольных точек для подсоединения измерительной аппаратуры при настройке и контроле за работой аппаратуры;

в) применение быстросъемных фиксаторов и т. д.

Конструкция аппаратуры тем ремонтоспособнее, чем меньшую конструктивную единицу она позволяет оперативно заменять.

Эксплуатационные требования. К эксплуатационным требованиям относят: простоту управления и обслуживания, различные меры сигнализации опасных режимов работы (выход из строя, обрыв заземления и т. д.), наличие аппаратуры, обеспечивающей профилактический контроль и наладку конструктивных элементов (стенды, имитаторы сигналов и т. д.). В последнее время развивается направление построения систем высокой надежности и живучести, имеющих в своем составе средства самодиагностики и автореконфигурации системы.

С эксплуатационными требованиями тесно связаны требования обеспечения нормальной работы оператора. Важна также такая организация органов управления РЭА, которая бы отвечала современным эргономическим требованиям и требованиям инженерной психологии.

Требования по надежности. Данные требования включают в себя обеспечение:

1)вероятности безотказной работы,

2)наработки на отказ,

3)среднего времени восстановления работоспособности,

4)долговечности,

5)сохраняемости.

Вероятность безотказной работы есть вероятность того, что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работы в аппаратуре не произойдет ни одного отказа.

Наработкой на отказ называют среднюю продолжительность работы аппаратуры между отказами.

Среднее время восстановления работоспособности определяет среднее время на обнаружение и устранение одного отказа. Эта характеристика надежности является также важным эксплуатационным параметром.

Долговечностью прибора называют продолжительность его работы до полного износа с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Под полным износом при этом понимают состояние аппаратуры, не позволяющее ее дальнейшую эксплуатацию.

Сохраняемость аппаратуры – способность сохранять все технические характеристики после заданного срока хранения и транспортирования в определенных условиях.

Экономические требования. К экономическим требованиям относят:

1)минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуатацию изделия;

2)минимальную стоимость аппаратуры после освоения в производстве.

1.5 Показатели качества конструкции аппаратуры Большое разнообразие РЭА требует от разработчиков знания наборов показателей, по

которым можно сравнивать существующие модели РЭА. Важнейшую роль при этом будут играть эксплуатационные и экономические показатели. С ними непосредственно связаны параметры, характеризующие РЭА как объект конструкторско-технологической разработки. К таким

показателям следует в первую очередь отнести следующие:

Сложность конструкции ЭА:

C = K1(K2N + K3M), (1.2)

где N – число составляющих элементов, М - число соединений; Кi - масштабный и весовые коэффициенты соответственно.

Выражение (1.2) связывает число составляющих РЭА интегральных микросхем, полупроводниковых приборов, электрорадиоэлементов, элементов коммутации с числом разъемных и неразъемных соединений между ними, что определяет габариты, массу, надежность и другие общие параметры РЭА.

Число элементов, образующих ЭА:

Ny

Kn

 

N =

nji,

(1.3)

j 1

i 1

 

где Ny – число устройств в РЭА, Кn – число типов применяемых элементов; nji - число элементов i-го типа, входящих в j –ое устройство.

Объем РЭА:

V = VN + VC + VK + VУТ,

где VN – общий объем интегральных микросхем и электрорадиоэлементов, образующих ПЭА, VC – объем, занимаемый всеми видами соединений, VK - объем несущей конструкции, обеспечивающей прочность и защиту ПЭА при транспортировании и эксплуатации, VУТ – объем теплоотводящего устройства.

Коэффициент интеграции, или коэффициент использования физического объема qи = VN/V

характеризует степень использования физического объема РЭА элементами, выполняющими полезную функциональную нагрузку, т. е. непосредственно определяющими электрическую схему РЭА (qи всегда меньше 1 и приближается к ней с использованием больших интегральных схем).

Общая масса РЭА, определяемая как сумма масс, входящих в состав РЭА устройств: m = mN + mC + mК +mУТ.

Общая мощность потребления ЭА:

Ny

P = pj,

j 1

где pj – мощность потребления j -го устройства. Для цифровых устройств потребляемая ими мощность зависит от средней мощности потребления электронных компонентов. Известно, что 80 — 90 % мощности потребления рассеивается в виде теплоты и определяет тепловой режим РЭА и соответствующие перегревы элементов конструкции.

Общая площадь, занимаемая РЭА:

Ny

S = sj,

j 1

где sj – площадь, требуемая для эксплуатации j – устройства РЭА.

Собственная частота колебаний конструкции (элемента, устройства или всей ЭА):

fo = (1/2 ) K/m ,

где К - коэффициент жесткости конструкции, m - масса конструкции РЭА.

Степень герметичности конструкции ЭА, определяемая количеством газа, истекшем из определенного объема конструкции за известный отрезок времени:

D = Vo P/ сл.

где Vo – объем герметизированной части РЭА, сл – срок службы РЭА, P – избыточное давление газа в конструкции РЭА.

Вероятность безотказной работы РЭА p(t) и средняя наработка на отказ Тср -

показатели надежности ЭА (будут рассмотрены далее).

Степень унификации РЭА:

Кун = Nун/N,

где N– количество унифицированных элементов, a N - общее количество примененных в

РЭА элементов.

Коэффициент автоматизации конструкторских работ:

Ка = Ма/М, где Ма – количество конструкторских работ, выполненных с применением ЭВМ, М –общее число конструкторских работ при проектировании РЭА.

Важнейшим параметром, определяющим большинство эксплуатационных, конструкторских и экономических характеристик разрабатываемой РЭА, является технологичность, общее понятие о которой будет рассмотрено отдельно.

1.6 Обеспечение надежности электронных средств

Понятие надежности. Один из основных параметров РЭА – надежность, зависит как от надежности используемой элементной базы, так и от принятых схемотехнических и конструкторских решений. Учитывая значимость современной аппаратуры в человеческой деятельности, требования к надежности аппаратуры постоянно повышаются.

Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки. Продолжительность работы РЭА до предельного состояния, установленного в нормативно-технической документации, называют

ресурсом изделия.

Надежность – это сложное комплексное понятие, с помощью которого оценивают такие важнейшие характеристики изделий, как работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, восстанавливаемость и др.

В любой момент времени РЭА может находиться в исправном или неисправном состоянии. Если РЭА в данный момент времени удовлетворяет всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение вычислительных процессов (точность, быстродействие и др.), так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих внешний вид и удобство эксплуатации, то такое состояние называют исправным состоянием.

Неисправное состояние – это состояние РЭА, при котором она в данный момент времени не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, установленных в отношении как основных, так и второстепенных параметров.

Не каждая неисправность приводит к невыполнению РЭА заданных функций. Различают неисправности основные и второстепенные. Второстепенные неисправности называют дефектами. Например, образование вмятин или ржавчины на корпусе аппаратуры, выход из строя лампочек подсветки не могут препятствовать эксплуатации РЭА.

Основные эксплуатационные свойства изделий с позиций обеспечения надежной работы: безотказность, ремонтоспособность, долговечность и сохраняемость.

Наработка – продолжительность (или объем) работы изделия, измеряемая временем, циклами, периодами и т. п. В процессе эксплуатации или испытания изделия в зависимости от его назначения различают суточную или месячную наработку, наработку на отказ, среднюю наработку до первого отказа, гарантийную наработку и т. п. Суточная и месячная наработки оцениваются временем (циклами, периодами), которое изделие проработало в течение суток или месяца.

Наработка на отказ - среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами. Если наработка выражена в единицах времени, то используют термин среднее время безотказной работы. Под средней наработкой до первого отказа понимают среднее значение наработки изделий в партии до первого отказа. Для неремонтируемых изделий этот термин равнозначен понятию средней наработки до отказа.

Гарантийная наработка представляет собой наработку изделия, до завершения которой изготовитель гарантирует и обеспечивает выполнение определенных требований к изделию, при условии соблюдения потребителем правил эксплуатации, в том числе правил хранения и транспортировки. Срок гарантии устанавливается в технической документации или договорах между изготовителем и заказчиком.

Соседние файлы в предмете Конструирование, технологии производства и эксплуатации ЭВМ