Контрольные вопросы по главе 5.

1. Система "Человек-машина" и роль человека в ней.

2. Виды деятельности человека в системе Ч-М.

3. Возможности повышения надежности действия системы Ч-М.

4. Факторы, влияющие на формирование и прием сигналов в Ч-М системе.

5. Факторы, влияющие на восприятие информации человеком.

6. Группы эргономических показателей РЭС.

7. Оценка эргономических и художественно-конструкторских решений.

8. Отражение в ТЗ факторов "Человек-машина".

Глава 6. Унификация конструкций и компоновка рэс.

В настоящем разделе курса начинается рассмотрение собственно процесса проектирования конструкции РЭС. Причем, рассмотрение проводится на основе введенных ранее общих методологических представление о конструкции РЭС и процессе конструирования.

6.1. Роль преемственности при конструировании РЭС.

Предваряя рассмотрение влияния преемственности при конструировании на изменение конструкции РЭС, процесса и средств проектирования, определим с введенных в предыдущих главах позиций основные понятия преемственности.

6.1.1. Виды преемственности.

Под преемственностью в конструировании понимается использование в новой конструкции уже ранее освоенных деталей и узлов.

Таким образом согласно определению преемственности, при проектировании некоторой системы S среди множества элементов Г часть элементов Г ' – известна, Г 'ÌГ; также известна некоторая часть отношений R ', R'ÌR, связывающих элементы Г ' и известна часть структуры Θ', Θ'ÌΘ системы S и, конечно, известны некоторые принципы П' организации системы S.

Преемственность может быть реализована в различных формах:

Типизация - способ ликвидации многообразия путем обоснованного сведения к небольшому числу избранных типов.

Используя системное представление об объекте проектирования, можно трактовать типизацию как априорное задание для будущей системы S вариантов ее реализации S₁, S₂, … S_k с известными принципами П, с конкретным набором элементов Г₁, Г₂, … Г_к , с различными структурами Θ ₁, Θ₂, … Θ _k и неизвестными наборами значений параметров Е₁, Е₂ … Е_к.

Унификация - форма типизации конструкции, при которой параметры избранных типов получены путем деления или умножения на целые числа параметров одного исходного, базового типа.

Очевидно, что унификация представляет собой более высокую форму преемственности и, по сути, устанавливает априорно значения параметров Е₁, Е₂ … Е_к для вариантов построения системы S с известными принципами П, элементами Г и структурами Θ.

Стандартизация - есть установление обязательных норм на параметры продукции или производственные процессы с целью приближения качества изделия к уровню лучших образцов, обеспечения однородности, взаимозаменяемости и снижения трудоемкости производства.

Таким образом все формы преемственности по сути представляют собой задание различной по характеру и объему априорной информации о будущей системе S. Следовательно, преемственность при проектировании дает возможность упростить задачу разработки. Например, унификация сводит задачу до самого нижнего, четвертого уровня сложности, что позволяет для ее решения использовать формализованные методы.

Очевидно, преемственность становится одной из возможностей повышения эффективности проектирования ТС; условием успешной реализации этой возможности является правильный, оптимальный выбор априорной информации о системе (например, оптимальный набор типов конструкции, оптимальный ряд размеров и т.д.).

6.1.2. Размерно-параметрические ряды типовых конструкций.

Разработка функциональных частей РЭС в виде единых по принципами, элементами и структуре модулей послужили основой разработки размерно-параметрических рядов типовых конструкций.

Типовая конструкция (ТК) - плоский или объемный несущий компонент размерно-параметрического ряда конструкций, используемый для размещения схемных элементов или компонентов РЭС. В простейшем случае - это печатная плата. В общем случае ТК выполняются в виде трехмерной сложной конструкции.

Размеры сторон ТК могут изменяться по метрическому и ритмическому соотношениям. При метрических соотношениях:

a_n= a₀ + n_m ,

при ритмических:

a = a₀ + K_mⁿ,

где а_n - значение n-го размера;

a₀ - начальное значение размера данного ряда; например, ширины, высоты или глубины;

n - целое или дробное число, лежащее в основе размерно-параметрического ряда данной ТК;

m - величина приращения (модуль) метрического соотношения;

K_m- коэффициент прогрессии ритмического соотношения.

При использовании метрического соотношения проще обеспечить стыковку несущих компонент, но по объему или площади получается большая избыточность в сравнении с ритмическим.

Значения а₀ лежат в пределах 20 … 100 мм. Значение n изменяется в пределах 4 …24 мм. Минимальное значение выбирается для измерительных приборов, максимальное - стоечной и шкафной РЭС.

Схематически модульную конструкцию ТК можно представить следующим образом: заданное пространство расчленяется модулями с размерами m₁, m₂, m₃, рис. 6.1. Минимальный размер модуля m₁ определяется необходимостью размещения в нем по ширине (высоте или глубине) заданного количества компонентов размеров m_i.

Рис.6.1.Cхема модульной конструкции.

Модульность структуры ТК позволяет получить различные компоновочные решения устройств входа и выхода, органов управления и контроля и РЭС в целом. При этом для обеспечения удобств при эксплуатации и ремонте используют выдвижение, повороты и раскрытие конструкции с возможностью доступа к любому элементу, рис.6.2.

Рис.6.2.Обеспечение доступа к элементам.

Использование разных вариантов корпусов ТК и их крепления дает возможность на единой конструкторской элементной базе создавать квазишкафные конструкции (установка блоков друг на друга), стоечные и шкафные конструкции.

Достоинство ТК:

• свобода доступа к модулю и его элементам;

• параллельность производства модулей;

• сокращение сроков проектирования и изготовления РЭС;

• простота модернизации как отдельных модулей, так и РЭС в целом;

• гибкость конструктивной структуры РЭС.

Конструкции несущих элементов ТК строят по принципу входимости модулей младшего уровня в модули старшего. Размерная преемственность для ТК отражена в отечественных стандартах, нормалях ведущих фирм, где даны ряды размеров и их сочетания. В основу размерной преемственности ТК блоков РЭС положен модуль размером 20 мм.

В конкретных разработках также могут быть отклонения от принятого модуля. При установке рядом двух или более блоков для облегчения сборки увеличивают между ними зазор, уменьшая при этом номинальный размер лицевой панели, который должен быть выбран из ряда предпочтительных чисел. Таким образом не удается построить размерную основу, общую для всех ТК, а это затрудняет межведомственную кооперацию в разработках и увеличивает сроки проектирования РЭС.

При разработке размерной системы необходимо не только соблюдать преемственность конструкции, но найти оптимальную композицию изделия. Модульность конструкции должна обеспечивать не только простую соизмеримость входящих в систему числовых значений, но и строится с учетом антропометрии, устанавливающей основные характеристики рабочей позы оператора.

6.1.3. Типовые конструкции РЭС.

Совместимость ТК РЭС в международном масштабе затрудняется применением модульных систем на основе размера 19'' (482,6 мм) и тем, что в одних странах этим размером обозначают лицевую панель комплектного блока, а в других - его каркас. Так, например в России и ФРГ лицевые панели имеют размер 520 мм, каркас 480 мм, а Венгрии, Польше и США размеры лицевых панелей 482,6 мм, каркасов 444,4 мм (рекомендовано МЭК).

В ряде стран существует множество фирменных стандартов на ТК РЭС. Давно известны системы ТК САМАС (США - Франция - Канада) и Intermas (ФРГ). Модульный комплекс аппаратуры САМАС предназначен для создания информационных систем с цифровой обработкой информации. Система САМАС регламентирует способы механического и электрического соединения отдельных модулей, установленных в каркасе и блоках управления. Минимальная ширина блока 17,2 мм, высота 221,5 мм, глубина 306 мм. Высота и глубина постоянны, а ширина передней панели меняется по модулю 17,2 мм. Система включает в себя девять типоразмеров. Блоки, выполняющие различные функции, устанавливаются в отсеке общего стандартного механического каркаса (крейта)

С помощью системы Intermas могут быть изготовлены как отдельные функциональные блоки, так и сложные устройства составлением наборных конструкций из элементов. Размеры элементов Intermas соответствуют международным рекомендациям, поэтому в ней можно использовать приборы других фирм. В основу всех размеров конструкций Intermas положены размеры 44,45 мм - разграничение панелей по высоте - и 19'' (482,6 мм) - ширина лицевой панели. Вставленные блоки устанавливаются в один и два этажа, а шасси с блоками - в стойки и пульты. Предусмотрена коммуникация электрических сигналов через разъемные контактные соединения.

6.1.4. Унифицированные конструкции (УК).

Стандартизация конструкции РЭС, развитие модульной техники, ограничение рядов типоразмеров компонентов конструкции, ориентация на современные методы конструирования позволили создать единую конструктивную базу РЭС - комплекс УК, совместимый с автоматизированными методами проектирования и изготовления РЭС.

В зависимости от условий эксплуатации проектируемой РЭС УК делятся на три класса: для стационарной РЭС (категория 3 и 4 по ГОСТ 15150-69) для подвижной РЭС (категория 1 и 2) и для РЭС, работающей в жестких условиях.

Система УК построена по иерархическому принципу на основе единого размерного модуля и единой технологии. Рекомендации по УК можно найти в ГОСТ 25122-82, ГОСТ 20504-81 и ГОСТ 26.204-83. Разработаны унифицированные конструкции, также в основе которых лежит размер лицевых панелей комплектных блоков по ширине равной 482,6 мм (19'') и модуль вертикального наращивания 44,45 мм.

Ввиду большого разнообразия построения УК разных типов ограничимся характерными особенностями их построения.

Основой построения УК является печатная плата определенных типоразмеров в зависимости от компоновки блока, имеющая несколько вариантов топологии и выходные элементы коммутации.

Унифицированные печатные платы устанавливаются в блоке, насчитывающих 59 типоразмеров книжной или разъемной конструкции. Основные элементы конструкции блоков: ПП, передняя панель, направляющие плоские или объемные соединители. Несущие конструкции для различного назначения блоков выполняются, в основном, в виде литых алюминиевых рам, к которым крепятся передняя и задняя панели. Боковые крышки съемные и выполнены штамповкой из листового алюминия. Направляющие - из стандартного алюминиевого профиля. На задней панели имеются разъемы. В комплектных блоках размещают блоки питания, электромеханические и индикаторные устройства.

Блочные каркасы служат для объединения частичных вставных блоков. Они представляют самостоятельные технологические единицы, собираемые и монтируемые независимо от остальных конструктивов РЭС. Несущим элементом каркаса является базовый каркас, изготовленный из стандартного профиля. Конструктивные разновидности блочных каркасов получаются путем установки на базовый каркас ручек, кронштейнов, элементов фиксации и крепления. Электрическая коммутация производится либо объемным монтажом, либо многослойной коммутационной платой.

Конструкцию стоек образуют базовый каркас и набор элементов различного назначения: щиты, основания, дверцы, панели для разъемов, направляющие, шины питания, детали установки и фиксации различных устройств и т.п. Для установки устройств специального назначения (графопостроителя, лентопротяжного механизма, пультов и т.п.) имеется номенклатура специальных конструктивных элементов - рамы, кронштейны, поворотные и закрепляющие фиксаторы и др. Конструкция стоек позволяет применять как индивидуальную, так и централизованную приточно-вытяжную вентиляцию.

Приборные корпуса унифицированных конструкций могут быть выполнены в настольном или переносном виде. Основными конструктивными элементами настольных корпусов являются передняя или задняя литые рамки, стяжки из стандартного алюминиевого профиля, быстросъемные боковые щиты и крышки из листового алюминия. Кроме основных конструктивных элементов, корпуса комплектуются широкой номенклатурой установочных, крепящих и фиксирующих деталей. Электрические разъемы устанавливаются на специальных кронштейнах и панелях на задней стороне корпуса. Откидывающаяся ручка у персональных корпусов позволяет устанавливать его наклонно.

Относительно самостоятельную группу составляет конструкция пультов. Их конструктивное исполнение и размерные параметры связаны с человеком - оператором. Конструкции пультов построены по модульному принципу, что обеспечивает гибкость и преемственность при построении различных устройств и систем управления и отображения информации. Основные элементы пультов - панели, корпуса, основания, крышки, рамы и т.д. Сочетание этих конструктивных элементов позволяет получить множество модификаций. Так, пульты могут быть одно-, двух- и трех секционными, с тумбами и без них, с приборными отсеками и панелями управления и без них. Частные и общие конструктивные решения основных элементов заимствованы из конструкций стоек УК. Кроме основных конструктивных модулей, в конструкциях пультов применена широкая номенклатура несущих, установочных, фиксирующих и направляющих элементов.

Пульты управления, стойки, приборные корпуса компонуются единой номенклатурой печатных плат и частичных блоков, что обеспечивает преемственность и взаимозаменяемость в разрабатываемой на основе УК РЭС.

Для защиты от влаги применяют резиновые уплотнители и специальные прижимные замки.

Для защиты от механических воздействий предусмотрены переходные конструктивные элементы для установки амортизаторов.

Электрические соединения обеспечиваются разъемами.

Учитывая особенности построения конструкций современных РЭС при широком использовании преемственности, перейдем к рассмотрению собственно процесса конструирования РЭС.

6.2. Общие положения компоновки РЭС.

Ранее было установлено, что первым этапом конструирования является проектирование пространственной подсистемы S_пр или компоновка РЭС.

Компоновка РЭС - процесс определения формы, размеров и взаимного положения всех элементов конструкции. (Компоновка - получение целого из частей).

Особенность трактовки термина "компоновка" в данном случае состоит в том, что перечень частей, элементов системы, в общем случае, не полностью известен. Объясняется это тем обстоятельством, что на момент решения задачи компоновки полностью не известны механическая S_м и тепловая S_т подсистемы конструкции. Действительно, не известны элементы защиты РЭС от механических воздействий, элементы теплоотвода, элементы объединения и т.д., а процесс компоновки представляет собой проектирования пространственной подсистемы S_пр при известных элементах Г_эрэ схемы электрической принципиальной, т.е.

S_n= {П_пр, Г_пр, Θ_пр, Е_пр} = ?

при Г_пр= Г_эрэ+ Г_доп, где перечень дополнительных элементов неизвестен, т.е. Г_доп = ?

Известно, что процесс проектирования S_пр состоит из этапов синтеза и анализа, принятия решения и возвратных действий,

Рис. 6.3. Этапы компоновки РЭС.

Результаты решения оформляются в виде совокупности чертежей, эскизов, рисунков.

Поскольку синтез ТС имеет множество решений, для выбора лучшего варианта необходим критерий. В роли показателей качества используется целая группа свойств, из которых главным являются:

• геометрические (объем конструкции РЭС - V; габаритные размеры - LxBxH; коэффициент заполнения объема K_v и т.д.);

• функциональные;

• тепловые;

• надежностные и т.д.

Далее рассмотрим подробно суть и содержание задач компоновки современной модульной конструкции РЭС. Известно, что проектирование модулей можно вести параллельно, поэтому отдельно разберем компоновку модулей нижних и высоких уровней.

6.3. Компоновка модулей нижних уровней.

В качестве модулей нижних уровней выступают в данном случае микроэлектронные узлы и ячейки (субблоки).

Микроэлектронным узлом называется модуль, объединяющий электрически, механически и пространственно элементы и компоненты, а также защищающий их от различных внешних воздействий.

Ячейкой (субблоком) называется конструктивный модуль, объединяющий микроэлектронные узлы и обеспечивающий их защиту от различного рода воздействий.

6.3.1. Общие положения и особенности задачи.

Перечень и возможная последовательность задач при компоновке микроэлектронных узлов (микросборок) и ячеек (субблоков) приведены на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Задача компоновки РЭС.

На первом этапе необходимо установить совокупность принципов П_пр, по которым будет организовано в пространстве в единую систему S_пр множество элементов Г. Исходя из общих положений далее необходимо определить состав элементов системы.

Процедура определения полного перечня элементов Г распадается на два этапа:

• выбор совокупности элементов Г_эрэ схемы, объединяемых в данном модуле;

• выбор перечня дополнительных элементов Г_доп для объединения Г_эрэ элементов, защиты модуля и т.д.

Особенность задачи состоит в том, что одновременно с процедурой определения состава элементов Г, определяются форма и размеры этих элементов, т.е. решаются задачи поиска множества унарных отношений элементов схемы Г_эрэ и дополнительных элементов Г_доп:

Θ_1эрэ, Е_1эрэ - формы и размеры элементов Г_эрэ;

Θ_1доп, Е_1доп - форма и размеры Е_1доп.

На третьем этапе доопределяется структура Θ_пр пространственной (компоновочной) системы S_пр. При этом устанавливается схема взаимного положения элементов в модуле, т.е. определяется структура n-арных отношений Θ_n элементов.

На последнем этапе доопределяется совокупность значений параметров Е_nпр n-арных отношений, т.е. находятся координаты установки элементов на плоскости.

Рассмотрим другую группу особенностей задачи, связанную с наличием априорной информации о компоновке модулей нижних уровней.

Известно, что эти модули строятся так, что пространственное, механическое и электрическое объединение их осуществляется на плоскости.

Рис. 6.5. Принцип объединения элементов.

Следовательно, основной принцип р₁ объединения элементов в модуле известен заранее - "принцип плоскостного объединения". Очень часто задается способ будущего расположения элементов в модуле, например, "устанавливать по рядам и столбцам", т.е. становится известным и принцип р₂.

В целом можно считать, что множество принципов П_пр, П_пр = {р₁, р₂,… р_к}, пространственного объединения элементов в модуле в основном известно.

Кроме того известен и основной дополнительный элемент γ_1ДОП конструкции - объединительная плата.

Знание принципа р₁ и элемента γ_1ДОП дает возможность заранее определить основные структуры (схемы) компоновки Θ_пр модулей, рис. 6.6.

Рис. 6.6. Структуры (схемы) объединения.

Так появились односторонняя (Θ'_пр структура) схема и двусторонняя (Θ''_пр структура) схема установки элементов на плате - типовые схемы компоновки.

Типизация и стандартизация конструкций модулей в еще большей степени увеличили объем априорно известной информации о построении модулей за счет введения ряда их типоразмеров.

6.3.2. Задача компоновки модулей нижних уровней.

С учетом перечисленных особенностей появляется возможность выделить и проанализировать основные задачи конструкторского синтеза РЭС. Проделаем это на примере проектирования пространственного (компоновочного) решения ячейки.

ПРИМЕР: Ячейка, рис. 6.7., состоит из некоторого числа N микроэлектронных узлов (МЭУ), расположенных на печатной плате (ПП).

Рис. 6.7. Ячейка (субблок) РЭС.

Следовательно, необходимо синтезировать пространственную систему S_пр, состоящую из N+1 элементов Г = {g₁, g₂, … g_N, g_N+1} c априорно известной структурой Θ_пр = { Θ ₁, Θ₂, … Θ_m } всех видов отношений R₁, R₂, … R_m . Рассмотрим совокупность R_пр = { R₁, R₂, … R_m} пространственных отношений между элементами Г, которые существуют в данной системе и которые необходимо определить.

Начнем с синтеза унарных отношений R₁. Указанные отношения описывают пространственные свойства элементов, в нашем случае - МЭУ и ПП.

Пространственная структура Θ ₁ унарных отношений R₁ означает не что иное, как форму всех N+1 элементов. В данном случае - это плоские прямоугольные элементы (высотой МЭУ можно пренебречь). Поскольку форма известна, значит известны структуры Θ₁ унарных пространственных отношений R₁.

Конституэнты Е₁ отношений R₁ представляют собой пространственные параметры элементов, а именно, их геометрические размеры, т.е.

Е₁ = {Х₁, Х₂, … Х_N, Х_N+1},

где Х_i - множество параметров (геометрические характеристики) МЭУ и ПП, X_i = {x_1i, x_2i}; x_1i, x_2i - длина и ширина i- го МЭУ.

Совокупность бинарных отношений R₂ описывает пространственное отношение пар элементов хГ², хГ² = ГхГ.

Структура Θ₂ бинарного пространственного отношения R₂ задается рисунком или вербально (словесно): "все МЭУ располагаются строго ориентировано на одной стороне ПП не наползая друг на друга". Знание структуры Θ₂ позволяет сделать вывод, что из множества отношений R₂ пар элементов хГ² наиболее существенны отношения R'₂, R'₂ Ì R₂, описывающие свойства множества пар МЭУ-ПП. Указанное свойство определяет пространственное положение каждого МЭУ на ПП. При этом из множества пар хГ² выделяется с помощью R'₂ некоторое подмножество Г_s' Ì хГ² , а именно

Г_s' = {<g₁, g_N+1>,< g₂, g_N+1 >, … < g_n, g_N+1>}.

Рассматривая отдельно каждую пару <g_i, g_N+1> элементов из множества хГ² можно установить, что в качестве конституэнт бинарных отношений выступают два параметра - координаты положения на плоскости одного элемента относительно другого. Отсюда следует, что в качестве конституэнт Е₂ отношений R₂ в общем случае выступает оператор ψ размещения МЭУ на поверхности ПП или координаты положение МЭУ на ПП

Е₂ = ψ .

Из множества многоместных отношений выделим (N+1) - арное отношение R_N+1, а именно то, которое описывает отношение пространственного соответствия всех N узлов и ПП, т.е. для Г_S" Î хГ^N+1,

Г_s'' = {<g₁, g₂, … g_N, g_N+1>}.

По смыслу это пространственное отношение выражает свойство соответствия площади Р_мэу , занимаемой множеством МЭУ и площадью Р_пп ПП, R'_N+1: .

Конституэнта Е_N+1 отношения R_N+1 в простейшем случае (при одинаковых размерах всех МЭУ) представляет собой константу N_max, Е_N+1=N_max.

где N_max - максимальное количество МЭУ, располагаемое на ПП, N ≤ N_max. В общем случае конституэнта Е_N+1 представляет собой алгоритм g распределения (выделение списка, компоновки) МЭУ для установки на конкретной ПП,

Е_N+1 = g.

Следует учесть, что совокупность свойств Х_N+1 ПП должна включать в себя свойства, определяющие рисунок (топологию) электрических связей. В общем случае, кроме обычных размерных параметров Х'_N+1, включается в Х_N+1 и оператор прорисовки (трассировки) связей π (по аналогии с операторами компоновки и размещения),

Х_N+1 = {Х'_N+1, π }.

Таким образом, для синтеза указанной пространственной системы S_пр необходимо определить следующую совокупность конституэнт отношений

Е_пр = {Х₁, Х₂, … Х_i, … X_N, g, {X'_N+1, π }, ψ }

В нашем примере совокупность Х₁, Х₂, …, X_N известна.

Очевидно, что подобные по содержанию задачи приходится решать и при синтезе конструкции модулей и других иерархических уровней.

Из приведенного примера видно, что конструктор должен решать следующие задачи в процессе синтеза современной РЭС:

• выбор совокупности конструктивных модулей всех иерархических уровней с определением их типоразмеров (определение Х или Х_N+1);

- определение списка модулей всех уровней (определение g или N);

- размещение модулей (определение ψ);

- трассировка электрических связей между модулями (определение π).

Интересно, что рассматривая проектирование S_пр с общих позиций, удалось установить только перечень задач синтеза, которые необходимо решить, но ничего не известно о последовательности решения.

Простейший анализ показывает, что синтез конституэнт Е_пр должен бы быть выполнен одновременно, но сейчас это невозможно. В инженерной практике проектирования конструкций РЭС используют, как уже было сказано, последовательную схему работ.

Рис. 6.8. Последовательность задач компоновки.

Перейдем теперь к рассмотрению типовых задач анализа полученного пространственного (компоновочного) решения РЭС. Далее в курсе этот вопрос будет рассматриваться подробнее, сейчас же только укажем без объяснения перечень таких задач. К ним относятся:

• анализ теплового режима;

• анализ устойчивости к механическим воздействиям;

• анализ электромагнитной совместимости элементов;

• анализ надежности РЭС;

• анализ затрат на жизнь РЭС и т.д.

Т аким образом, можно представить себе содержательную модель конструирования РЭС (перечень задач) в следующем виде, рис. 6.9.

Рис. 6.9. Содержательная модель конструирования.

Следует отметить, что не всегда анализ после каждого этапа осуществляется в полном объеме; и, второе, схема работ (задач) не имеет в своем составе задач принятия решения, хотя реально они присутствуют на каждом этапе и являются чрезвычайно важными с точки зрения качества полученного окончательного решения.

6.4. Унифицированные конструкции модулей первого уровня.

Унифицированные конструктивные решения модулей 1-го уровня выполняются практически по двум вариантам: корпусированный и бескорпусный модуль.

Рис. 6.10.Унифицированные конструкции.

В целом оба варианта характеризуются тем, что заранее известен принцип П компоновки, набор основных элементов Г, компоновочная схема Θ и задан ряд типоразмеров будущей конструкции модуля.

6.4.1. Корпусированные микросхемы и микросборки.

Корпус является конструкторской базой, на которой устанавливаются микроплаты и навесные компоненты МКС. Корпуса выполняют ряд функций:

• защиту от механических и климатических воздействий;

• экранировку от помех;

• упрощение сборки МКС;

• унификацию исходного конструктивного элемента по габаритам и установочным размерам.

Корпуса бывают:

• металлостеклянные (сварка крышки с основанием). Обеспечивают надежность, высокую плотность монтажа, минимизацию габаритов, но дороги;

• металлокерамические (пайка, сварка), применяются пока в 4 типе корпусов;

• металлополимерные (заливка). Технологичны, дешевы, отсутствие нежелательных воздействий при герметизации, но малая допустимая мощность рассеивания (до 100мВт);

• керамические (окись алюминия, пайка), не получили пока широкого распространения;

• пластмассовые (стеклоэпоксидные, опрессовка). Дешевы, но возможен перегрев.

По конструктивным разновидностям и габаритным размерам корпуса отечественных МКС унифицированны. В ГОСТе 17467-79 (микросхемы интегральные. Корпуса. Типы и размеры) установлены 5 типов корпусов по таким признакам, как проекция тела корпуса на плоскость основания и расположению выводов.

По габаритным и присоединительным размерам типы корпусов подразделяются на подтипы и типоразмеры, каждому из которых присваивается шифр, состоящий из слова «Корпус», обозначения типоразмера корпуса и порядкового номера типоразмера (двузначное число от 1 до 99).

В конструкторской документации корпусам присваивается еще и цифра, обозначающая число выводов МКС, и порядковый номер разработки.

14 выводов

Применяются следующие типы корпусов:

1: 5 модификаций	Металлостеклянные, металлополимерные и пластмассовые корпуса. Выводы плоские и круглые, шаг – 2,5 мм. Рациональны с точки зрения компоновки с дискретными радиоэлементами приемоусилительной аппаратуры, достигаются высокая плотность заполнения объема. Широкое проименение в линейных БГИС.
2: 2 подтипа	Металлостеклянное и металлополимерное исполнение. Выводы плоские.
3: 4 модификации по числу выводов 8, 10, 12 и 32 шт.	Корпуса металлостеклянные, герметизуются вакуумплотной крышкой из ковара. Имеют малую плотность заполнения объема как самого корпуса, так и в более высоких структурных уровнях.
4: 3 модификации	Плоские корпуса с планарными выводами. Шаг выводов – 1,25 мм. Корпуса металлостеклянные, металлокерамические. Герметизация выводов выполняется металлостеклянным спаем электронно-лучевой сваркой (ковар-стекло).
5: 1 модификация	Прямоугольные корпуса с выводами в виде контактных площадок по периметру корпуса с шагом до 0,5 мм.

Рис. 6.11. Корпуса ИС.

Некоторые применяемые корпуса были разработаны до введения этого ГОСТв и имеют собственные имена, например, «Посол», «Тропа» и т.п. Ведутся интенсивные работы по разработке новых видов корпусов, позволяющих уменьшать массогабаритные характеристики МСБ и увеличить плотность их компоновки на платах. Особое внимание заслуживают разработки керамических и пластмассовых корпусов.

Преимущество керамических корпусов – высокая герметичность, обеспечение хорощих электрических характеристик приборов, возможность двустороннего монтажа, малые габариты. Применение нитрита алюминия и карбида кремния вместо традиционного керамического материала на основе Al₂O₃ повышает теплопроводность корпусов. Наряду с керамическими корпусами продолжается работа над пластмассовыми, изготовленными из недорогой полимеризующейся при термообработке пластмассы. Они более дешевые и более устойчивы к термоударам, чем керамические. Целые серии таких корпусов уже выпущены фирмами США, Япония, ФРГ.

6.4.2. Бескорпусные МКС и МСБ.

Широкие возможности для микроминиатюризации РЭС открывает применение бескорпусных МКС с последующей герметизацией либо всего устройства, либо отдельных блоков. Выполняются бескорпусные МКС по гибридно-пленочной технологии с использованием активных и пассивных элементов и/или бескорпусных полупроводниковых ИС, размещаемых на керамических или ситалловых подложках. Высота бескорпусных МКС не превышает 5 мм.

Правила конструирования МКС установлены ОСТ4 ГО.010.043 «Микросборки. Установка бескорпусных элементов и микросхем. Конструирование».

Предпочтительные размеры подложек 20х15, 24х20, 30х16, 30х24, 36х24, 48х25, 48х20, 48х30, 60х10, 60х24, 60х48. Размеры подложек МКС определяются монтажными площадками.

Внешними выводами бескорпусных МКС могут быть проволочки, балочки, штыри, лепестки, соединяемые с контактными площадками, металлизированными отверстиями или пазами подложек.

Схемы конструкций бескорпусных МКС.

1 – подложка; 2 – зона расположения компонентов МКС; 3 – выводы.

Рис.6.12. Схемы конструкций бескорпусных РЭС.

Выводы, контактные площадки, отверстия или пазы располагаются по краям подложек в соответствии с шагом координатной сетки печатной платы.

6.5. Унифицированные конструкции модулей второго уровня.

Типовой конструктивной единицей РЭС, объединяющей модули первого уровня, является ячейка с каркасом или без него.

Бескаркасные ячейки представляют собой обычные ПП или МПП и применяются в аппаратуре, к которой не предъявляются жесткие требования в отношении механической прочности. На ПП монтируются элементы 0-го и 1-го уровней, планка для крепления, часто являющаяся и направляющей для установки в микроблок, а также объемный соединитель или печатный разъем, изготовленный вместе с рисунком печатных проводников.

Типовые бескаркасные конструкции.

Рис.6.13. Типовые бескаркасные конструкции.

В бескаркасных конструкциях применяют корпусированные МКС, что связано с потерями объема микроблока, возрастанием числа соединительных элементов, слоев коммутирующих плат. Применение же бескорпусных МКС является перспективной мерой снижения объема РЭС. В каркасных конструкциях несущим элементом служит металлическая рамка (алюминиевая или магниевая), повышающая прочность конструкции и служащая теплоотводом. Каркасные конструкции могут иметь одностороннюю, двухстороннюю или сдвоенную компоновочные схемы.

Пример односторонней компоновки каркасной конструкции показан на рис. 6.14.

Несущая рамка с теплоотводами 3 имеет сквозные отверстия для межсхемной коммутации и зоны выходных отверстий или контактов. В центральной зоне рамки к ее продольным планкам-теплоотводам с помощью демпфирирующего теплоотводящего компаунда крепит бескорпусные МКС, которые выполнены на ситалловых подложках. С противоположной стороны по отношению к МКС к планкам-теплоотводам рамки через изолирующую прокладку приклеивается ПП. Электрическое соединение контактных площадок МКС с контактами ПП осуществляется золотыми перемычками диаметром 30…50 мкм.

1 – МКС на ситалловой подложке; 2 – печатная плата; 3 – несущая рамка;

4 – соединительные перемычки.

Рис. 6.14. Односторонняя компоновка каркасной конструкции.

1 – несущая рамка; 2 – бескорпусные МКС; 3 – соединительные перемычки; 4 – печатные вставки с соединительными штырями.

Рис. 6.15. Двусторонняя компоновка каркасной конструкции.

В двустороннем варианте компоновочной конструкции бескорпусные МКС устанавливаются с двух сторон планки несущей рамки (рис.6.15.). Соединения между МКС осуществляются через соседние контактные площадки термокомпрессий. Коммутация между МКС, расположенных с разных сторон рамки, производится с помощью печатных вставок и микропроволочного жгутового монтажа.

Сдвоенная компоновочная схема представляет собой две односторонние каркасные конструкции с многослойной печатной платой между ними. Общее крепление осуществляется развальцованными или резьбовыми втулками по краям модуля.

Рассмотренные конструктивные решения являются наиболее эффективными, т.к. они базируются на типовых, унифицированных элементах конструкции. Типовая компоновка и монтаж, унификация типоразмеров, вариантов размещения МКС повышает их эксплуатационную надежность и взаимозаменяемость, снижают трудоемкость сборки, контроля и регулировки.

Коммутацию электрических соединений модулей первого уровня осуществляют с помощью навесного проводного монтажа и печатных схем. Технической реализацией последних явились печатные платы (ПП), представляющие собой диэлектрическое основание с нанесенным на него токопроводящим рисунком схемы.

Печатный монтаж, сохраняя все возможности проводного, имеет следующие преимущества:

• получение большой плотности монтажных соединений;

• резкое уменьшение числа паянных соединений и увеличение надежности;

• повышение электрических нагрузок в коммутационных цепях;

• повышение вибропрочности, теплоотдачи, стойкости к климатическим воздействиям;

• обеспечение стабильной повторяемости параметров изделий;

• микроминиатюризация аппаратуры;

• унификация и стандартизация конструкций РЭС.

ПП представляют собой сложные изделия из разнородных материалов. Они служат основой ячейки и предназначены для размещения на них элементов с планарными и штыревыми выводами.

При разработке ПП конструктору приходится решать следующие задачи:

конструктивные (размещение элементов, трассировка проводников, минимизация числа слоев платы и т.п.);

• радиотехнические (расчет паразитных наводок, параметров линий связи и т.д.);

• теплотехнические (температурный режим работы, теплоотвод);

• технологические (выбор метода изготовления, оборудования и т.д.).

Все перечисленные задачи взаимосвязаны. Так, от выбора метода изготовления зависит точность размеров проводников и их электрические характеристики, от расположения печатных проводников – степень влияния их друг на друга и др.

Указанный комплекс задач называют топологическим проектированием ПП. Подробно он рассмотрен во многих литературных источниках.

6.6. Компоновка модулей верхних уровней.

Конструктивными модулями верхних уровней называют обычно блоки и шкафы (стойки) РЭС.

Блоком называется конструктивный модуль, который служит для электрического, механического и пространственного объединения ячеек, а также для защиты их от различного рода внешних воздействий.

Шкафом (стойкой) называется конструкция, объединяющая совокупность блоков и обеспечивающая их защиту от воздействий.

6.6.1. Общие положения и особенности задачи.

Суть задачи компоновки в данном случае состоит в проектировании пространственной подсистемы S_пр с учетом влияния на результат механической и тепловой подсистем будущей конструкции, т.е. с учетом ещё не полностью известных к этому моменту данных.

Рис. 6.16. Учёт влияний на компоновку.

Из общих соображений ясно, что необходимо в результате определить форму, размеры и взаимное положение всех элементов внутри блока и/или шкафа. Для этого необходимо установить совокупность принципов П_пр пространственного объединения, список элементов Г_пр блока (шкафа), схему компоновки Θ_пр и компоновочные параметры Е_пр.

Очевидно, что все сказанное в разделе 6.3.1. для компоновки модулей нижних уровней справедливо и в данном случае. С одним лишь исключением. Исключение касается использования других априорно известных принципов компоновки. Наиболее часто встречаются следующие принципы:

р₁ – объединение частей блока (шкафа) производится в пространстве;

р₂ – группу элементов одинакового функционального назначения объединяют в единой зоне; так появились: - зона расположения основных элементов электрической схемы; - зона установки входных/выходных разъемов; - зона элементов связи с оператором (лицевая панель) и т.д.

р₃ – ячейки внутри соответствующей зоны устанавливаются в строгом порядке, например, «одна к одной в пакете».

Кроме принципов компоновки появились и типовые схемы компоновки блоков и ячеек в блоке.

1-зона лицевой панели

2-зона установки ячеек

3-зона вх/вых разъемов

Рис. 6.17.Схемы компоновки блоков.

Рис. 6.18.Схемы компоновки ячеек в блоке.

Кроме указанных типовых принципов и схем компоновки используются в обоснованных случаях и другие; например, компоновка на «материнской» плате, компоновка под особый элемент (например, под электронно-лучевую трубку) и т.д.

6.6.2. Задачи компоновки блоков и шкафов.

С учетом установленных особенностей и используя материал параграфа 6.3.2., комплексную задачу компоновки можно представить следующим образом.

Рис. 6.19. Задачи компоновки блоков.

Особенность задачи состоит в том, что две из списка задач практически отсутствуют (перечень ячеек в блоке обычно известен и порядок расположения ячеек внутри блока соответствует функциональной схеме). Кроме того, электрическое объединение ячеек жгутами и кабелями рассматривается обычно отдельно от собственно задач компоновки.

Таким образом, современная постановка задачи компоновки блоков и шкафов сводится к задаче выбора одного типоразмера из множества известных, т.е. речь идет о задаче четвертого уровня сложности.

6.7. Унифицированные конструкции блоков и шкафов.

6.7.1. Общие требования к конструкции блоков.

Выбор варианта конструкции блока и компоновки субблоков в блоке, а также взаимное расположение других конструктивных элементов должны осуществляться, исходя из технических требований на конструирование, анализа определяющих факторов (надежность, ремонтопригодность, габариты, масса, тепловые режимы, условия эксплуатации и т.п.) разрабатываемого РЭС.

Блоки должны быть прямоугольной формы, за исключением блоков, устанавливаемых в специальных отсеках и только в технически обоснованных случаях, т.к. последнее исключает применение типовых технологических процессов, увеличивая стоимость и сроки освоения аппаратуры.

Наиболее трудоемки в процессе проектирования блоков – выбор рациональной компоновки субблоков в блоке, нормальных тепловых режимов, разработка или выбор базовой несущей конструкции, обеспечивающей первые два требования.

Действующая в настоящее время нормативно-техническая документация позволяет с минимальными затратами времени определить необходимую базовую несущую конструкцию в соответствии с заданным видом аппаратуры.

Элементы несущих конструкций должны обеспечивать надежное крепление субблоков с МКС и элементами электрической коммутации, минимальную массу, максимальное использование однотипных деталей и их унификацию.

Материалы и покрытия несущих конструкций должны выбираться в зависимости от условий эксплуатации аппаратуры. Элементы несущих конструкций изготавливаются литьем, штамповкой, прессованием или сваркой профильного материала.

Важную роль на этапе проектирования имеет правильный выбор межблочного электрического соединителя, который зависит от метода межблочной коммутации (петлевой, накидной или врубной) и несущей конструкции блока, определяемой видом аппаратуры.

Методы внутриблочной электрической коммутации, защиты блока от электромагнитных, механических воздействий, а также обеспечение теплового режима будут рассмотрены отдельно.

6.7.2. Выбор компоновочной схемы и конструкции блока.

Для определения факторов, влияющих на габаритные размеры и конструкцию блоков, необходимо рассмотреть их существующие конструкции. Оценим книжный и разъемный варианты конструкции, используемые в РЭС, отличающиеся, в основном, возможностями доступа к ячейкам для их контроля и замены.

Рис. 6.20. Разъемные и книжные конструкции блоков.

На компоновку РЭС оказывают большое влияние условия эксплуатации аппаратуры. Требования по механическим воздействиям влияют на выбор зазоров между субблоками с учетом деформации несущих конструкций. Вводятся ребра жесткости, приливы, кронштейны, бобышки, дополнительные элементы крепления и т.п. По климатическим требованиям блок может быть выполнен герметичным или негерметичным. Повышение климатических и механических требований к блокам приводит к увеличению объема и массы блока.

Следующим фактором, влияющим на габариты блока, является применяемая элементная база и число элементов, размещаемых в блоке. Широкий выбор серийно выпускаемых микросхем в сочетании с микросборками позволяют повысить плотность упаковки элементов в блоке, что сказывается на их габаритных размерах.

Элементы электрических соединений в блоках влияют на размеры зон электрической коммутации, которые делятся на внутриблочные и межблочные. Все они увеличивают полный объем блоков. Внутриблочный монтаж увеличивает габариты блока в одной из сторон, в зависимости от вариантов компоновки, примерно на 20…35 мм.

Естественная конвекция требует зазора между субблоками порядка 4…8 мм для обеспечения нормального теплового режима в блоке. Принудительное охлаждение позволяет уменьшить зазоры до 2 мм, но вызывает увеличение объема блока на 10…15% за счет установки вентилятора или воздуховодов.

Применение конструктивного охлаждения (радиаторов, теплостоков, теплоотводящих трубок и т.п.) увеличивает габаритные размеры блоков за счет увеличения размеров несущих конструкций на 20…25%.

Рассмотрим, как влияют схемы компоновки на габаритные размеры блоков.

L, H, B - длина, высота и ширина блока;

L_k, H_k, B_k - габариты внутриблочной электрической коммутации.

Рис. 6.21. Схемы компоновки блоков.

Полезный объем блока V_бл можно условно представить в виде двух объемов: объема, занимаемого функциональными узлами, и объема под электрические соединения и их монтаж (V₂).

V_б = V₁ + V₂

Для рассматриваемых вариантов компоновки эти объемы можно выразить следующим образом:

V1 = L H (B-Bk);	V2 = L H Bk	Для вариантов I и II
V1 = L (H-Hk);	V2 = L Hk B	Для вариантов III и IV
V1 = (L-Lk) H B	V2 = Lk H B	Для вариантов V и IV

Из рассмотрения этих зависимостей можно сделать вывод:

т.к. в блоках РЭС L > H, L > B, H > B, поэтому получаем следующие неравенства:

;

следовательно, наиболее рационально применение вариантов компоновки V и IV и наименее рационально I и II.

Однако, как показала практика, варианты компоновки II и VI не применяются из-за плохих условий охлаждения. Варианты I и III позволяют установить значительно большее количество субблоков по сравнению с вариантами IV и V т.к. L/h_СБ> B/ h_СБ где h_СБ -шаг установки субблока.

Для книжных конструкций предпочтительнее варианты IV и V, т.к. эти конструкции должны иметь небольшое количество субблоков для удобства их раскрыва.

При естественной конвекции для блоков разъемной конструкции применяют вариант компоновки III. В случае применения принудительной вентиляции для них следует применить вариант компоновки I.

При естественной конвекции в книжных конструкциях используются варианты IV и V. Они же могут применяться и при принудительном охлаждении при установке вентилятора на заднюю и лицевую панель блока при варианте IV и при обеспечении подачи воздуха снизу для варианта IV.

На выбор варианта компоновки оказывает большое влияние, необходимое число контактов разъема субблока. Как показывает практика, число входных контактов с одного субблока составляет 60…80 и более. С этой точки зрения для разъемной конструкции предпочтителен вариант компоновки I, а для книжной IV. И, хотя при этом, как было показано ранее, уменьшается полезный объем блока, приходится идти на компромисс.

Следующим фактором, влияющим на выбор варианта компоновки блока, является соотношение его линейных размеров: длины, ширины и высоты. Например, книжная конструкция, выполненная по варианту V будет иметь максимальную плотность компоновки элементов в блоке, но не рациональное соотношение размеров сторон печатной платы приводит к тому, что печатные проводники становятся длинными, увеличиваются паразитные помехи, увеличивается шаг установки микросхем на плате по сравнению с вариантом IV. Минимальная ширина блоков книжных конструкций должна быть не более 120 мм.

Для блоков разъемных конструкций минимальные размеры высоты и ширины должны быть:

для варианта компоновки I H_мин ≥ 180 мм, B _мин ≥ 120 мм;

для варианта компоновки III H_мин ≥ 180 мм, B _мин ≥ 180 мм.

Таким образом, рассмотренные факторы влияют на выбор варианта конструкции блока и его габариты. Правильность выбранной конструкции должна подтверждаться комплексом абсолютных (объем, масса, надежность и т.п.), относительных (коэффициент использования объема, массы, полезной площади и т.п.), конструктивных показателей, а также коэффициентом плотности упаковки.

Для соpздания условий межвидовой унификации блоков для различных видов аппаратуры принята условная классификация, рис. 6.22.

Рис. 6.22.

Такая классификация предназначена для кодирования блоков (базовых несущих конструкций), которые могут быть заложены в банк исходных данных, их выбора при автоматизированном конструировании.

6.7.3. Специфика конструкций унифицированных блоков.

Отличительной чертой конструкции современных РЭС является применение в них БИС, СБИС, микросборок, причем часто используются бескорпусные МСБ. Для большинства РЭС характерна наибольшая плотность упаковки элементов.

Повышение плотности упаковки приводит к увеличению удельной мощности рассеяния, что ухудшает тепловые режимы и может приводить к параметрическим и внезапным отказам. Т.к. конвективный теплообмен при такой плотности упаковки не функционирует, то для увеличения теплоотдачи внутри блока вводятся теплоотводящие шины (металлические подложки, фольга на ПП, металлические рамки и т.п.).

Другой отличительной чертой современных РЭС является необходимость защиты бескорпусных МСБ от внешней среды. Такая защита осуществляется вакуумно-плотной герметизацией и заполнением внутренней полости блока инертным газом.

Большое значение имеет обеспечение электромагнитной совместимости аналоговой аппаратуры, поскольку локальное экранирование здесь применено быть не может. Электромагнитные связи существуют только на поверхности, но могут образоваться и в объеме, если крышка ячейки близко расположена от поверхности МСБ.

Применение в конструкциях РЭС бескорпусных МСБ значительно увеличивает плотность компоновки элементов, что дает возможность в 5…6 раз уменьшить объемы блоков при одинаковой функциональной сложности по сравнению с блоками на корпусированных МКС. Уменьшение объемов блоков достигается также применением прогрессивных методов монтажа (гибкие шлейфы и кабели), малогабаритных соединителей, книжной компоновкой конструкции.

Необходимость герметизации блоков и наличие внутри них избыточного давления накладывает на них определенный отпечаток. Стенки корпуса должны быть достаточно толстыми (до 3 мм). Чем больше объем корпуса, тем больше должно быть избыточное давление при одном и том же сроке службы и тем более толстый корпус должен быть у блока. Это – недостаток такого рода конструкции, обусловленный требованиями их герметичности.

Корпуса блоков очень часто могут иметь стандартные конструкции; для аппаратуры специального назначения чаще всего они выбираются из условий минимальных масс, объемов, требуемых форм и обеспечения заданных тепловых режимов и вибропрочности при минимальных объемах.

Типовые конструкции стоек были описаны в параграфе 6.1.4. Там же дан перечень их основных элементов. Принципы и схемы компоновки шкафов и стоек практически не отличается от принципов и схем компоновки блоков.

Несколько существеннее отличия в компоновке пультов управления.

6.8. Конструирование пультов управления.

6.8.1. Компоновка рабочего места и пульта оператора.

Основой человеческого организма является скелет и мышцы, составляющие костно-мышечную систему, образующую органы движения. Суставы (шарниры) скелета позволяют человеку совершать разнообразные движения. Очевидно, что антропометрические данные человека – оператора (Ч-О), в первую очередь, определяют возможности компоновки пультов управления.

Рабочие зоны в зависимости от положения Ч-О делят для работы: стоя и для работы сидя. В специальных случаях (самолеты, космические аппараты и т.п.) Ч-О может работать лежа, полусидя, полулежа. Во всех случаях конструирование операторских пультов сводится к правильному расположению органов управления и индикации.

При конструировании рабочего места для работы стоя все пределы досягаемости и максимальное поле зрения должны приниматься из расчета нормальной работы оператора низкого роста, так как высокий человек легко достанет любой орган управления.

Если операторское место представляет собой закрытое помещение, то его нужно проектировать под оператора высокого роста. Тогда люди невысокие будут чувствовать себя в помещении комфортабельно.

По высоте рабочую зону для работы стоя делят на подзоны:

Рис. 6.23. Рабочие зоны.

Поэтому высоту стоек (шкафов) не рекомендуется выполнять более 170 мм. Для ЭВМ рекомендуется высота стоек 160 мм.

Важным для работы стоя является предел досягаемости рук до органов управления и обзора. На рис. 6.24 показаны рекомендуемые расположения органов управления и индикации при работе стоя. Указаны пределы, в которых руки развивают достаточные усилия.

Горизонтальная плоскость	Вертикальная плоскость

Рис. 6.24. Работа стоя.

Работа стоя утомительна, поэтому более оптимальна работа сидя. При этом необходимо учитывать различные возможности человека при работе с элементами управления расположенными в различных зонах (рис.6.25) и особенности формы пульта (рис.6.26).

А- не требует поворота головы; Б- легкий поворот головы; В- движение всей руки; Г- поворот туловища; А и Б- зона основных движений.

Рис. 6.25.Работа сидя.

Ручки управления нужно располагать в зонах А и Б, а элементы индикации – в зоне А.

Положение Ч-О определяет форму пульта управления

Положение сидя

Рис. 6.26. Пульт управления.

При компоновке пультов следует придерживаться следующих основных правил:

-количество переключателей должно быть минимальным;

-количество и траектория движения рук должны быть минимальными (предплечье, кисти и, реже, вся рука);

-при работе двумя руками движения должны быть синхронными и симметричными.

Органы ручного управления следует располагать так, чтобы:

-Ч-О не приходилось перекрещивать или менять руки;

-удобно было пользоваться органами управления при считывании показаний приборов;

-функции правой и левой руки должны быть разделенными;

-наиболее часто используемые органы управления, индикации и аварийные, размещались в зонах наибольшей доступности и обзора;

Большое значение для удобства работы имеет форма кресла с регулируемой спинкой, сидением и подлокотником. Рекомендуемые размеры и форма кресел приводятся в справочниках.

Серьезное внимание уделяется конструированию терминалов. Здесь учитываются не только антропометрические данные, но и особенность работы с ЭЛТ.

Рекомендуемые углы наклона для установки ЭЛТ в терминалах

Рис. 6.27. Работа с терминалом.

Основные требования к конструкции терминала:

- изображение не должно мигать;

- воспроизводиться должно позитивное изображение (темные значки на светлом фоне);

- поверхность экрана должна быть матовой (безотражательной);

- четкое воспроизведение знаков на люминофоре;

6.8.2. Панели управления и индикаторы.

При эргономической отработке лицевых панелей главной задачей является оптимизация потока информации. Поступающая информация должна соответствовать мыслительной деятельности оператора, которую можно разделить на четыре этапа:

- восприятия поступающей информации;

- оценка информации;

- принятие решения о конкретных операциях управления;

- приведение принятого решения в исполнение.

Анализ психофизиологических возможностей Ч­­-О показывает, что необходимыми требованиями при конструировании лицевых панелей являются:

1. Расположение лицевых панелей в зоне видимости и досягаемости.

2. Оптимальное расположение элементов на них.

3. Применение элементов индикации, информации и управления, соответствующих психофизическим и биомеханическим возможностям Ч-О.

Оптимальным решением лицевой панели считается такое, когда на ней присутствуют только элементы индикации и управления и отсутствуют вспомогательные.

Для достижения оптимальной компоновки следует:

1. Группировать элементы по функциональному признаку. Приборы для однотипных параметров объединяют на панели в компактную группу, зрительно четко разграниченную с другими группами. Кнопки и регуляторы должны, по возможности, располагаться в ряд в порядке, совпадающем с естественной последовательностью выполнения рабочих операций.

2. Место размещения на лицевой панели определяется по степени важности элементов, по схемотехническим связям. Приборы, отражающие наиболее важные параметры, располагаются в пределах оптимальной зоны поля зрения и поля досигаемости.

Если разделить поле зрения по горизонтали, то в верхней части отмечается - 74,5%, а в нижней - 25,5% фиксации взгляда. Если разделить поле зрения по вертикали, то преимущество в расположении ответственных индикаторов нужно отдавать левой стороне и в целом располагать следует так

1	2
3	4

Оптимальное пространство расположения регуляторов ограничено дугами, которое описывается рукой Ч-О при ее вращении в локтевом суставе (радиус дуги около 340 мм ) и при вращении в плечевом суставе ( 600 мм ).

Учитывать последовательность и частоту пользования элементами. При размещении приборов внутри функциональных групп следует придерживаться той последовательности, в которой Ч-О обычно считывает показания. При этом размещение производится слева направо и сверху вниз. Наиболее часто используемые приборы должны размещаться в пределах оптимальной рабочей зоны. Остальные (устройства калибровки, подстройки )-вне рабочего пространства.

4. На лицевой панели не должно быть лишних приборов, лишней информации, лишних надписей и элементов.

Визуальные индикаторы делятся на предметные в виде шкал, надписей цифр и т.п. и световые в виде сигнальных ламп, светоплафонов и т.п. .

Все надписи предметных указателей должны быть лаконичны. Погрешность считываемой величины зависит от стрелки и указателя. Высота рисок шкалы должна соответствовать расстоянию наблюдения. Форма знаков и цифр должна быть простой. Зазор стрелка-шкала должен быть не более1,5 мм во избежание погрешности от параллакса. Конец стрелки должен перекрывать штрихи шкалы и быть не толще него.

Малое число ошибок дают цифровые счетчики на жидких кристаллах или светодиодах. При работе с ними необходимо соблюдать ряд условий:

темп подачи сигналов на них должен соответствовать темпу восприятия их человеком ;элементы их конструкции не должны нести дополнительной информации; цифры и знаки должны иметь простую форму; не следует показывать нули слева, если они не определяют число.

Для набора и ввода команд управления используется клавиатура. Конструкции терминалов включают почти плоскую отделяемую клавиатуру. Основные параметры плоских и клавишных выключателей и переключателей регламентированы.

Эти элементы позволяют осуществлять операции быстрого включения и выключения, выбор нужного параметра, набора и ввода команд управления. Кнопки и клавиши, рассчитанные на частое использование или усилие 8...35 Н, должны иметь вогнутую рабочую поверхность и выступать над поверхностью панели на 5...10 мм. Кнопки, рассчитанные на усилия нажатия до 1 Н и на частоту пользования ими не более 2-х раз в минуту, имеют диаметр 3...5 мм и выпуклую рабочую поверхность.

Контрольные вопросы по главе 6.

1. Понятие и цель преемственности в конструировании.

2. Понятия типизации, унификации и стандартизации.

3. Размерно-параметрические ряды и способы их построения.

4. Типовые и унифицированные конструкции РЭС.

5. Понятие компоновки РЭС, суть и критерии.

6. Компоновки модулей нижних уровней конструкции РЭС.

7. Особенности компоновки РЭС при унификации модулей нижних уровней.

8. Комплексная задача компоновки РЭС.

9. Унифицированные конструкции МКС и МКСБ.

10. Корпусирование МКС и МКСБ.

11. Бескорпусные МКС и МКСБ.

12. Унифицированные конструкции ячеек.

13. Общие положения и особенности компоновки блоков и шкафов РЭС.

14. Комплексная задача компоновки блоков и шкафов.

15. Унифицированные конструкции блоков.

16. Унифицированные конструкции шкафов ( стоек ).

17. Выбор схем компоновки блоков.

18. Особенности компоновки рабочего места и пульта оператора.

19. Конструирование панелей управления и индикаторов.