4. Основы модульного конструирования свт. Геометрическая компоновка модульных конструкций. Размерный модуль. Цели, достигаемые при модульном конструировании.

МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭВМ

Элементная база ЭВМ

Элементная база ЭВМ - Микроэлектронные, электронные, полупроводниковые, электромеханические приборы (электронная часть конструкций).

Назначение - схемотехническая реализация служебной функции ЭВМ.

Конструктивная база ЭВМ

Конструктивная база эвм – базовые несущие конструкции (механическая часть)

Назначение - выполнение вспомогательной функции механического объединения и электрического соединения элементов электронной части, обеспечения прочности и жесткости, защиты от воздействия факторов внешней среды

Концептуальные основы модульного конструирования Идея модульного конструирования вытекает из анализа основных принципов построения сложных систем:

1. Иерархическая организация

2. Декомпозиция

3. «Необходимое разнообразие»

4. Открытость

Иерархическая организация

Иерархия - принцип структурной организации сложных многоуровневых систем, состоящий в упорядочении взаимодействий между подсистемами различных уровней в порядке от высшего к низшему.

Иерархическая организация предполагает выделение находящихся в соподчинении вложенных друг в друга и определенным образом соединенных функционально законченных подсистем, в совокупности реализующих целевую функцию системы.

Декомпозиция

Декомпозиция - по качественным и количественным признакам дополняет предыдущий принцип за счет рационального представления каждого иерархического уровня в виде самостоятельных частей, обладающих свойством простоты законченного оформления.

Закон «необходимого разнообразия»

Формирование функционально-полного базиса с минимально-возможной избыточностью для обеспечения построения системы с заданными свойствами.

Система обладает большей устойчивостью и живучестью, если она построена из элементов, обладающих максимально возможной общностью основных свойств, определяющих свойства системы в целом (однородность элементного базиса)

«Открытость» систем

Свойства «открытых» систем – интероперабельность, переносимость, масштабируемость, способность к модернизации

Стандартизация интерфейсов подсистем на всех уровнях иерархии, как необходимое условие для обеспечения взаимозаменяемости составных частей, масштабирования, специализации и модернизации систем.

Модульный принцип конструирования. Определение понятия «модуль»

Представление конструкции в виде многоуровневой модульной системы

Модуль - составная часть аппаратуры, выполняющая в конструкции подчиненные функции, имеющая законченное функциональное и конструктивное оформление, снабженная элементами коммутации и механического соединения с другими модулями в соответствии со схемой иерархического деления, обладающая свойствами конструктивной, электрической, информационной совместимости и взаимозаменяемости.

Цели, достигаемые при модульном конструировании

1. максимально полное использование площади и объема составных частей конструкции для реализации полезной функции (миниатюризация конструкций: Vсл.функ./Vконстр. ≈ 1 );

2. обеспечение взаимозаменяемости за счет согласования общих и установочных размеров частей конструкции;

3. размерная совместимость с объектами сопряжения и назначения (встраиваемые системы).

Геометрическая компоновка модульных конструкций

Задача геометрической компоновки - нахождение оптимального месторасположения и взаимной ориентации модулей различных иерархических уровней на плоскости или в пространстве с определением их основных геометрических форм и размеров.

Использование геометрических моделей модулей в виде фигур или тел для равномерного и более полного заполнения конструктивного объема.

Порядок выполнения геометрической компоновки

Выбор формы модуля

Выбор компоновочной схемы ( взаимного расположения модулей в конструкции).

Выбор способов закрепления конструкций относительно друг друга (жесткое или подвижное)

Определение геометрических размеров модулей

Выбор формы модуля

Универсальный критерий при компоновке модулей верхнего уровня - минимум расстояния между наиболее удаленными посадочными местами модулей нижнего уровня

Требуемая площадь или объем модуля верхнего уровня = сумма площадей или объемов модулей нижнего уровня + затраты на межсоединения

Оптимальная форма - прямоугольник с заданной площадью и минимальным периметром или параллелепипед заданного объема, суммарная площадь граней которого минимальна

Компоновочная схема

Одномерная, двухмерная или трехмерная компоновочная схема (соответствующая координатная сетка)

Закрепление конструкций:

Неподвижное (жесткое)

Подвижное - разворот (веерная конструкция), выдвигание или откидывание и раскрытие (книжная конструкция).

Подвижные конструкции - технологичность сборки, удобство доступа к элементам, требующим регулировки, ремонта и замены в процессе эксплуатации

Определение геометрических размеров модулей

Основой модульного конструирования является координация размеров всех составных частей конструкции (входимость, соразмерность модулей различных уровней)

Основное средство - однородные размерные координатные сетки с базовым (неделимым) шагом р, например 0.5 мм и кратными этой величине, например, 2.5 мм и 25 мм

Для низкоуровневых модулей р = 0.5 мм или 2.5 мм Для высокоуровневых модулей р = 25 мм.

Понятие размерного модуля

При задании сеток все конструктивное пространство представляется в виде иерархической ячеечной структуры

Одной ячейке соответствует размерный модуль – куб минимального объема, являющийся единицей измерения компоновочного пространства рассматриваемого уровня иерархии модулей

Целочисленные соотношения размерных модулей всех уровней позволяют решать задачу компоновки с максимально эффективным использованием объема

Иллюстрация размерных «модулей»

Координация размеров модулей различных иерархических уровней.

Для каждого уровня модульных конструкций координационные размеры по трем габаритам - длина L, высота H и глубина (ширина) B должны быть кратными принятому размерному модулю.

Координационные (габаритные), установочные и присоединительные размеры модуля должны быть привязаны к узлам координатной сетки. Точки механического крепления и электрического соединения модулей нижнего уровня должны также находиться в узлах данной сетки.

Конструктивно-технологические требования при модульном конструировании

1. Раздельное автоматизированное производство

2. Обеспечение минимальных габаритов и веса

3. Современные технологии монтажа и сборки

4. Ремонтопригодность за счет легкого съема модулей, выполненных в виде ТЭЗ (типовой элемент замены);

5. Защита от воздействия факторов внешней среды;

6. Минимальная номенклатура типовых конструкций(унификация)

Унификация модульных конструкций

• Унифицированные конструкции обладают наивысшим качеством за счет совершенства технологии изготовления, наличия обоснованных рекомендаций по применению, основанных на обобщении многостороннего опыта эксплуатации

• Для обеспечения унификации конструкций, путем обобщения частных решений составляются ряды координационных, установочных и присоединительных типоразмеров модулей среди которых выделяют предпочтительные

Габарит	Типоразмер
H (мм)	50; 75; 100; 115; 170; 265; 365; 415
B (мм)	12,5; 15; 17,5; 20; 22,5; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 100
L (мм)	175; 225; 250; 300

Типоразмеры модульных конструкций для р=2.5мм

Представление электронных компонентов (МОДУЛЕЙ) в виде схемно-унифицированных типовых конструкций

Модуль = электроника (ИС, ЭРЭ) + механика (БНК)

Типизация – сведение к достаточному минимуму типов конструкций при соблюдении функциональной полноты в заданном классе аппаратуры

Типовые конструкции имеют общие конструктивные и эксплуатационные признаки (унифицированные схемные решения) для реализации служебных функций