1.2 Конструктивно-технологические и эксплуатационные требования к конструкции рэа

Защита от воздействия окружающей среды. Все факторы окру­жающей среды, действующие на РЭА, можно разделить на клима­тические и механические. Климатические факторы окружающей среды характеризуются влиянием на РЭА температуры, повышен­ной влажности, атмосферного давления, пыли и песка, радиации. К механическим воздействиям окружающей среды относятся виб­рация, удары, линейное ускорение, транспортирование. Параметры окружающей среды для различных видов РЭА указываются не­посредственно в ТУ на разработку этой аппаратуры.

Влияние температуры. Температура воздуха на земле зависит от географических координат местности, времени года и суток, вы­соты над уровнем моря. Изменение температуры окружающей сре­ды приводит к изменению состояния как металлических, так и не­металлических деталей аппаратуры.

Известно, что при нагревании или охлаждении двух стержней одинаковой длины L, но изготовленных из различных материалов, относительная длина их (в миллиметрах) изменится на Alt = L(ai— —аг) (t±20°), где ai и a₂ — коэффициенты линейного расширения материалов стержней; t — предельные значения температуры ок­ружающей среды.

В результате этого в конструкциях возникают дополнительные напряжения, вызывающие деформацию деталей, ослабление креп­ления деталей и узлов, появление дополнительных погрешностей из-за увеличения зазоров в сопрягаемых деталях, разрушение пая­ных швов, и, как следствие, нарушение герметизации. Защитить полностью РЭА от изменения температуры не представляется воз­можным, поэтому выбор материалов и конструкции должен про­изводиться с учетом всех последствий влияния изменений темпе­ратуры.

Влияние повышенной влажности. Влажность атмосферного воздуха изменяется в широких пределах и зависит от характера климата, рельефа местности и близости водной среды. Она выпа­дает в виде росы, тумана, дождя, инея и града. Снижение тем­пературы воздуха в замкнутом объеме приводит к увеличению от­носительной влажности и даже к выпаданию росы.

Детали несущих конструкций изготовляют из различных метал­лических и изоляционных материалов, на которые повышенная влажность действует отрицательно. Разрушение металлов и спла­вов из-за химического и электрохимического воздействия внешней среды называется коррозией. Особенно сильное разрушение- происходит при электрохимическом воздействии, т. е. при наличии влаги. Для защиты деталей несущих конструкций от коррозии не­

обходимо применять металлы и сплавы, которые не подвергаются коррозии (нержавеющие стали, титановый сплав и др.), или на­носить на них защитные металлические, неметаллические и лако­красочные покрытия. Основные требования к выбору защитных, за- щитно-декоративных металлических и неметаллических покрытий регламентируются ГОСТ 9.303—84. Классификация лакокрасочных покрытий по внешнему виду и условиям эксплуатации устанавли­вается ГОСТ 9.032—74.

Влага, проникая в поры, трещины и капилляры изоляционных материалов, вызывает уменьшение объемного сопротивления, рост диэлектрических потерь и увеличение диэлектрической проницае­мости последних. Поэтому изоляционные детали несущих конст­рукций необходимо изготавливать из негигроскопичных материа­лов или пропитывать детали негигроскопичными материалами.

Влияние пониженного атмосферного давления. С увеличением высоты атмосферное давление снижается. Значение атмосферного давления воздуха на различных высотах показано на рис. 1.2.

Пробивное напряжение воздуха U характеризуется произведе­нием давления р на расстояние h между электродами (закон Па- шена). Графическая зависимость между U и произведением ph по­казана на рис. 1.3. Пользуясь графиком, найдем пробивное напря­жение для расстояния h=0,5 см при давлении р = 760 и 40 мм рт. ст., которые будут 12 000 и 1200 В соответственно, т. е. про­бивное напряжение уменьшается в 10 раз.

Следовательно, зазоры между токонесущими деталями, нахо­дящимися в негерметизированных устройствах и работающими при пониженных давлениях, приходится увеличивать по сравне­нию с зазорами в аппаратуре, работающей при нормальном дав­лении. Пониженное атмосферное давление способствует испаре­нию некоторых составляющих смазок, лаков и других материа­лов. Кроме того, при низком давлении снижается плотность воз­духа, что ухудшает условия охлаждения аппаратуры.

Рис. 1.2. Атмосферное давление воз- Рис. 1.3. Значения пробивного на- Духа на различных высотах пряжения от произведения ph

рИ,пм мм рт. ст.

Phi ИМ лг ст

з

Часто узлы и блоки, используемые при пониженных давлени­ях, герметизируют. iB них сохраняется нормальное внутреннее дав­ление воздуха при подъеме на высоту. Вследствие образующейся разности между внутренним и внешним давлениями, достигающей при больших высотах значения, близкого к 1 атм, могут появить­ся значительные деформации стенок кожуха. В результате этих деформаций возникают трещины, что нарушает герметизацию, а также увеличение габаритов кожухов, которые могут повредить близко расположенные устройства.

Влияние пыли и песка. Пыль состоит из мелких и твердых час­тиц, равномерно распределенных в воздухе. Эти частицы тяжелее воздуха, поэтому они медленно осаждаются на поверхности и лег­ко проникают всюду через неплотные соединения и мелкие от­верстия.

Пыль и песок, проникая в блоки аппаратуры, попадают на смазку подвижных элементов, что приводит к увеличению момен­тов вращения и усилий на перемещения, к ускорению износа и за­еданию. Пыль, оседая на поверхность деталей, благоприятствует конденсации влаги, что усиливает коррозию металлов и сплавов и ухудшает изоляционные свойства материалов. Пыльная поверх­ность изоляционных материалов снижает поверхностное сопротив­ление на несколько порядков и уменьшает напряжение поверхно­стного пробоя.

Песок и крупные частицы пыли при сильном ветре могут пов­редить поверхность наружных деталей аппаратуры. Для защиты от песка и пыли в конструкциях радиоаппаратуры необходимо предусматривать соответствующие уплотнители.

Влияние радиации. Радиоаппаратура, находясь под воздействи­ем прямых солнечных лучей, может сильно нагреваться, что вы­зывает такие же изменения в ней, что и при температурных воз­действиях. Ультрафиолетовые излучения солнца вызывают хими­ческие изменения в ряде изоляционных материалов. Некоторые ти­пы пластмасс меняют свой цвет, быстро стареют и становятся хрупкими. Лакокрасочные покрытия обесцвечиваются, растрески­ваются и отслаиваются. Большинство металлов и керамических материалов под действием космической радиации практически не изменяет своих^ свойств. Неорганические материалы также очень слабо подвержены влиянию космической радиации.

Влияние вибрации. Вибрации подвержена аппаратура, устанав­ливаемая на автомобильном и железнодорожном транспорте, на кораблях, самолетах и ракетах. Например, на кораблях основная вибрация создается ходовыми винтами и главным двигателем, на самолетах и ракетах — тяговыми двигателями, встречным потоком воздуха и другими причинами.

Ускорение, действующее на РЭА, принято выражать в едини­цах ускорения силы тяжести g"=9,81 м/с², тогда действующая пе­регрузка в единицах ускорения силы тяжести j=Af²/250, где А — амплитуда перемещения; f — частота колебания.

Бее детали и узлы радиоаппаратуры имеют определенную мас­су т, сосредоточенную в центре тяжести. В процессе вибрации эти детали и узлы получают определенные ускорения, в результа­те сила Р, приложенная в центре тяжести детали или узла, возни­кающая при ускорении, вызванном вибрацией, будет

P = mj. (1.1)

Под действием силы Р в деталях несущих конструкций могут возникать большие механические напряжения, которые могут при­вести к поломке последних. При вибрации (даже при малых уров­нях вибрационных нагрузок) с течением времени возникают раз­рушения элементов конструкции за счет явлений усталости, кото­рые при знакопеременных нагрузках проявляются больше, чем при статических. Особую опасность представляют вибрации, частота которых совпадает с собственными частотами деталей и элемен­тов конструкции.

При воздействии вибрации ухудшается качество всех видов механических соединений. При длительном действии вибрации разбалтываются винтовые соединения, расшатываются заклепоч­ные, а сварные — разрушаются. Происходит обрыв проводов и элементов, закрепленных за выводы. Контактные пружины реле, переключателей, а также плоские пружины элементов конструк­ции, представляющие собой консольные балки, при воздействии вибрации могут колебаться с определенной частотой, в результате возможны ложные срабатывания реле и переключателей или по­ломка пружин.

Влияние ударов. Удары возникают при приземлении самолета, при маневрировании вагонов железнодорожного транспорта, при падении приборов и т. д. В результате удара происходят колеба­ния с большой амплитудой, действие которой и может вызвать значительные повреждения в аппаратуре, но благодаря демпфи­рующей способности упругих элементов они быстро затухают.

Части конструкций с большой сосредоточенной массой, особен­но закрепленные консольно, из-за ударов смещаются со своих фик­сированных мест или даже срываются с крепления. Удары, направ­ления которых создают большие срезающие напряжения, разру­шают сварные и заклепочные соединения. Элементы крепления де­талей, выполненных из материалов, обладающих малой удельной вязкостью, например алюминиевое литье, керамика, некоторые пластмассы и др., при воздействии ударных нагрузок часто обла­мываются.

Влияние линейного и центробежного ускорения. При изменении скорости на прямолинейном участке движения или при криволи­нейном движении объекта, на котором установлена РЭА, послед­няя испытывает линейное или центробежное ускорение. Сила Р, приложенная в центре тяжести детали или узла, возникающая при действии указанных ускорений, также определяется по (1.1). Под действием силы Р в деталях несущих конструкций возникают значительные напряжения, которые могут привести к их поломке.

Влияние транспортирования. Радиоаппаратура до места экс­плуатации транспортируется различными видами транспорта, вследствие чего она подвергается вибрационным и ударным воз­действиям. Данные воздействия вызывают в РЭА такие же отри­цательные явления, как и описанные выше.

Снижение массы и габаритов. Снижение массы и габаритов РЭА не является самоцелью, а служит средством для выполнения современных требований, предъявляемых к аппаратуре: расшире­ние области применения; повышение функциональной сложности; повышение качества и надежности; улучшение эксплуатационных свойств и др.

Общий комплекс мероприятий, направленных на снижение мас­сы и объема РЭА, получил название комплексная миниатюриза­ция, основные положения которой следующие [7]: построение функциональной схемы РЭА с наибольшим использованием диск­ретных цифровых принципов, с заменой точных механизмов на электронные блоки; замена мощных выходных каскадов и слож­ных механических антенн на антенные фазированные решетки; максимальное применение микроэлектронной базы (ИС, БИС, СБИС, микропроцессоров и др.); интенсификация теплоотвода; широкое применение малогабаритных комплектующих изделий (разъемов, тумблеров, кнопок, сигнальных ламп, плоских кабелей и т. п.) и др. Теперь к этим мероприятиям необходимо добавить еще одно — минимизация массы несущих конструкций.

Снижение массы РЭА, устанавливаемой на подвижных объек­тах, позволяет получить экономический выигрыш в результате транспортирования уменьшенной массы на различных видах транс­портных средств. Об основных методах снижения массы НК изло­жено в [4].

Технологичность конструкций. Технологичность конструкции яв­ляется одним из важнейших параметров изделия. ГОСТ 14.205—83 дает следующее определение этому термину: «Совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности опти­мальных затрат труда, средств, материалов и времени при техни­ческой подготорке производства, изготовлении, эксплуатации и ре­монте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении уста­новленных значений показателей качества и принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта». Согласно этому стандар­ту различают технологичность конструкции заготовки, детали, сбо­рочной единицы и по другим параметрам. Общие правила отра­ботки конструкции изделия на технологичность устанавливаются ГОСТ 114.201—83.

Стандартизация и унификация. Стандартизация — установле­ние и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех ^заинтересо- ванных сторон, в частности для достижения всеобщей оптималь­ной экономии при соблюдении условий эксплуатации (использо­вания) и требований безопасности (ГОСТ 1.0—85).

Л/Га I! Д cipi mjpivici J riuuyj iayi.liri-H_l_ti.riJJ Iiu ^шнда^шои-

ции устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объ­ект^ стандартизации и утвержденный компетентным органом. Стандарт разрабатывается на основе достижений науки, техники, передового опыта и должен предусматривать решения, оптималь­ные дия общества.

Стандарты в СССР подразделяются на следующие категории: государственные — ГОСТ, отраслевые — ОСТ, республиканские — РСТ, стандарты предприятий (объединений) — СТП. Стандарты являются обязательными в пределах установленной сферы их дей­ствия, Области и условий их применения. Разновидностями стан­дартизации являются ограничение (симплификация), типизация, агрегатирование и унификация.

Ограничение — сокращение общего количества типов из определенного ряда существующих объектов рассматриваемой совокупности. Ограничение уменьшает номенклатуру применяемых деталей, материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий и других разновидностей, увеличивая степень унифика­ции, тем самым повышает эффективность разработки и производства.

Типизация — разработка типовых конструкций или технологических процессов иа основе общих для ряда изделий (процессов) технических харак­теристик. Типизация получила широкое распростраиеиие в промышленности как для стандартизации типовых изделий общего применения, так и для стандар­тизации типовых технологических процессов и испытаний. Примером типизации является создание различных электронных устройств иа основе базовых несу­щих конструкций.

Агрегатирование — расчленение и конструктивное оформление оС-щих узлов, пригодных для использования в различных изделиях в виде функциональ­но законченных устройств, для изготовления которых может быть организовано специализированное производство. Предпосылкой агрегатирования является ба­зовый метод конструирования РЭА, основанный на принципах функциональной и размерной взаимозаменяемости, схемной и конструкторской унификации [1, 2]. Унифицированные модули, микромодули, ИС, БИС, функциональные узлы и блоки, применяемые при базовом методе, образуют унифицированные функци­ональные устройства, позволяющие создавать большое число РЭА различного назначения.

Унификация — установление рационального числа как действующих, так и разрабатываемых разновидностей объектов одинакового функционально­го назначения или решения конкретной проблемы. Унификация является одним из основных этапов стандартизации, направленных иа сокращение номенклату­ры объектов и, следовательно, на повышение их серийности и снижение трудо­емкости производства. Унифицированные изделия имеют наиболее высокое ка­чество.

Применение стандартизации в РЭА обеспечивает: минималь­ные затраты и сроки разработки новых видов РЭА; повышение на­дежности аппаратуры за счет применения унифицированных уст­ройств, неоднократно проверенных в эксплуатации; сокращение стоимости изготовления из-за применения прогрессивных техноло- i i.ituiHA ujjuiAaanjD и шл|)<1щсни>1 номенклатуры приспосоОлейии, режущего и контрольно-измерительного инструмента.

Широкий охват РЭА унификацией и стандартизацией позволя­ет значительно увеличить число однотипных применяемых деталей, узлов, сборочных единиц и других устройств, что резко сокращает затраты на их изготовление. В табл. 1.2 показано снижение) себе­стоимости изделия за счет увеличения программы выпуска/[8].

Уровень стандартизации и унификации разрабатываемой РЭА определяется количественными показателями — коэффициентами стандартизации, унификации и повторяемости. i

Коэффициент стандартизации изделия /Сст.и рассчитывается по формуле: Кст.и= (-Ест+Дст)/(£+Д), где Е и £_ст — общее количе­ство и количество стандартных сборочных единиц в изделии; Д и Дет — общее количество (без учета стандартного крепежа) и ко­личество стандартных деталей, не вошедших в сборочные единицы.

Коэффициент унификации /Су.и также определяется по указан­ной формуле, где вместо Е_ст и Д ст подставляются количества уни­фицированных сборочных единиц Е_у и деталей Д_у.

Коэффициент повторяемости К_п определяется по формуле: Кп = = 1—N_HfN_x, где Л/н — количество наименований типоразмеров сборочных единиц изделия и его деталей, не вошедших в состав сборочных единиц; >N_S — общее количество сборочных единиц и деталей (без учета стандартного крепежа) в изделии.

При разработке новой РЭА необходимо стремиться к тому, чтобы рассмотренные выше коэффициенты стандартизации, уни­фикации и повторяемости имели более высокие значения по срав­нению с аналогичными коэффициентами существующей аппара­туры.

Электромагнитная совместимость. Усложнение РЭА, создание многофункциональных радиотехнических комплексов и сосредото­чение большого числа аппаратуры в ограниченном объеме (ра­диорубка, кабина автомобиля, термоконтейнер искусственного спутника Земли и др.) вызывают проблему электромагнитной совместимости.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) — это способность радиоэлектронной аппаратуры одновременно функционировать в

Таблица 1.2. Снижение себестоимости изделия при увеличении программы выпуска Увеличение программы выпуска, число раз	1,05	1 .2	1,5	2	2,5	3	4	5	8	10	15	20	25	30	40	50
Снижение се- бестоимогтн изделия, % (без материалов)		6	, 12	19	24	28	34	39	'47	50	56	60	62	64	67	70

реальных условиях эксплуатации с треоуемым качеством при воз­действии на нее непреднамеренных радиопомех и не создавать не­допустимых радиопомех другим радиоэлектронным аппаратам (ГОЦТ 23611—79).

Непреднамеренная радиопомеха — создаваемая источником искусственного происхождения, не предназначенная для наруше­ния функционирования радиоэлектронной аппаратуры. Радиопоме­хи бывают межсистемные и внутрисистемные. Межсистемная -— непреднамеренная радиопомеха, возникающая между РЭА разных радиосистем. Внутрисистемная — непреднамеренная радиопомеха, возникающая между РЭА одной системы.

Электромагнитные помехи (ЭМП) создают, прежде всего, передающие уст­ройства РЭА, а также электротехнические устройства и электронные приборы, используемые в медицине и для научных исследований. Параметрами РЭА, вли­яющими на ЭМС, являются ширина полосы радиочастот, внеполосное, побочное, комбинационное, иитермодуляционное и паразитное радиоизлучения передатчи­ков и др.

Восприимчивыми к ЭМП являются приемные устройства, различные средст­ва электронной автоматики и вычислительной техники и др. Параметрами РЭА, искажаемыми ЭМП, являются побочный канал приема, блокирование, частот­ная избирательность, перекрестное искажение, восприимчивость радиоприем­ников и др. Определение указанных параметров дано в ГОСТ 23611—79.

Широкое внедрение радиоэлектроники в различные сферы про­изводства и потребления вызывает рост количества различной РЭА по экспоненциальному закону, что ставит проблему ЭМС на более высокий уровень. Однако разработчики и конструкторы не всегда принимают необходимые меры к обеспечению ЭМС аппа­ратуры и систем. Наиболее эффективные меры по обеспечению ЭМС должны приниматься иа самых ранних стадиях конструиро­вания новой РЭА и отдельных ее элементах.

Помехи распространяются по проводам (ПП) и по эфиру — помехи излучения (ПИ).

Рис. 1.4. Электромагнитные помехи в радиоаппарате

Основные пути образования ЭМП рассмотрим на примере радиоаппарата (рис. 1.4). Корпус 1 изготовлен из металла, однако через стенки его может из­лучаться энергия, т. е. он может быть источником радиопомех (ИРП). Также корпус через стенки может воспри­нимать энергию от внешнего источ­ника, т. е. являясь как бы приемни­ком радиопомех (ПРП). Он также мо­жет быть приемником ПП. Каждый кожух имеет ряд конструктивных эле­ментов: панели и крышки, сопрягаемые с кожухом с определенными зазорами; отверстия для охлаждения; элементы управления, выходящие из корпуса на- Ружу и другие, которые могут быть как ИРП, так и ПРП.

Антенный ввод 2 может быть ИРП и ПРП, распространяемых по прово­дам н по эфиру. Кабель питания 3 также может быть ИРП или ПРП, распро­страняемых по проводам.

Для обеспечения ЭМС при конструировании любой РЭА)необ- ходимо обращать внимание на выбор и расположение отдельных блоков, узлов и устройств, а также на элементы самой конструк­ции. При компоновке блоков, узлов и устройств необходимо знать методы заземления, обоснование применения фильтров и(их ха­рактеристики, взаимное расположение и разнос блоков с) учетом ориентации электромагнитных полей, критичность с точки зрения ЭМС, взаимное экранирование и изоляцию. )

При разработке РЭА необходимо правильно выбирать металл, сортамент его, вид покрытия, секционность конструкции, методы установки и размещения узлов, а также правильно конструиро­вать несущие конструкции, вентиляционные отверстия и устройст­ва; элементы установки кнопок, переключателей, тумблеров, инди­каторных ламп и других элементов, выходящих на переднюю па­нель; способы установки и заземления кабелей, разъемов и др.

Разработка новых НК с учетом ЭМС является достаточно слож­ной задачей, поскольку многие элементы их, особенно крепление обшивки, двери, передние панели, заглушки, крышки и т. п., тре­буют экспериментальной проверки. С применением БНК вопрос отработки ЭМС отпадает, поскольку они обладают определенным коэффициентом экранирования, который отработан и проверен на предыдущих этапах разработки.

Охраноспособность и патентная чистота. Ускорение научно- технического прогресса, являющегося важнейшей общенародной задачей, неразрывно связано с развернувшимся в стране мощным изобретательским и рационализаторским движением.

В современных условиях стоит задача создания новой техники на основе высокоэффективных и прогрессивных изобретений и от­крытий, что полностью относится и к разработке новых видов РЭА. Поэтому перед конструкторами РЭА стоит задача о правовой за­щите новых изобретений, закладываемых в аппаратуру, и о ис­пользовании в новой РЭА как отечественных, так и зарубежных научно-технических достижений.

Решение поставленной задачи производится: изучением суще­ствующего как отечественного, так и зарубежного патентного фон­да с целью использования его в разрабатываемой РЭА; выявлени­ем технических решений, впервые примененных в РЭА, которые обладают новизной, существенными отличиями и дают положи­тельный эффект, т. е. являются охраноспособными (патентоспособ­ными); проверкой патентной чистоты аппаратуры, направляемой в другие страны. Определение патентной чистоты осуществляется на основе патентных исследований, для чего производится эксперти­за патентной чистоты с составлением патентного формуляра [9].

Конструкторы, постоянно изучая отечественный и зарубежный патентные фонды, берут из них новое, прогрессивное и создают новую РЭА и НК, отвечающие высоким современным требовани­ям. "В результате появляются новые технические решения на уров­не изобретений, на которые выдаются авторские свидетельства.

Надежность. Под качеством продукции понимается совокуп- ностыее свойств, обусловливающая пригодность продукции для удовлетворения определенных потребностей в соответствии с ее назначением. Одним из свойств этой совокупности является на­дежность.

Надежность — свойство изделия сохранять во времени в уста­новленных пределах все параметры, характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002—83). Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения изделия и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказ­ности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработ­ки, под которой понимается продолжительность или объем работ.

Отказы по своему характеру делятся на внезапные и постепен­ные. Внезапный — отказ, характеризующийся скачкообразным из­менением значений одного или нескольких заданных параметров изделия. Постепенный — отказ, характеризующий постепенным изменением указанных выше параметров. Внезапные отказы обус­ловливаются скрытыми технологическими, конструкторскими и другими дефектами, постепенные — старением элементов, воздей­ствием окружающей среды и т. п. Внезапные отказы устраняют заменой отказавшего элемента или его ремонтом. Устранение пос­тепенного отказа возможно заменой, ремонтом отказавшего эле­мента или регулировкой соответствующего параметра.

К элементам, для которых преобладающими являются внезап­ные отказы, можно отнести: электрорадиоэлементы, в том числе и интегральные схемы; элементы проводного монтажа; сварные, паяные или термокомпрессионные соединения; разъемы; печатные платы, металлизированные отверстия их и др.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установлен­ной системе технического обслуживания и ремонта. Работоспособ­ное состояние — это состояние изделия, при котором все парамет­ры, характеризующие способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструк­торской документации. Предельное состояние такое, при котором Дальнейшее применение изделия по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его работоспособного сос­тояния невозможно или нецелесообразно.

Для повышения надежности применяют следующие меры.

1. Резервирование — применение дополнительных средств или возможностей ^с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов. Резервирование бывает общее, при котором резер­вируемым элементом является изделие в целом, и раздельное, при котором ре­зервируемыми являются отдельные элементы изделия или их группы.

2. Простота конструкции — основное требование, стоящее перед конструк­тором, гари котором: принципиальная, кинематическая или конструктивная схе­ма любого устройства должна быть простой, исключающей какие-либо неоправ­данные звенья, а каждый элемент схемы должен прямо выполнять заданные функции; каждая сборочная единица и деталь в наиболее полной мере/должны отвечать своему функциональному назначению или совмещать в себе несколько функций; необходимо стремиться, чтобы в деталях было минимальное количе­ство нерабочих поверхностей, не выполняющих никаких функций.

3. Надежная защита несущих конструкций и комплектующих элементов от воздействия внешней среды и внутренних перегревов.

4. Теоретические расчеты уровня надежности разрабатываемой РЭА, кото­рые должны быть подтверждены экспериментальными данными.

5. Проведение всесторонних испытаний образцов, подтверждающих полную работоспособность изделия при различных воздействиях окружающей среды.

Важным свойством повышения долговечности ремонтируемой аппаратуры является ремонтопригодность.

Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин воз­никновения отказов, повреждений, а также поддержанию и вос­становлению работоспособного состояния путем проведения тех­нического обслуживания и ремонтов.

При отказе аппаратуры суммарное время восстановления рабо­тоспособного состояния будет складываться из выполнения сле­дующих операций: обнаружение неисправности и отключение не­исправного блока, устройства; разборка конструкции для обеспе­чения доступа к неисправному участку и отыскание неисправного элемента; восстановление его работоспособности; сборка разоб­ранной конструкции; послеремонтная проверка, настройка и пуск изделия в работу. Следовательно, для обеспечения высокой ре­монтопригодности необходимо стремиться к сокращению времени всех указанных операций, что во многом зависит от конструкции РЭА.

Важную роль в обеспечении высокой ремонтопригодности иг­рают НК, поскольку они обеспечивают оперативный доступ к сменным узлам РЭА и удобство замены вышедшего из строя эле­мента с учетом наиболее неблагоприятных условий эксплуатации. Ремонтопригодность РЭА в значительной степени зависит от ус­ловий размещения ее на объекте, которое должно производиться с учетом всех факторов, способствующих успешной деятельности обслуживающего персонала.

Высокая ремонтопригодность самой РЭА характеризуется не­сложностью обслуживания, простотой и оперативностью опера­ций восстановительного ремонта. Наибольшая оперативность дос­тупа к сменным узлам достигается применением стоек и шкафов с секциями («этажами»), выдвигаемыми на телескопических на­правляющих, и блоков с ячейками, вставляемыми со стороны пе­редней панели.

Повышение ремонтопригодности производится за счет примене­ния роек, шкафов, корпусов приборов унифицированной конст­рукции с типовым расположением в них блоков, ячеек и других НК- $тому в полной степени отвечают БНК, которые находят ши­рокое ^применение во многих отраслях промышленности при раз­работке РЭА.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять показатели без­отказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и пос­ле хранения и транспортирования.

В тактико-технические требования на разработку новой РЭА вносятся числовые значения свойств надежности, которые необхо­димо учитывать при разработке конструкции.

Эргономика и техническая эстетика. С широким развитием но­вой техники в условиях научно-технического прогресса возникла необходимость приведения в соответствие конструкции изделий, их производство и выполняемые ими функции с трудовыми характе­ристиками человека. Эти вопросы объединяет новая наука — эр­гономика.

Эргономика — это прикладная наука, которая изучает чело­века и его деятельность в условиях современного производства с целью оптимизации орудий, условий и процесса труда. Основным объектом исследования эрогономики является система человек — машина — производственная среда (ЧМПС). Соблюдение эргоно­мических законов с самого начала разработки любого техническо­го изделия гарантирует повышение культуры производства, удоб­ство и эффективность человеческого труда, повышение потреби­тельской ценности промышленной продукции. Задачи эргономиче­ского подхода к организации трудовой деятельности человека оп­ределяются повышением производительности труда, развитием лич­ности и сохранением здоровья.

Современная эргономика в промышленности рассматривает ряд проблем, непосредственно связанных с системой ЧМПС. Ниже кратко рассмотрим те из них, которые относятся к конструирова­нию НК РЭА. Комплекты РЭА обычно собираются из различных приборов, стоек, шкафов, которые бывают как с панелями управ­ления, так и без них. В комплекты также входят различные пуль­ты управления, которые компонуются из панелей управления. При создании аппаратуры первого вида необходлэдо проектировать и учитывать: рабочее место, постоянно обслуживаемое оператором; панели управления с органами управления и средствами отобра­жения информации (СО); техническую эстетику. При разработке аппаратуры второго вида: рабочее место с учетом ремонтопригод­ности; техническую эстетику.

При проектировании пультов управления необходимо учиты­вать те же вопросы, что и при проектировании аппаратуры перво­го вида, которые рассмотрим ниже.

Рабочее место — это часть пространства, в котором человек осуществляет трудовую деятельность и проводит большую часть рабочего времени. Рабочее место, хорошо приспособленное к тру­довой деятельности человека, правильно и целесообразно органи­зованное в отношении пространства, формы и размера, обеспечи­вает ему удобное положение при работе и высокую производи­тельность труда при наименьшем физическом и психическом на­пряжении. Рабочее место должно проектироваться с учетом антро­пометрических данных человека, положения его тела во время ра­боты, рабочих движений и физических напряжений, возникающих в процессе трудовой деятельности. При этом необходимо напом­нить, что точность движения в положении сидя у операторов боль­ше, чем в положении стоя.

Промышленная антропометрия изучает взаимосвязи в системе «человек — машина — рабочее место», влияние размеров челове­ческого тела на эффективность труда и выдает проектировщикам данные, относящиеся к размерам человеческого тела. Поэтому кон­структор, разрабатывая рабочее место оператора, должен преж­де всего принимать во внимание основные размеры человеческого тела, т. е. иметь знания в области антропометрии.

Правильное положение тела во время работы такое, при ко­тором достигается малая статическая утомляемость, положитель­но влияет на состояние здоровья, качество работы и повышение производительности труда. Рабочие движения человека с инстру­ментом или элементом управления являются важнейшим факто­ром трудового процесса. Поэтому рабочее место человека и рас­положение на нем элементов управления должно обеспечивать фи­зиологически удобные движения.

Промышленное оборудование должно разрабатываться с уче­том физических способностей и возможностей. Рабочие операции не должны выполняться с избыточной силой. Сильно перегружен­ные мышцы быстро приводят к падению мышечной силы. Рука яв­ляется органом, с помощью которого выполняется работа. Поэтому при проектировании ручных инструментов, в частности ручек, ру­кояток, черенков и т. д., необходимо обращать внимание на фор­му, размеры и материал последних.

При проектировании рабочего места для аппаратуры второго вида необходимо также учитывать максимальные углы обзора как снаружи, так и внутри нее и необходимые подходы к аппаратуре для обслуживания и ремонтных работ.

Панели управления являются неотъемлемой частью пультов управления и приборов, постоянно обслуживаемых оператором. Панели управления должны располагаться так, чтобы оператор мог видеть со своего рабочего места всю панель и ему было удоб­но выполнять все необходимые операции управления. Компоновка индикаторов и органов управления на панели должна соответство­вать эргономическим принципам. Наиболее важным из них долж­на быть выделена на панели оптимальная зона. Поверхности па­нелей не должны быть блестящими, не должны отражать свето­вые лучи и ослеплять оператора.

Органы управления предназначаются для передачи управляю­щих воздействий от оператора к машине и играют роль связую­щего звена между ними. Они классифицируются по: участию части тела в перемещении приводного элемента — ручные, нож­ные и др.; времени и частоте использования — постоянного, пе­риодического или эпизодического действия; степени важности — основные, вспомогательные, аварийные; виду воздействия на ор­ган управления — дискретные и непрерывные; характеру управ­ляющих движений — линейные, поворотные, вращательные и сме­шанные; конструктивному исполнению — кнопки, клавиши, руч­ные переключатели, регуляторы, маховики, штурвалы, рычаги уп­равления, педали и др.

Орган управления состоит из приводного элемента и исполни­тельной части. Приводный элемент предназначается для приве­дения в действие исполнительной части органов управления, ко­торые бываю"" механического, электромеханического и других ви­дов.

Размеры и формы приводного элемента рассчитываются в со­ответствии с размерами и формой тех частей тела человека, с ко­торыми он соприкасается. При расчете конструктивных парамет­ров приводных элементов следует исходить из вида управляющих движений, типа захвата и возможности минимизации прилагаемых усилий, заданного диапазона точности, быстродействия и надеж­ности управляющего движения.

Средства отображения информации предназначаются для предъявления оператору данных, характеризующих состояние объекта управления или отдельных его параметров. Они классифи­цируются по: назначению информации — контрольные, предупре­дительные и аварийные; уровню динамичности — статические и динамические; числу операторов, пользующихся СО, — индиви­дуальные и коллективные; форме представления информации — шкалы приборов, таблицы, графики и диаграммы, символы, текст, сигнальные устройства, мнемосхемы, план-карта и др.

При проектировании СО важное значение имеют размеры зна­ков и шкал и оптимальная их компоновка. Для обеспечения хоро­шей читаемости знаков необходимо выдерживать оптимальные значения высоты знаков в зависимости от расстояния между опе­ратором и знаками, оптимальные соотношения между элементами знака, а также интервалы между ними. Для обеспечения легкости и быстроты отсчета показаний по шкалам необходимо выдержи­вать оптимальные соотношения между размерами штрихов шкалы и указателя и расстоянием от шкалы до оператора, а также цве­тового контраста между обозначениями и фоном шкалы.

Техническая эстетика — наука, изучающая социально-культур­ные, технические и эстетические проблемы формирования гармо­ничной предметной среды, создаваемой средствами промышлен­ного производства.

1ребования технической эстетики реализуются методами ху­дожественного конструирования, которые позволяют достигнуть: единства эстетического и функционально-технического решения оборудования; композиционного единства и гармонических форм всех элементов рабочего места; декоративности и гармоничности цветофактурного и цветотекстурного решения поверхностей в ус­ловиях определенного освещения (с учетом особенностей зритель­ного и тактильного восприятия); выразительности и декоративнос­ти объемных и накладных элементов (шильдиков, знаков и гра­фических обозначений); высокого качества изготовления видимых элементов формы оборудования (сочленения, стыки, швы, элемен­ты крепления и др.).

Форма прибора должна быть технически рациональной, прос­той, выразительной и экономически оправданной. С прибором, вы­полненным по законам технической эстетики, легче работать. Он вызывает к себе бережное отношение со стороны обслуживающего персонала, поэтому надежность такого прибора увеличивается. Для зрительного восприятия наиболее благоприятной является форма, у которой выдержаны- определенные соотношения разме­ров. Наиболее благоприятными считаются соотношения так назы­ваемого «золотого сечения», при котором большая часть отрезка является пропорциональной разнице между всем отрезком и его меньшей частью, т. е. А/В=В/(А—В) или £ = 0,618Л.

Во внешней отделке должны отсутствовать ничем не оправ­данные выступы и впадины, лишние изломы линий, случайные размеры, т. е. все то, что нарушает цельность формы. Петли, зам­ки, головки винтов и т. п. должны быть скрыты внутри прибора или по своему конструктивному исполнению только подчеркивать эстетическое единство частного и общего.

Цвет и интенсивность его тона вызывают различные физиоло­гические ощущения. Например, синие, голубые и зеленые тона ус­покаивают и вызывают чувство прохлады. Красные, оранжевые и желтые тона действуют возбуждающе и вызывают чувство теп­лоты. Голубые и зеленые тона создают ощущение большого прост­ранства. Красные и коричневые тона, наоборот, уменьшают объем помещения и создают известный уют. Серый цвет считается ней­тральным, вызывает наименьшую утомляемость зрения. Все это необходимо учитывать для создания современной РЭА и конст­руирования НК [10, 11].