2.2. Система базовых несущих конструкций модулей рэа

При построении системы НК РЭА важное значение приобре­тает типизация и унификация, которые являются основными ме­тодами стандартизации. Типизация заключается в рациональном сокращении видов объектов путем установления некоторых типо­вых, выполняющих большинство функций объектов данной сово­купности и принимаемых за основу (базу) для создания других объектов, аналогичных или близких по функциональному назначе­нию. Поэтому этот метод часто называют методом базовых кон­струкций, где под БНК понимают НК, габариты которой стандар­тизованы [19].

С помощью метода БНК определяются конструкции, наиболее характерные и оптимальные для рассматриваемого класса РЭА при разработке конкретного устройства или комплекса устройств. Объект типизации может претерпевать некоторые частичные из­менения или доработки для выполнения определенных заданных функций. Метод базовых конструкций обеспечивает сохраняемость только отдельных объектов из возможной совокупности. Другими словами, этот метод распространяется на малое количество объ­ектов большого числа функций.

Большой технико-экономический эффект метода базовых кон­струкций заключается в следующем: при разработке новых уст­ройств используется проверенная базовая конструкция, исключаю­щая поиски возможных решении и возможные ошибки; обеспечи­вается большая преемственность в производстве устройств, соз­данных на одной базе; значительно ускоряется подготовка произ­водства и снижаются расходы на ее выполнение; намного облегча­ются условия эксплуатации и ремонта устройств, имеющих много общих конструктивных элементов; вокруг типовых (базовых) из­делий легко могут создаваться различные модификации (типовые ряды) путем некоторых изменений типового изделия. Применение метода базовых конструкций непосредственно связано с унифика­цией изделий и с последующей их стандартизаций, например, кор­пусов блоков аппаратуры.

Унификация — метод стандартизации, заключающийся в ра­циональном сокращении существующей номенклатуры объектов путем их отбора или создания новых объектов широкого примене­ния, выполняющих большинство функций объектов данной сово­купности, но не исключающих использование других объектов аналогичного назначения. Универсальность метода унификации проявляется в том, что он не исключает использование других объектов аналогичного назначения. Практическое применение ме­тода унификации может осуществляться на разных уровнях и в различных аспектах деятельности: внутрипроектной, межпроект­ной, отраслевой, межотраслевой и др.

Унификация, как метод стандартизаций, обладает следующими признаками: единообразие в конструктивном исполнении различ­ных устройств; функциональная законченность устройств; подчи­нение основных параметров устройств общим требованиям или подчинение основных параметров ряда определенному закону; воз­можность использования унифицированных изделий в составе раз­личных устройств или систем различного функционального назна­чения, т. е. определенная универсальность; обеспечение взаимоза­меняемости иа различных конструктивных уровнях с учетом нали­чия единых габаритных, установочных и присоединительных раз­меров. Унификация приводит к сокращению номенклатуры изде­лий в пределах устройства, класса устройств или целых групп. Она неразрывно связана с наличием одинаковых или кратных базовых установочных и присоединительных размеров.

В настоящее время наблюдается тенденция системного подхо­да к решению задачи создания БНК микроэлектронной аппарату­ры. Одним Iг:; основных вопросов разработки системы БНК явля­ется вопрос о формировании ее структуры, которая определяет внутреннюю организацию системы, а также установление уров­ней соотнесения элементов структуры. При этом каждый уровень должен иметь присущие ему характеристики, а элементы, соотне­сенные с ним — вполне определенные признаки.

Наиболее распространенные системы НК используемые для компоновки радиоаппаратуры, рассмотрены в [1, 2, 17, 18] и гра­фически предоставлены на рис. 2.6—2.9. Для удобства некоторые Данные о системах НК сведены в табл. 2.1. Анализируя данные таблицы, следует отметить разнобой в терминологии, различное

Рис. 2.6. Система несущих конструкций ЭВМ:

/ — микросхема; 2 — ячейка; 3 — панель; 4—блок; 5—рама; 6—стойка; 7 — тумба; 5 — пульт

количество уровней компоновки и отсутствие их четкой формули­ровки, различный состав элементов НК и соотнесение их по уров­ням. Некоторые системы НК вообще не имеют таких соотноше­ний. В состав систем включены разнохарактерные с функциональ­ной точки зрения изделия. Смысловое содержание элементов от­дельных уровней различное. Например, в один и тот же уровень включаются каркас и блок, кожух и стойка, т. е. не дифференци­руются функциональные и чисто конструктивные элементы, хотя

Рис. 2.7. Система несущих конструкций РЭА:

J — комплектный вставной блок; 2 — частичные вставные блоки; 3 — кожух для частичных вставных блоков, 4 — кож.ух для комплектного вставного блока, 5—блочный каркас; в — •стойка; 7 — лцит

Piic. 2.8. Система несущих конструкций измерительных приборов:

/ — настольный корпус с набором малогабаритных блоков; .2 — установка комплексных блоков «прибор на прибор»; 3 — корпус комплект­ных настольных блоков: 4—корпуса блоков стоечного исполнения; 5 — корпус малогабаритного осциллографического блока; 6—настол^дьгй шкаф с набором блоков: 7 — корпуса ветапных блоков; Я - передвижной шкаф с набором блоко

в

QB В

В

V

Рис. 2.9 Система несущих конструкций РЭА (ГДР):

/ — печатная плата; 2 — ячейка; 3 —частичный вставной блок; 4 — комплектный вставной Олок; о — блочный каркас; 6 — кожух для настольно-щнтовых приборов; 7— стойка; 8— Шкаф; 9~ щитовая секция

только последние должны входить в систему БНК. Обобщая эти системы можно разработать унифицированную систему БНК. При этом следует пользоваться рядом основных принципов.

Первым принципом построения системы БНК является прин­цип входимости элементов низших уровней в высшие. Можно вы­делить семь основных уровней входимости элементов, имеющих следующие компоновочные признаки. Элементы унифицированной системы БНК нулевого уровня изготовляются без привлечения тех­нологических операций монтажа и сборки. Это бескорпусные ра­диоэлементы (кристаллы ИС, транзисторов и диодов, нитяные иоТаблица 2.1. Системы несущих конструкций

Наименование

Уровни несущих конструкций

Пятый

Второй

Третий

Первый

Нулевой

Четвертый

Аппаратура ра дяоэлектрошгая. Основные размеры блоков

Блок частичный вставной (БЧВ)

Блок комплектный вставной (БКВ). Каркас блочный

Кожух для БЧВ.

Кожух для БКВ.

Стойка (шкаф). Щи

т

ЕС ЭВМ. Уровни конструктивных

Стойка. Тум­ба. Пульт

Панель

Рама

модулей

Корпус ИС. Элек троэлемент. Спе­циальный элемент

Типовой элемент замены (ТЭЗ

)

Агрегатированные комплексы прибо­ров и средств ав­томатизации. Си стема УТК- Основ ные размеры

Платы монтаж­ные. Вспомога­тельные детали и сборочные едини цы для комплек­тации изделий дру­гих порядков

Рамки защитные. Платы монтажные. Каркасы частичные (базовые, встав ные, приборные)

Каркасы базовые второго уровня. Каркасы (блочные, комплектные). Контейнеры (на­весные, встраивае­мые)

Каркасы базовые

третьего уровня. Кожуха. Стойки.

Шкафы. Секции

щитов, пультов Стол

ы

Агрегатированные комплексы прибо ров и средств ав томатизации Си стема УТК. Основ­ные размеры

Каркас частичный

Плата монтажная вдвижная

Блочный каркас Каркас комплект­ный

Кожуха (настен­ный, встраивае­мый) Стойки (ста­ционарная, пере­движная, настоль­ная). Шкаф (на­польный, настен­ный). Тумба. Стол. Подставка. Секции пультов щито

Наименование	Уровни несущих конструкций
	Нулевой	Первый	Второй	Третий	Четвертый	Пятый
Шкафы и корпуса блоков электроиз­мерительных при­боров. Система конструкций шка­фов н корпусов блоков			Корпуса многога­баритных блоков (общего назначе­ния, осциллографи- ческие)	Корпуса комплект­ных блоков (на­стольные с набо­ром малогабарит­ных блоков стоеч­ного типа)	Шкафы (с набо­ром блоков, на­стольные, пере­движные) . Уста­новка комплектных блоков
Агрегатированная система атомного приборостроения (АСАП)	Плата	Блок частичный	Каркасы. Кожуха. Блок комплектный. Блок вентиляторов	Стойки
Оборудование элекроизмеритель- ное		Плата печатная	Каркас блока ча­стичного	Каркас блочный переходный	Корпус стойки (шкаф)	—
Каркасы, кожуха и корпуса	-		Каркас блока ком­плектного	Кожух подвесной	Каркас пульта. Каркас стола. Ко­жух
Система типовых конструкций. Элек­тронные приборы. Предложения по стандартизации (ГДР)	Плата монтажная. Блок частичный вставной, незащи­щенный	Блок частичный вставной, защи­щенный	Каркас блочный. Каркас комплект­ный вставной	Кожух для на­стольных блоков. Стойка. Шкаф. Секция щитовая

пленочные резисторы, пленочные и электролитические конденса­торы без индивидуальной герметизации). Элементы нулевого уров­ня компонуются на элементах первого уровня. Это подложки гиб­ридных ИС и МСБ, крышка и основание с выводами корпуса ИС и МСБ. В качестве крышки и основания корпуса ИС и МСБ мо­гут быть использованы непосредственно подложки, между кото­рыми устанавливается керамическая рамка, которая также отно­сится к элементам первого уровня. К элементам нулевого уровня относятся также всевозможные упоры, втулки, ловители, невыпа- даюшие винты, одиночные пистоны, рамки ячеек, теплопроводя- щие металлические шины и тепловые трубки, а к элементам пер­вого уровня — контакты для осуществления оперативного контро­ля. Элементы первого и тем более нулевого уровня непосредствен­но не участвуют в формообразовании изделий.

Элементы второго уровня служат для компоновки на них эле­ментов первого и нулевого уровней. Как минимум одной из своих плоскостей они участвуют в формообразовании изделий. К этим элементам относятся печатные платы на изоляционном или метал­лическом основании, разъемы, гибкие печатные кабели и прижим­ные скобы для этих кабелей, колодки для контроля и т. п. Если изделие содержит только одну печатную плату, например, кальку­лятор, то в формообразовании изделия принимают участие все плоскости, образующие объем данного конструктивного уровня.

Элементы третьего уровня предназначены для компоновки на них элементов второго и первого уровня и имеют вспомогатель­ные формообразующие признаки комплектов оборудования. К эле­ментам этого уровня относятся каркасы блоков, панелей, рам, корпуса и кожуха блоков, устанавливаемых в стойки, стеллажи и контейнеры.

Элементы четвертого уровня служат для компоновки на них элементов третьего и второго уровней. Они имеют самостоятель­ные формообразующие признаки, являющиеся основными в фор­мообразовании МЭА. Комплект элементов четвертого уровня (груп­повое, функционально связанное сочетание) образует элемент пя­того конструктивного уровня. Это может быть конструктивная реа­лизация такого комплекса МЭА, как шкафы и пульты вычисли­тельной машины, радиолокационной станции и т. п. Элементы пя­того уровня представляют собой радиотехнический отсек либо ап­паратурное закрытое помещение.

На основании вышеизложенного можно установить схему вхо­димости элементов унифицированной системы БНК различного уровня друг в друга, которая приведена на рис. 2.10.

Применение системы БНК по уровням на примере ЕС ЭВМ да­но в табл. 2.2. Здесь же приведены предложения авторов [50] по контрольно-измерительной аппаратуре (КИА) и наши предложе­ния для унифицированной системы БНК- Следует отметить, что функциональные элементы в уровни унифицированной системы БНК не включаются, за исключением бескорпусных радиоэлемен­тов, где конструкцию невозможно отделить от функционального

Рис. 2.10. Схема входимости элементов унифицированной системы базовых не­сущих конструкций:

о — микросхема бескорпусная, в корпусе и МСБ; 1 — ячейка; 2 — блок; 3 — шкаф и пульт; » — комплект шкафов, тумб и пультов; 5 — радиотехнический отсек

Таблица 2.2 Система базовых несущих конструкций Уровень разукруп­нения	ЕС ЭВМ	Контрольно-измерительная аппаратура	Модульная РЭА
Нулевой	—	—	Бескорпусные и корпус ные ИС, ЭРЭ и МСБ
Первый	Корпус микросхе­мы, ЭРЭ, специ­альный ЭРЭ	Корпус микросхемы, кор­пус ЭРЭ, корпус специ­ального ЭРЭ	Корпус, рама ячейки, кассеты
Второй	Типовой элемент замены	Плата	Корпус, каркас, кожух блока
Третий	Панель	Каркас частичного блока	Стеллаж, корпус стойки, пульта, тумбы и шкафа
Четвер тый	Рама	Каркас бескомплектного блока	Конструкция радиоэлек­тронного устройства
Пятый	Стойка, тумба, пульт	Корпус шкафа, пульта	Конструкция радноэлек тронного комплекса

элемента. Для оценки различия между элементом соответствующе­го уровня унифицированной системы БНК и соответствующим ему уровнем компоновки в табл. 2.2 приведены наименование уровней разукрупнения, в которые входят соответствующие уровни элемен­тов конструкций. Эти уровни компоновки совместо с элементами унифицированной системы базовых конструкций и образуют мно­жество конструктивов. Принцип входимости конструктивов отра­жен на рис. 2.10.

Вторым принципом, на основе которого должно осуществляться построение унифицированной системы базовых конструкций, явля­ется принципом вариантности. Для осуществления множества тре­бований, предъявляемых к МЭА, необходимо применять большое количество различных компоновочных решений. В то же время различные компоновочные решения должны обеспечиваться ис­пользованием минимального количества конструктивных состав ляющих элементов (профили, уголки, стяжки и т. п.).

Наиболее рациональным решением этого противоречивого воп­роса является создание унифицированной системы БНК с широ­кой вариантностью компоновки, что позволяет на основе ограни­ченного количества базовых элементов получить неограниченное количество компоновочных решений МЭА. В настоящее время про ектировщики МЭА пытаются решить этот вопрос с позиций комп­лексного охвата всех конструктивных элементов и их типовых компоновок. Широкая вариантность компоновки должна быть за­ложена в решении любой системы конструктивных элементов, как это, например, выполнено в серии стандартов ГДР (рис. 2.9)

.

ЮТ ^

/£71

Рис. 2.11. Варианты построения аппаратуры

Третьим принципом построения унифицированной системы БНК является принцип размерно-модульной координации. Основные размеры выражают числовые значения геометрической характерис­тики изделия и, в частности, его формы (габаритные, установоч­ные и присоединительные размеры). Они служат в качестве сред­ства формирования БНК как в конструктивном, так и в эрго­номическом отношении. В первом случае главной задачей при оп­ределении размеров является обеспечение совместимости и пре­емственности БНК, во втором — достижение композиционной фор­мы изделий, соответствие их антропометрическим характеристикам человека-оператора, а также архитектурным элементам, в кото­рых размещается аппаратура. Исходя из этих условий и следует рассматривать в сравнительном варианте основные размеры БНК. При этом основные размеры должны определяться на основе при­менения единого размерного ряда с учетом эргономических фак

­

торов. В общем случае ряды размеров представляют собой рацио­нальную систему градаций, построенную на основе единого раз­мерного модуля и отвечающую потребностям производства и экс­плуатации МЭА, а также допускающую возможность развития па­раметрического ряда в направлении его увеличения или 'уменьше­ния. Таким образом, размерно-модульная координация или мо­дульность МЭА проявляется двумя стандартизуемыми характерис­тиками, размерностью модуля и рядом размерных чисел.

При разработке МЭА кроме задачи оптимального построения изделия решаются задачи поиска оптимальной композиционной схемы изделия, уточнения объемно-пространственной структуры в целом и ее проявлений вовне, т. е. в очертаниях, членениях и по­верхности внешней формы, выявляются главные и подчиненные элементы композиции. В результате композиционной отработки изделие перестает быть механическим соединением различных функционально-конструктивных модулей и превращается в единое целое. Поэтому при создании унифицированной системы БНК не­обходимо закладывать в систему конструктивных элементов их гармонизацию в стандартных сочетаниях [7] и решать вопросы соответствия размеров аппаратуры масштабам человека-операто­ра, т. е. модульная координация размеров должна обеспечивать не только простую соизмеримость входящих в систему числовых значений, но и строиться с учетом антропометрии, устанавливаю­щей основные статистические и динамические характеристики ра­бочей зоны оператора в положении «сидя» и «стоя».

В настоящее время разработано несколько систем конструк­тивных элементов на базе геометрического модуля 20 мм в соот­ветствии с рекомендациями СЭВ и МЭК Исходя из принципа входимости блоков выбираются размеры стоек и шкафов. Наибо­лее полно этот принцип реализован в ОСТ 4ГО.410.231—85, здесь размеры стойки выбираются кратными размерам основного моду­ля блока с учетом запасов на зоны коммутации.

При выборе конкретных размеров габаритов стоек иногда при­меняют принцип компенсационного размера. Это позволяет при кратной компоновке стоек различными по размерам блоками по­лучать постоянные размеры стоек по высоте, числовые значения которых взяты из единого размерного ряда. Принцип входимости необходимо использовать и при выборе размеров печатных плат. Однако использование в качестве размерного модуля 20 мм при­водит в данном случае к неоправданно большим размерам зон коммутации блока, что ухудшает такой важный параметр МЭА, как плотность упаковки. Поэтому для печатных плат в качестве размерного модуля выбирается модуль, кратный шагу координат­ной сетки и равный 5 мм. Размеры печатных плат регламентиру­ются нормативно-технической документацией и составляют нес­колько сот типономиналов. При проектировании МЭА [2] исполь­зуется более узкий ряд типоразмеров: 140X150, 140x240, 150Х Х200, 170X75, '170X110, 170X120, 1170X130, 170X150, 170X160, 170X200 мм. Однако в последнее время наметилась тенденция зна­чительного сокращения этого ряда типоразмеров. При этом пред­лагается базовую сторону печатной платы, вдоль которой распола- гаются\концевые контакты выполнять одного размера — 170 мм. Исключение делается только для аппаратуры ЕС ЭВМ, где приме­няются печатные платы только одного типноминала с базовой стороной ^40 мм. Размеры боковых сторон печатных плат с ба­зовой стороной 170 мм составляют: 75, 110, '150, 200, 240 и 280 мм.

На печатные платы устанавливают ЭРЭ, в том числе корпус­ные или бескорпусные ИС и МОБ. Размеры этих элементов так­же характеризуются своей модульностью. Причем размерный мо­дуль для этих элементов выбирается равным 0,5 мм.

В нормативно-технической документации регламентируются пять типов корпусов ИС [52]. Из них типы 1, .2, 4 и 5 являются прямоугольными параллелепипедами, а тип 3 имеет форму ци­линдра. Корпус типа 1 имеет штырьковые цилиндрические выво­ды, расположенные на нижней грани параллелепипеда — дне корпуса, образованной большим и меньшим либо средним и мень­шим ребрами параллелепипеда. Корпус типа 2 отличается от кор­пуса типа 1 способом осуществления выводов. Здесь выводы кре­пятся в боковых гранях корпуса горизонтально, а затем после формовки принимают вертикальное положение. Выводы можно отформовать черезрядным способом, они также могут располагать­ся по всем четырем сторонам корпуса. Круглые корпуса типа 3 мо­гут иметь две разновидности, отличающиеся количеством выводов и высотой. Корпуса типа '4 имеют планарные выводы. Для увели­чения количества планарных выводов их можно располагать по всем четырем сторонам корпуса ИС. Корпус типа 5 в качестве выводов использует луженые площадки.

Размерный модуль для таких корпусов выбирается равным 0,5 мм. В МСБ применяют бескорпусные ЭРЭ, размерный модуль которых составляет 0,05 мм. Таким образом, размерно-модульная координация наблюдается во всех элементах конструкций РЭА, а система базовых несущих конструкций первого — третьего уровней опирается на следующую систему размерных модулей: 2,5; 5 и 20 мм.