21. Категории размещения на объекте

Как мы уже разбирали выше, одних климатических условий недостаточно, чтобы описать весь комплекс воздействий на аппаратуру. Указание объекта размещения тоже не достаточно. Например для стационарной РЭА, размещаемой в помещении, помещением может служит сарай, а может и подземный отапливаемый бункер с поддерживаемым микроклиматом. Поэтому категории размещения на объекте стандартизированы и пронумерованы. Существует пять категорий, которые могут иметь дополнительные категории. Номера, название и характеристика категорий представлена ниже.

Категория 1 - на открытом воздухе.

1.1 - для хранения и работы в помещении категории 4 и для кратковременной работы в других условиях, в том числе и на открытом воздухе.

Категория 2 - под навесом и на объектах, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от условий открытого воздуха .

2.1 - внутри изделия категорий размещения 1, 1.1, 2, но при условии исключения конденсации влаги.

Категория 3 - в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без кондиционирования.

3.1 - в нерегулярно отапливаемых помещениях (объектах).

Категория 4- в помещениях (объемах) с искусственным климатом.

4.1 - при кондиционировании или частичном кондиционировании.

4.2 - внутри промышленных отапливаемых зданий.

Категория 5 - в помещениях (объемах) с повышенной влажностью, приводящей к частой конденсации влаги на стенах и потолке.

5.1 - внутри изделий категории 5, но при условии исключения конденсации влаги.

Для летательных аппаратов с потолком полета, превышающим 1000 метров идет разбиение на группы в зависимости от высоты (см. табл.).

В задании на разработку аппаратуры должна быть указана категория исполнения и группа, которым соответствуют нормированные показатели климатических воздействий. В противном случае должны быть оговорены следующие показатели

- температура;

Таблица 1

- тепловые удары;

- влажность;

- давление;

Группы от потолка полета

- характеристики пыли;

- характеристики радиации;

Группа	Давле­ние, мм.рт.ст.	Высота над уровнем моря, км
а	525	2,4
б	450	3,5
в	400	4,3
г	200	9,4
Д	90	14,4
е	33	20
ж	15	26
3	5	34
и	1	45,8
к	10-1	63,6
л	10-3	91,7
м	10-6	200
н	10-9	Ср. космос
0	10-12	Дальний космос
п	10-13	Дальний УПРМПР

- гидростатическое давление.

Дополнительными показателями являются биологические воздействия, характеристики ветра и другие усложняющие требования.

Нормальными климатическими условиями принято считать следующие

- температура от 15 до 30 С;

- давление 630...800 мм.рт.ст.;

- относительная влажность 45...80% при 30 С;

- атмосфера без примесей химических веществ и пыли.

22. Общие свойства РЭА Независимо от специализации конструкция РЭА обладает рядом общих свойств. Эти свойства можно разбить на пять групп. 1. Функциональные связи: электрические Фэ; электоромагнитные Фэм; тепловые Фт; пространственные Фп; механические Фм. 2. Совместимость: пространственная Сп; весовая Св; электрическая Сэ; электромагнитная Сэм; эргономическая Счр: эстетическая Сэс. 3. Надежность: безотказность при воздействии вибрации Бв, ударов Бу, линейных ускорений Бу, сухого тепла Бт, холода Бх, влаги Бвл, брызг Ббр, химической среды Бхим, плесени Бпл, пыли и песка Бц, радиации Брад, барометрического давления Ббар; долговечность Д; длительность эксплуатации Дд; сохраняемость А; ремонтопригодность Р; ремонтопригодность по ЗИП Рзип. 4. Технологичность: по типизации Тт; по однородности Тк; по сборке Тр; по деталям и узлам собственного производства Тд; по материалам Тм. 5. Патентность: патентоспособность; патентная чистота. Охарактеризуем коротко каждую группу свойств РЭА. 1. Функциональные связи. Эти связи еще называют внутренними. Они являются неотъемлемым свойством РЭА и являются необходимыми, поскольку в противном случае нет РЭА, выполняющей заданные функции. Необходимые электрические связи Фэ отображены в схеме электрической принципиальной и определяются монтажными электрическими соединениями. Пространственные связи Фп определяются компоновкой, взаимным расположением частей конструкции и радиоэлементов. Например для оптопары крайне важно пространственное совмещение оптических осей излучателя и приемника. Механические связи : определяются элементами, обеспечивающих заданное Фп и Фм положение в пространстве или их траекторию движения. Могут появится элементы конструкции, выполняющие несколько функций одновременно, например печатная плата, выполняющая роль несущей конструкции и обеспечивающая электрические соединения. Пространственные и механические связи отображаются в схемах кинематических, на сборочных чертежах и чертежах деталей. Тепловые и электромагнитные связи Фг .Фэм чаще всего в аппаратуре являются нежелательными (это не говорит о том, что их нет). Для отображения этих связей документации нет, но они ограничены по верхнему пределу и могут быть отражены в задании на разработку РЭА или рассчитаны в пояснительной записке. Конструктор обязан убедиться, что при расчетной величине Фт , Фэм аппаратура будет функционировать и ее параметры будут оставаться в заданных пределах. 2. Совместимость. Эта группа свойств отражает внешние связи - с объектом •установки и с человеком, если аппаратура предназначена для работы с оператором. Совместимость определяет возможность размещения, закрепления и подключения аппаратуры на объекте. Например напольные часы прекрасно выполняют свои : функции дома или в учреждении, но постоянно носить их вместо наручных ; нереально, даже если они легкие - нет пространственной совместимости. Для отражения этих связей существуют габаритные и монтажные чертежи. Взаимодействие оператора с аппаратурой происходит посредством специально организованной части РЭА. В этом случае обязательно учитываются антропометрические характеристики и органы чувств человека. Человек-оператор выступает в виде объекта с вполне определенными характеристиками: размером, весом, развиваемым усилием, устойчивостью к внешним раздражителям, времени реакции, пропускной способностью и т.д. Совместимость Сэр учитывает условия эффективной работы оператора, снижения утомляемости и увеличения надежности системы человек-машина. Эстетическая совместимость Сэс определяет соответствие внешнего вида ' аппаратуры нормам психологического восприятия. 3. Надежность конструкции есть ее свойство сохранять во времени в " установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования [1, с.26]. Составляющие надежности безотказность Б, долговечность Д и сохраняемость А основаны на противодействии разрушительным физико-химическим и механическим воздействиям. Длительность эксплуатации Дд и ремонтопригодность есть свойства, обусловленные конструкторскими решениями, направленных на создание благоприятных условий для предупреждения, обнаружения и устранения повреждений. 4. Технологичность конструкции ест приспособленность к ограниченному расходованию трудовых, материальных и энергетических ресурсов при подготовке производства и промышленном выпуске изделий в заданном количестве по высшей категории качества (производственная технологичность), а также при техническом обслуживании и ремонте (эксплуатационная технологичность) . 5. Патентность - свойство технических разработок находится под охраной международного авторского права. Первое слагаемое патентности - патентоспособность, связано с возможностью патентования. То есть на данное техническое решение может или не может быть получен патент страны, в которую предполагается вести поставки изделия.

Патентная чистота - это отсутствие использования патентов, действующих на территории страны, в которую предполагается вести поставки изделия. Показатели конструкции Разрабатываемая РЭС или отдельные ее компоненты, должны отвечать тактико-техническим, конструктивно-технологическим, эксплуатационным, надежностным и экономическим требованиям. Все эти требования взаимосвязаны, и оптимальное их удовлетворение представляет собой сложную инженерную задачу. Конструкция любого назначения может быть охарактеризована показателями, отражающими ее свойства. Оценки конструкции могут быть качественными и количественными. Качественная оценка, как правило экспертная, т.е. оценка на основе опыта специалиста. Такая оценка эффективна на стадии проектирования, особенно на ранних ее этапах. Количественная оценка позволяет характеризовать степень удовлетворения тем или иным требованиям. Для этого выбирают показатели, впрямую или косвенно от которых зависят характеристики изделия. Показатели могут быть 1. Абсолютными. 2. Удельными. 3. Относительными. 4. Комплексными. К абсолютным показателям относят величины, характеризующие конструкцию: габариты, массу, надежность, потребляемая мощность, стоимость, длительность разработки, изготовления и т.д. К абсолютным показателям относятся также функциональные показатели, дающие представление о том, что делает устройство и насколько хорошо. Например, выходная мощность, коэффициент усиления, полоса пропускания, объем памяти, быстродействие и пр. Кудельным показателем конструкции относят коэффициенты, показывающие количество одного параметра, приходящееся на единицу другого. Например удельная масса (плотность), удельная мощность (на единицу площади или объема), плотность упаковки элементов и т. п. К относительным показателям относят коэффициенты, показывающие долю или процентное содержание параметра относительно одноименного параметра или группы одноименных параметров. Например коэффициент стандартизации или нормализации, коэффициент конструктивной компоновки, коэффициент автоматизации, коэффициенты технологичности и т.п. К комплексным показателям относят совокупность частных показателей, связанных между собой тем или иным математическим выражением. Например, сумма нормированных частных показателей.

23.

24. К удельным показателям качества конструкции относят удельные коэффициенты конструкций: плотность упаковки элементов на площади или в объеме, удельную мощность рассеивания на площади или в объеме (теплонапряженность конструкции), удельную массу (плотность) конструкции, величину истечения газа из объема конструкции (степень герметичности),

Удельные коэффициенты оценивают прогресс развития новых конструкций по сравнению с предыдущими аналогами и прототипами. Они выражаются как k=М/Ф и для каждого из типов радиоустройств или болков имеют конкретное выражение размерности величин. Так для антенных устройств, если для них в качестве основного параметра взять массу, удельный коэффициент kА=m/G кг/ед.усиления, где G - коэффициент усиления антенны; для передающих устройств kпер=m/Рвых кг/Вт, где Рвых - выходная мощность передатчика. Поскольку передающие устройства характеризуются большим количеством функциональных параметров (коэффициентом усиления, коэффициентом шума, полосой пропускания, выходной мощностью и др.), то функциональная сложность и качество выполняемых функций для микросборочных конструктивов может быть оценено количеством разработанных микросборок (nМСБ), тогда kпер=m/ nМСБ кг/МСБ. Аналогично можно рассчитать удельные коэффициенты и по отношению к другим материальным параметрам и получить для сравнения аналогов их величины, выраженные в см3/ед.усиления, см3/Вт, см3/МСБ, руб/ед.усиления, руб/Вт, руб/МСБ и т.п. Такие оценки наиболее наглядны и не требуют доказательств, что лучше а что хуже без всяких эмоций.

Плотность упаковки элементов на площади или в объеме оценивается следующими выражениями S=N/S и V=N/V, где N - количество элементов, S и V - занимаемые ими площадь или объем соответственно. Количество элементов определяется как N=NИС*nэ+nЭРЭ, где NИС - количество ИС в устройстве, nэ - количество элементов в одной ИС (кристалле или в корпусе), nЭРЭ - количество навесных электрорадиоэлементов в конструкции ячейки, блока, стойки. Плотность упаковки является главным показателем уровня интеграции конструктивов того или иного уровня. Так если для полупроводниковых ИС с объемом кристалла в 1 мм3 и количеством элементов в нем равным 40 единиц, ИС=40*103 эл/см3, то на уровне блока цифровых РЭС б=40 эл/см3. Происходит это за счет того, что кристаллы корпусируются, далее корпусированные ИС рзмещаются на плате с известным зазором и при компоновке ФЯ в блок опять-таки появляются дополнительные зазоры между пакетом ФЯ и внутренними стенками корпуса. Да и сам корпус имеет объем (объем стенок и лицевой панели), в котором нет полезных (схемных) элементов. Иначе говоря, при переходе с одного уровня компоновки на другой происходит потеря (дезинтеграция) полезного объема. Как будет сказано ниже, коэффициент дезинтеграции определяется отношение суммарного объема к полезному объему. Для блока цифрового типа он выражается как qV=Vб/NИС*VИС, где VИС - объем одной микросхемы (либо бескорпусной, либо корпусированной в зависимости от метода конструирования). Учтя это выражение, можно записать, что

б= (NИС*nэ )/(qV* NИС*VИС) =ИС/ qV , (2)

где ИС=nэ/ VИС - плотность упаковки элементов в ИС.

Как показано выше, в бескорпусных ИС цифрового типа малой степени интеграции эта величина составляет 40 тыс.эл./см3. При установке бескорпусных ИС в корпус, например IV типа, происходит увеличение объема примерно в 200 раз, а при установке корпусированных ИС на плату и далее компоновке их в объеме корпуса еще в 5 раз, т.е. суммарный коэффициент дезинтеграции составляет уже 103, при этом и получается б=40 эл/см3, что характерно для блоков III поколения РЭС цифрового типа.

Из выражения (2) следует, что конструирование цифровых устройств высокой интеграции требует от разработчика не только применения БИС и СБИС, но и достаточно компактной компоновки. Для конструкций аналоговых ЭС, где не наблюдается четко выраженных регулярных структур активных элементов, где их число становится соизмеримым или даже меньшим, чем число пассивных навесных ЭРЭ (обычно одну аналоговую ИС "обрамляют" до 10 пассивных элементов: конденсаторов вместе с катушками и фильтрами), коэффициенты дезинтеграции объема еще более возрастает (в 3…4 раза). Из этого следует, что сравнивать конструктивы разного уровня иерархии и различных по назначению и принципу действия нельзя, т.е. этот показатель качества для всех ЭС не является универсальным. К тому же добавим, что если в одной компактной конструкции применили ИС малой степени интеграции (до 100 элементов на корпус), а в другой - плохо скомпоноввнной, но на БИС, то может оказаться по этому показателю, что вторая конструкция лучше, хотя явно видно, что она хуже. Поэтому в случае применения элементной базы разной степени интеграции сравнение конструкций по плотности компоновки неправомерно.

Таким образом, плотность упаковки элементов в объеме конструктива является действительной оценкой качества конструкции, но пользоваться этим критерием для сравнения надо грамотно и объективно.

Удельная мощность рассеивания определяет тепловую напряженность в объеме конструктива и рассчитывается как Руд.расс=Ррасс/V, где Ррасс(0,8…0,9)Р для цифровых регулярных структур. В аналоговых, в особенности в приемоусилительных ячейках и блоках, мощности рассеивания и теплонапряженности невелики и тепловой режим обычно бывает нормальным и с большим запасом по этому параметру. В устройствах цифрового типа это, как правило, не наблюдается. Чем выше требования на быстродействие вычислительных средств, тем больше величина потребляемой мощности, тем выше теплонапряженность. Для РЭС на бескорпусных МСБ эта проблема еще более усугубляется, так как объем при переходе от III к IV поколению уменьшается, как было отмечено выше, в 5…6 раз. Поэтому в конструкциях блоков цифрового типа на бескорпусных МСБ обязательным является наличие мощных теплоотводов (металлических рамок, медных печатных шин и т.п.) В некоторых случаях в бортовых РЭС применяют и системы охлаждения, выбор типа которых проводится по критерию удельной мощности рассеивания с поверхности блока (Руд.расс=Ррасс/S, Вт/см2). Для блоков цифрового типа III поколения допускаемая тепловая напряженность составляет 20…30 Вт/дм3 в условиях естественной конвекции и при перегреве корпуса относительно среды не более, чем 40 ОС, а для блоков IV поколения порядка 40 Вт/дм3 и более.

Удельная масса конструкции выражается как m=m/V. Этот параметр ранее считался за главный критерий оценки качества аппаратуры и далее было условное деление конструкций на "тонущую РЭА" (m>1 г/см3) и "плавающую РЭА" (m<1 г/см3). Если конструкция была тонущая, то считали, что она компактна и хорошо скомпонована (мало воздуха и пустот в корпусе). Однако с появление IV поколения конструкций РЭС, где преобладающей долей массы являлись металлические рамки и с более толстыми стенками корпус (для обеспечения требуемой жесткости корпуса при накачке внутрь его азота), даже плохо скомпонованные ячейки оказывались тонущими. И чем больше и впустую расходовался металл, тем более возрастал этот показатель, переставший отражать качество компоновки и конструкции в целом. Поэтому для сравнения качества конструкций по этому критерию отказались, но он оказался полезным для решения другой задачи, а именно, распределение ресурса масс в конструктивах.

Величина истечения газа из объема конструкции оценивает степень ее герметичности и определяется как

D=Vг*р/ , (3)

где Vг - объем газа в блоке, дм3;

р - величина перепада внутреннего и внешнего давления (избыточного давления) в блоке, Па (1 Па=7,5 мкм рт.ст.);

- срок службы или хранения, с.

Для блоков с объемом Vг=0,15…0,2 дм3 в ответственных случаях при выдержке нормального давления к концу срока службы (8 лет) требуется D=6,65*10-6 дм3*Па/с (или 5,5*10-5 дм3*мкм рт.ст/с), в менее ответственных случаях полная вакуумная герметизация не обеспечивается и степень герметичности может быть уменьшена до значения 10-3 дм3*мкм.рт.ст/с.