1.3. Методы оценки уровня качества и суть системного подхода к проекти­рованию конструкций и технологии

Технико-экономический показатель (ТЭП)

ТЭП применяется для оценки качества и экономичности элементов прибора. Их делят на абсолютные и относительные. К абсолютным относятся размеры, стоимость, кинематические характеристики (мощность, скорость) и др. К относительным — те же абсолютные показатели, но отнесённые к единицам основного параметра (удельная мощность, удельное сопротивление, удельная стоимость и др.).

2.1. Организация проектирования и производства приборов и аппаратов. Конструкторские и технологические службы нии и предприятий

2.2. Виды работ при проектировании. Этапы и стадии разработки приборов и аппаратов

2.1-2.2 Методика проектирования

Процесс проектирования. Основные положения

Согласно ГОСТ 23501.101-87 «Система автоматизированного проектирования. Основные положения» проектирование — процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующего объекта на основе первичного описания этого объекта и (или) алгоритма его функционирования с оптимизацией заданных характеристик объекта, устранением некорректности первичного описания и последовательным представлением описания на различных языках (заданном языке).

Процесс проектирования включает три компонента:

- формирование идеи — установление пути решения поставленной задачи, в том числе выбора принципа работы изделия, его схемы, составных частей, для детали — ее элементов;

- конструирование — назначение материала, формы, размеров и точности изделия является результирующим компонентом процесса проектирования;

- расчет — определение и проверка значений параметров изделия, необходимых для обеспечения выполнения его функций с заданными показателями.

В процесс проектирования входят также разработка, изготовление и испытания макетов, опытных образцов или опытной партии изделий, необходимых для проверки и подтверждения соответствия изделия предъявляемым требованиям.

Действие или формализованная совокупность действий, часть проектной процедуры, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур, называется проектной операцией.

В процессе проектирования требуется выполнение операций формирования идеи, ее оценки, оптимизации варианта решения, изложения решения. Эти операции должны проводиться с учетом реальных возможностей. С практической точки зрения на деятельность проектанта налагаются следующие ограничения: ограничение методов разработки задачи, связанные с имеющимся объемом знаний и организационными возможностями их применения (сроки, кадры, вычислительная техника и наличие типовых программ, финансирование разработок); ограничения, связанные с производственными возможностями (номенклатура и наличие материалов, производственные мощности, оборудование и инструмент, производственный опыт, затраты); ограничения правовые (действующие нормы, стандарты, патенты, требования заказчика).

Процесс проектирования содержит ряд операций, которые подчиняются определенным закономерностям. Здесь имеет место логический подход к операциям проектирования. Эти операции (например, отыскания требуемой стандартной конструкции или стандартного элемента, вычислительные операции) выполняются с помощью вычислительной техники. Их можно конкретно описать и, составив алгоритм обработки информации, получить требуемый однозначный ответ.

Эвристический (вероятностный) подход к операциям проектирования находит применение в тех случаях, когда однозначное решение невозможно из-за большого количества вариантов или неопределенности исходных данных. При проведении таких операций могут быть привлечены эвристические программы вычислительной техники. В результате получаются вероятные решения и находятся их вероятностные оценки, что облегчает проектанту возможность принять некоторое однозначное решение.

В остальных случаях единственным критерием выбора решения является так называемая инженерная интуиция — способность устанавливать истину без применения логических приемов. По существу инженерная интуиция является неосознанной, замаскированной логикой, основанной на личном практическом опыте проектанта.

В соответствии со стандартом по степени применения технических средств различают проектирование: неавтоматизированное — все описания объекта или алгоритмов его функционирования осуществляет человек; автоматизированное — в результате взаимодействия человека и ЭВМ; автоматическое — все операции проектирования происходят без участия человека.

В последнем случае за человеком остается только функция выдачи «первичного описания» — формирование задания. Типовые программы автоматического проектирования широко применяются для определенных групп механизмов или деталей. Проектирование же сложных изделий пока возможно только с участием человека.

Проектные операции. Процесс обработки решения при проектировании состоит из ряда последовательных проектных операций. Блок-схема его изображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема процесса выработки решения

Конструкторско-технологическая база

Разработка конструкторской документации в НИИ ТП основана на применении конструкторско – технологических решений (КТР), прошедших полную отработку на этапах НИОКР, макетирования и изготовления технологических комплектов. Принятые КТР проходят полный комплекс испытаний по классам и видам аппаратуры. Применение в разработках предприятия опробированных и унифицированных КТР обеспечивает высокий конструкторско-технологический уровень разработок, их качество, надежность и преемственность с раннее выполненными разработками.

За десятилетия ведения разработок бортовой и наземной аппаратуры в НИИ ТП наработаны КТР, позволяющие оперативно и гибко обеспечить основу конструкции приборов с различными требованиями по их эксплуатации. К ним относятся:

- тонкостенные несущие конструкции и корпуса приборов из алюминиевых и титановых сплавов, выполняемые методом конструкционной и вакуумной пайки;

- алюминиевые и титановые гермоблоки с герметизацией мягкими припоями и лазерной сваркой;

- комплекс приемов по стабилизации размеров деталей их термической обработкой;

- СВЧ-приборы на основе тонкопленочной технологии, монтаж бескорпусных ЭРИ с последующей герметизацией;

- односторонние, двусторонние (размером до 400 x 400 мм), многослойные (до 26 слоев и размером до 160 x 280 мм) печатные платы (ПП) со сквозной металлизацией отверстий и склеиваемые пакеты ПП на универсальных рамках с эффективным теплоотводом и поверхностным монтажом РЭИ, а также прецизионные печатные платы с шагом проводников до 0,5 мм, пригодных для монтажа корпусной и бескорпусной элементной базы;

- гибридно-пленочные микросборки частного применения (ГИС);

- единичный и групповой монтаж высокоинтегрированной элементной базы;

- проектирование ПП, ГИС и изделий механообработки с использованием САПР, ориентированных на платформу IBM PC;

- заливка, обволакивание и герметизация элементной базы полимерными материалами;

- специальные защитные и декоративные гальванические и лакокрасочные покрытия;

- кабельно-жгутовые и моточные изделия.

Наряду с этим, НИИ ТП совместно с другими приборными предприятиями, постоянно ведет работы, направленные на освоение и внедрение в разработки предприятия новых КТР, позволяющих:

- увеличить срок активного существования аппаратуры;

- снизить габаритно-массовые характеристики;

- увеличить помехозащищенность и радиационную стойкость;

- обеспечить работу аппаратуры вне гермоотсека и в открытом космосе;

- повысить надежность разрабатываемой аппаратуры, а также сократить сроки проектирования, подготовки производства;

- повысить экологическую безопасность производства.

Особенности проектирования и оценки приборов

При проектировании приборов следует учитывать ряд особен­ностей в выборе материалов, формы и размеров деталей, назначении норм точности, применении методов расчета, особенностей связи между изделием и человеком-оператором, приемником выдаваемой прибором информации. Основное различие между приборами и машинами заключается в специфичности основных критериев ка­чества.

Так, при проектировании машин одним из основных крите­риев качества является соотношение между затраченной энергией и получаемой полезной работой — коэффициент полезного действия машины. Для прибора основным критерием качества является до­стоверность получаемой оператором информации, характеристика тех ее искажений, которые возникают при приеме, хранении, пере­работке и выдаче информации данным прибором.

Показатели точности прибора во всех случаях входят в основ­ные показатели его технического уровня и качества, а требуемая точность определяется назначением прибора.

К особенностям проектирования приборов относится нали­чие ряда технических ограничений, налагаемых на элементы при­бора при условии сравнительно малых размеров этих элементов. Так, например, ограничивается применение некоторых видов пере­дач (цепных, конических, зубчатых, червячных), подшипников, уплотнительных устройств, соединений (шлицевых, шпоночных) и др. Налагаются также ограничения на форму элементов, выдвигается требование упрощения конструкции деталей — исключаются при­ливы, бобышки, ребра, ступени, ограничивается применение некото­рых технологических процессов, например дуговой сварки, литья. Трудным становится обеспечение точности деталей, например обес­печение высоких степеней точности зубчатых передач. Имеются также и другие ограничения.

Одновременно появляется возможность применения конст­рукций, характерных только для малых размеров изделий — часо­вого зацепления в зубчатых передачах, пружинного привода, опор на кернах, направляющих на плоских пружинах, соединений кернением и др.

Сюда же относится специфический подход к выбору матери­ала. Так, например, в приборостроении зачастую находят примене­ние сравнительно дорогостоящие материалы — благородные ме­таллы и камни, гораздо шире применяются цветные металлы и специальные сплавы, керамика и стекло, пластмассы. Это связано в первую очередь с необходимостью обеспечить эксплуатационные характеристики деталей, к которым в ряде случаев предъявляют­ся очень высокие требования. Например, напряжения в опорах на кернах достигают значений около 2000...5000 МПа, которые до­пускаются только при применении в качестве материала опоры камней — рубина, корунда. Кроме того, доля стоимости материалов в себестоимости изделий приборостроения составляет 2... 10% по сравнению с 30...50% в машиностроении, и применение дорогостоящих материалов часто окупается их более высокими эксплуатационны­ми свойствами или их технологичностью.

Третьей особенностью проектирования приборов является спе­цифика обеспечения прочности.

В приборах расчетные полезные нагрузки незначительны, иног­да формально равны нулю, в то время как случайные, например, при транспортировке изделий, достигают значений, существенно влияю­щих на прочность деталей. Необходимо также предусматривать воз­никновение случайных нагрузок, вызванных воздействием опера­тора, небрежностью обращения (падением прибора) и др.

В связи с этим при проектировании приборов особенно важно обеспечение равнопрочности деталей, зачастую при наличии очень больших коэффициентов запаса прочности. Все это существенно влияет на назначение размеров деталей и выбор методик силовых и прочностных расчетов при оценке и сравнении их качественных показателей.

В целом ряде случаев в технической документации прихо­дится оговаривать специальные методы контроля прочности, напри­мер контроль прочности на вибростендах (теле- и радиоаппаратура), контроль падением изделия (микрометры с твердосплавными нако­нечниками) и т.п.

Кроме того, вследствие малого размера деталей приходится учитывать также влияние масштабного фактора — наличие капил­лярных сил, наложение концентраций напряжений у близкораспо­ложенных элементов, влияние дефектов микроструктуры и др.

Особое положение расчетов на прочность при проектировании приборов заключается также в том, что факторы прочности, напри­мер сопротивление усталости, износостойкость, релаксация напря­жений или ползучесть, должны учитываться как факторы сохране­ния точности, а следовательно, обеспечиваться своими специфичными нормами запаса.