1.12. Методы обеспечения технологичности конструкции рэс

К основным конструкторским методам обеспечения технологич­ности относятся: 1) использование наиболее простой и отработан­ной в производстве конструкторской иерархии (базовой конструк­ции); 2) выбор размеров и формы компонентов, деталей и узлов конструкции с учетом экономически целесообразных для заданных условий производства способов формообразования, при этом учитывается, что прогрессивные способы формообразования, используемые в массовом и серийном производстве, позволяют уменьшить материалоемкость изделий за счет уменьшения толщи­ны элементов конструкции и сокращения отходов; 3) уменьшение числа уровней разукрупнения конструкций РЭС и выбор их формы и размеров с учетом унифицированной оснастки и стандартного оборудования; 4) уменьшение номенклатуры исполь­зуемых материалов и полуфабрикатов; 5) уменьшение применения дефицитных или токсичных материалов, драгоценных металлов; 6) обоснованный выбор квалитета точности, шероховатости по­верхности, установочных и технологических баз; 7) конструктивная и функциональная взаимозаменяемость узлов, минимизация числа подстроечных и регулировочных элементов (особенно с механичес­кой подстройкой); 8) контролепригодность и инструментальная доступность элементов, деталей и узлов (в том числе подстроеч­ных), особенно при автоматизированном и механизированном изготовлении. Иерархичность является одним из важнейших способов повы­шения технологичности конструкции и обусловлена следующими технологическими соображениями.

Таблица 1.7

Отношение объема узла V_y к полезному объему V_n элементов более низкого уровня иерархии для ЭВМ БС-1022

ИС	Типовой элемент замены (ТЭЗ)	Панель	Рама	Стойка	ЭВМ
630	25	2	2	1,6	8

1. При увеличении степени интеграции ИС сверх экономически целесообразной резко растет процент брака и соответственно стоимость производства; часто принимают, что допустимый процент выхода годных вновь запускаемых в производство интегральных схем должен быть не ниже 10%. При более низком проценте выхода годных ИС следует снизить степень интеграции ИС и для их объединения усложнить конструкторскую иерархию.

2. При разделении всей конструкции на отдельные конструктив­но законченные части появляется возможность организовать одновременное изготовление отдельных частей и тем самым сократить длительность общего цикла изготовления; кроме того, создаются условия для разбраковки на уровне отдельных узлов.

3. Облегчаются доступ к отдельным частям конструкции при изготовлении и ремонтопригодность при эксплуатации.

Характер конструкторской иерархии определяется: экономичес­ки целесообразной функциональной сложностью РЭС и числом уровней разукрупнения РЭС, общим числом объединенных узлов (ячеек, блоков, шкафов); характером конструкторско-технологических решений, принятых для данного вида иерархии. Конструктор­ская иерархия позволяет улучшить технологичность конструкции путем сокращения числа уровней разукрупнения, их типизации и унификации, организации хорошо оснащенных специализирован­ных производств, типовых ТП для каждого уровня, автоматизации конструирования и изготовления с использованием ЭВМ и робо­тов. Однако конструкторская иерархия приводит к потере плот­ности компоновки (см. табл. В.2 и 1.7), увеличению массы, габа­ритов и стоимости РЭС (необходимы дополнительные работы по сборке и электромонтажу конструкции), снижению надежности из-за введения дополнительных несущих и монтажных элементов.

При разработке конструкции должны учитываться особенности ТП, особенно высокопроизводительных. Форма, размеры, точ­ность изготовления, шероховатость поверхности деталей и узлов выбираются с учетом особенностей используемых ТП. Так, при за­дании допусков на литые керамические или ферритовые детали не обходимо учитывать усадку при обжиге, колебания которой могут достигать несколько процентов. Если проводится пайка нескольких последовательных участков одного проводника, то пайка последующего участка должна осуществляться более легкоплавким припоем во избежание нарушения предыдущих паек или необходимо осуществлять теплоотвод от мест преды­дущей пайки. Для деталей, получаемых литьем под давлением, необходимо предусматривать литейные уклоны, исключать раз­личные выемки, выбирать минимальную толщину стенок с учетом возможностей оборудования. Ряд ограничений на ко­нструкцию накладывают ТП штамповки, заливки компаундом и пр. Неучет этих ограничений может сильно осложнить производственный процесс, увеличить объем доделочных и подстроечных работ.

Конструктор, ориентируясь на тот или иной ТП, должен учи­тывать его надежность. Наибольшей надежностью обладают авто­матизированные операции изготовления и контроля изделий, обес­печивающие высокую точность поддержания режимов ТП изгото­вления и контроля. На неавтоматизированных этапах изготовле­ния изделий, где определяющими являются действия операторов, возникает большинство дефектов готовой продукции. Особенно важно автоматизировать и обеспечить точность соблюдения режи­мов таких операций, результаты которых не могут быть выявлены непосредственно после их осуществления; несоблюдение режимов операций в свою очередь, может привести к появлению скрытого брака изделий. Примером операции, результат которой трудно проконтролировать непосредственно, является создание неразъем­ных контактных соединений на всех уровнях конструкции РЭС (пайка электрорадиоэлементов на платах, пайка или накрутка мон­тажных проводов на монтажных панелях и т. д.). При выполнении пропиточных работ возможны отклонения вакуума, давления, тем­пературы, времени. Если из-за недостаточной температуры в про­цессе сушки в обмотке останется влага, то может произойти обрыв провода вследствие электрохимической коррозии. Если при опрессовке ИС полимером малы температура или время выдержки, то полимеризация будет неполной и влагозащитные свойства полимерной оболочки ухудшатся.

Принятые конструктивные решения во многом определяют на­дежность изделий. При этом стремятся к максимально возможной типизации и унификации конструкций, использованию нормиро­ванных геометрических размеров, что позволяет создать универ­сальную оснастку для различных по назначению узлов. Это со­кращает время подготовки производства при запуске новых видов изделий. Под типизацией понимается сведение всего возможного многообразия конструктивных решений к неболь­шому числу. Унификация (от лат. unito — единство, facere — де­лать) означает использование одних и тех же конструкций для создания аппаратуры различного назначения, т. е. расширение-области использования типовых решений.

Типизация узлов осуществляется либо только по конструктив­но-технологическим ограничениям (габариты и форма частей, чи­сло контактов разъемов, тип электромонтажа, число слоев комму­тации и т. д.), либо и по конструктивно-технологическим, и по функциональным признакам (регистр, дешифратор, микропроцес­сор, запоминающее устройство, модулятор, компаратор, генера­тор и т. д.). В первом случае конструктивная типизация позволяем уменьшить до минимума число уровней разукрупнения и, следова­тельно, число ТП и количество технологической оснастки, лучше оснастить ТП и более тщательно его отладить (создать типовой ТП). Во втором случае использование функционального принципа упрощает и обслуживание аппаратуры при эксплуатации, умень­шает номенклатуру блоков, контрольного оборудования, запасно­го комплекта. Негативной стороной любой типизации является возможность появления избыточности. При конструктивно-техно­логической типизации возможно неполное заполнение узлов эле­ментами из-за ограниченного числа контактов в соединителях. Функциональная типизация может привести к неполному исполь­зованию всех элементов из-за того, что часть их (например, выход дешифратора или каскадов усилителя) в некоторых узлах может не использоваться. Кроме потерь объема это приводит к увеличению потребляемой мощности и уменьшению надежности.

Одной из задач типизации является рациональный выбор ограниченного параметрического ряда базовых конструкций ич исходного ряда, определенного государственным или отраслевым стандартом. Исходными данными для выбора являются: 1) функ­ция спроса (потребности) базовой конструкции того или hhoi о типоразмера 2) функция стоимости (затрат) на базовую конструкцию того или иного типоразмера 3) функция потерь на адаптацию при использовании базовых конструкций большего или меньшего размера . Здесь - соот­ветственно спрос, стоимость, затраты на адаптацию той или иной базовой конструкции. При выборе оптимального парамет­рического ряда базовых конструкций критерием оптимальности являются наименьшие суммарные затраты .

Более общим критерием оптимальности является максимум среднего экономического выигрыша от упорядочения произ­водства РЭС при проектировании и внедрении параметрического ряда. Выбор оптимального ряда блоков производится сопостав­лением годовой суммы затрат в производстве и эксплуатации при исходном, разреженном и уплотненном рядах. При этом используются ряды предпочтительных чисел и ряды линейных размеров. Таким способом построены различные конструкционные-системы РЭС (см. § 1.7). Особое внимание при разработке конструкции следует обра­щать на ограничение номенклатуры материалов, уменьшение дефицитных и токсичных материалов, драгоценных металлов, материалоемкости изделий. Так, целесообразно коммутацию эле­ментов ИС выполнять не золотом, а алюминием или медью. Это, однако, не исключает применения при необходимости подложки из сапфира или других дефицитных материалов. Нежелательно использовать в конструкции такие токсичные материалы, как оксид бериллия и некоторые компаунды (на­пример, КТ-102), так как меры по обеспечению техники безопас­ности усложняют подготовку производства, но в технически (обоснованных случаях они могут быть использованы.

Технологичность конструкции РЭС обеспечивается на всех этапах разработки. При согласовании ТЗ определяют требования По технологичности РЭС в целом (унификация, типизация, преемственность), устанавливается связь показателей РЭС и технико-экономических требований с использованием новых ма­териалов и ТП. На этапе технического предложения разра­батываются варианты членения конструкции РЭС, определяются шимствованные и оригинальные детали, ожидаемый уровень технологичности конструкции. На этапе эскизного проекта более детально уточняются членение конструкции, используемые типо-iii.io конструкции, параметры материалов, способы базирования деталей и регулировки узлов, возможности использования типо-и ых технологических процессов, мероприятия по удобству обслу­живания, номенклатура сменных и ремонтных деталей. На этапе технического проекта выявляется возможность применения по­купных изделий, стандартных, освоенных производством дета­лей и узлов и обеспечение технологичности сложных деталей; определяются методы обработки деталей, возможность парал­лельной и независимой сборки узлов и деталей; оценивается иочможность применения типовых и групповых ТП; отрабаты­вается конструкция деталей, предназначенных для обслуживания и ремонта; обеспечивается минимизация пригоночных и наладоч­ных работ. На этапе рабочей документации уточняется номенкла­тура унифицированного крепежа и типовых элементов; анализи­руется возможность обеспечения технологичности сборки (исклю­чение промежуточной разборки, выбор способов базирования и фиксирования, методов регулировки); устанавливаются экономи­чески целесообразные способы получения заготовок; производится поэлементная отработка конструкции деталей и узлов на техноло­гичность.

На всех этапах разработки конструкции начиная с технического предложения производится контроль конструкторской докумен­тации на технологичность. На этапе технического предложения проверяется правильность выбора членения конструкции на узлы п детали в соответствии с требованиями технологичности; на этапе эскизного проекта уточняется компоновка (простота, преем­ственность конструкции, удобство изготовления, монтажа, регу­лировки, соответствие марок используемых материалов установ­ленному перечню); на этапе технического проекта оценивается возможность параллельной сборки и контроля узлов изделия и всего изделия в целом, технологичность сборки изделия и его узлов, обеспечение взаимозаменяемости сборочных узлов и де­талей; минимизируется объем доделочных работ. На этапе рабочей документации следует обращать внимание на наличие сборочных баз деталей и узлов, требования точности выполнения размеров и обеспечение необходимой шероховатости поверхности деталей, технологичность используемых видов производств.